基于DSP和SOPC數字信號發生器的設計

摘 要：為了比較DSP和SOPC技術在電子設計領域的應用，采用泰勒展開法和DDFS技術，分別給出設計方案的硬件電路結構和軟件流程圖，并通過集成開發環境CCS和DE2開發板實現正弦信號發生器。結果表明，采用SOPC技術設計的正弦信號發生器與使用DSP芯片實現相比，其高速的運算能力以及內部操作的靈活性，使得產生的波形具有控制方便，輸出相位連續，精度高，穩定性好等優點，具有很高的應用價值。
關鍵詞：可編程片上系統；DSP；集成開發環境CCS；信號發生器

O 引 言
數字信號發生器是在電子電路設計、自動控制系統和儀表測量校正調試中應用很多的一種信號發生裝置和信號源。而正弦信號是一種頻率成分最為單一的常見信號源，任何復雜信號(例如聲音信號)都可以通過傅里葉變換分解為許多頻率不同、幅度不等的正弦信號的疊加，廣泛地應用在電子技術試驗、自動控制系統和通信、儀器儀表、控制等領域的信號處理系統中及其他機械、電聲、水聲及生物等科研領域。
目前，常用的信號發生器絕大部分由模擬電路或數字電路構成，體積和功耗都很大，價格也比較貴。隨著微電子技術和計算機技術的發展，以DSP微處理器及DSP軟硬件開發系統(例如集成開發環境CCS)及配套產品為內容已形成了龐大并極具前途的高新技術產業，而可編程邏輯器件、SOPC等新技術的應用迅速滲透到電子、信息、通信等領域。這里分別借助DSP芯片運算速度高，功耗低，實時分析的優勢以及SOPC技術靈活的可配置性、較高的可靠性、硬件升級容易等優點設計了正弦信號發生器，并對各自設計過程及優缺點進行了對比。

1 基于DSP設計正弦信號發生器
1．1 正弦波產生原理
一般情況，產生正弦波的方法有兩種：查表法和泰勒級數展開法。查表法是使用比較普遍的方法，優點是處理速度快，調頻調相容易，精度高，但需要的存儲器容量很大。泰勒級數展開法需要的存儲單元少，具有穩定性好，算法簡單，易于編程等優點，而且展開的級數越多，失真度就越小。本文采用了泰勒級數展開法。一個角度為θ的正弦和余弦函數，可以展開成泰勒級數，取其前5項進行近似得：

式中：x為θ的弧度值，x=2πf／fs(fs是采樣頻率；f是所要發生的信號頻率)。