基于DSP信号发生器的设计

学号2009316020112编号20131601112研究类型理论研究分类号TP37文理学院毕业论文论文题目基于DSP信号发生器的设计作者姓名罗志伟指导教师闻辉所在院系信息工程系专业名称电子信息工程完成时间2012年5月12日湖北师范学院文理学院学士学位论文（设计）诚信承诺书中文题目：基于DSP信号发生器的设计外文题目：DesignofsignalgeneratorbasedonDSP学生姓名罗志伟学号2009316020112院系专业信息工程系电子信息工程班级文信0901学生承诺我承诺在毕业论文（设计）活动中遵守学校有关规定，恪守学术规范，本人毕业论文（设计）内容除特别注明和引用外，均为本人观点，不存在剽窃、抄袭他人学术成果，伪造、篡改实验数据的情况。如有违规行为，我愿承担一切责任，接受学校的处理。学生（签名）：年月日指导教师承诺我承诺在指导学生毕业论文（设计）活动中遵守学校有关规定，恪守学术规范，经过本人核查，该生毕业论文（设计）内容除特别注明和引用外，均为该生本人观点，不存在剽窃、抄袭他人学术成果，伪造、篡改实验数据的现象。指导教师（签名）：年月日3目录1前言...............................................................51.1课题背景.....................................................51.2课题研究的目的和意义..........................................51.3研究内容......................................................62系统原理分析......................................................62.1DDS的基本原理................................................62.2正弦波产生的方法..............................................73系统方案设计分析..................................................83.1采用高性能DDS单片电路的解决方案..............................83.2采用低频正弦波DDS单片电路的解决方案.........................83.3自行设计的基于FPGA芯片的解决方案...........................93.4采用高速的微处理芯片的解决方案...............................94总体方案设计.....................................................104.1硬件组成.....................................................104.2控制器部分...................................................104.3微输出D/A通道部分...........................................114.4驱动器设计...................................................124.5键盘设计....................................................125软件设计..........................................................125.1流程图.......................................................135.2正弦信号发生器程序清单......................................146系统仿真..........................................................206.1CCS工程项目的调试...........................................206.2仿真波形图..................................................207总结与分析..................................................................................................................................21参考文献...........................................................21致谢.............................................................224基于DSP信号发生器的设计罗志伟（指导老师，闻辉讲师）（湖北师范学院文理学院信息工程系湖北黄石435002）摘要：在当今社会，信号发生器已经广泛地应用于雷达应用，通信系统的仿真与测试等国防、科研和工业领域。而随着社会的不断进步和科研的不断深入，对信号发生器的波形可编程性、波形的精度与稳定性等性能提出了更高的要求。数字信号处理器（DSP）正是在基于高标准，高要求的情况下应运而生。DSP是在模拟信号变成数字信号以后进行高速实时处理的专用处理器。本文借助DSP运算速度高，系统集成度强的优势设计的这种信号发生器，比以前的数字式信号发生器具有速度更快，且实现更加简便。关键词：信号发生器DSP可编程性中图分类号：TP37DesignofsignalgeneratorbasedonDSPLuoZhiwei（Tutor：WenHui）(DepartmentofInformationEngineer,CollegeofArts&ScienceofHubeiNormalUniversity,Huangshi,Hubei,435002)Abstract:Intoday’ssociety,signalgeneratorhasbeenwidelyusedinradarapplications,communicationsystemsimulationandtesting,nationaldefense,scientificresearchandindustrialfield.Withthesocialprogressandscientificresearchunceasinglythorough,thesignalgeneratorcanbeputforwardhigherrequirementsofprogramming,waveformaccuracyandstabilityproperties.Digitalsignalprocessor(DSP)isbasedonthehighstandard,highdemandsituationsemergeasthetimesrequire.DSPisaspecialprocessorintoadigitalsignalintheanalogsignalprocessingreal-timeafterspeed.Inthispaper,withthehelpofDSPhighspeedof5operation,thesignalgeneratorsystemdesignofintegratedstrength,ithasfasterspeedthanthepreviousdigitalsignalgenerator,andbeeasytoimplement.Keywords:signalgeneratorDSPProgrammability基于DSP信号发生器的设计罗志伟（指导老师，闻辉，讲师）（湖北师范学院文理学院信息工程系湖北黄石435002）1前言1.1课题背景在当今社会，信号发生器已经广泛地应用于雷达应用，通信系统的仿真与测试等国防、科研和工业领域。而随着社会的发展和科技的进步，对信号发生器的波形可编程性、波形的精度与稳定性等性能提出了更高的要求。正是在这个背景下，基于DSP的信号发生器正是以其编程的高度灵活性，波形的高精度与高稳定性等特点而脱颖而出，具有极大的应用价值和广泛的应用前景。1.2课题研究的目的和意义随着社会的发展，带动了科技的进步，更带动了DSP技术的发展，现代控制设备的性能和结构更发生了翻天覆地的变化，我们已悄然进入了高速发展的信息时代，DSP技术也将成为当今科技的主流之一，被广泛地应用于社会生产的各个领域。对于本次毕业设计，其目的在于：了解DSP及DSP控制器的发展过程及其特点。较熟练地在硬件上掌握DSP及DSP硬件器的结构、各部件基本工作原理。熟悉CCS集成开发环境，并能较熟练的对CCS的开发系统进行使用。熟悉用C语言、汇编语言编程DSP6源程序。学习DSP程序的调试及编写，及运用观察变量的方法查看程序的运行情况。掌握工程设计的流程及方法。而传统的信号发生器要么就是体积庞大，价格昂贵，要么就是操作复杂，容易出错。因此对研究出一个结构简单，操作方便，性价比较高的信号发生器有更大意义。1.3研究内容全文阐述了基于TMS32OVC54x和DDS技术实现信号发生器的设计原理和实现方法，详细介绍了所设计的信号发生器的硬件电路结构和程序设计流程图，以及汇编语言程序设计的正弦信号发生器。此信号发生器对程序的编写、调试比较方便并能够加快了程序的运行速度，基本符合本次论文设计。2系统原理分析2.1DDS的基本原理直接数字频率合成器（DerectDigitalSynthesizer)DDS是从相位概念出发直接合成所需要波形的一种新的频率合成技术[2]。DDS是利用信号相位与幅度的关系,对需要合成信号的波形进行相位分割,对分割后的相位值赋予相应的地址,然后按时钟频率以一定的步长抽取这些地址，这样按照一定的步长抽取地址(相位累加器值)的同时,输出相应的幅度样值,这些幅度样值的包络反映了需要合成信号的波形。一个直接数字频率合成器由相位累加器、加法器、波形存储ROM、D/A转换器和低通滤波器(LPF）构成。DDS的原理框图如图所示。相位累加器相位寄存器数据存储器D/A转换LPF时钟7图2.1DDS的原理框图2.2正弦波产生的方法正弦波信号发生器已被广泛地应用于通信、仪器仪表和工业控制等领域的信号处理系统中.通常有两种方法可以产生正弦波，分别为查表法和泰勒级数展开法。查表法是通过查表的方式来实现正弦波，主要用于对精度要求不很高的场合。泰勒级数展开法是根据泰勒展开式进行计算来实现正弦信号，它能精确地计算出一个角度的正弦和余弦值，且只需要较小的存储空间。本次主要用泰勒级数展开法来实现正弦波信号。产生正弦波的算法正弦函数和余弦函数可以展开成泰勒级数，其表达式：取泰勒级数的前5项，得近似计算式：递推公式：sin(nx)=2cos(x)sin[(n-1)x]-sin[(n-2)x]cos(nx)=2cos(x)sin[(n-1)x]-cos[(n-2)x]由递推公式可以看出，在计算正弦和余弦值时,需要已知cos(x)、sin(n-1)x、sin(n-2)x和cos(n-2)x。!9!7!5!3)sin(9753xxxxxx!8!6!4!21)cos(8642xxxxx))))((((981761541321!9!7!5!3)sin(22229753xxxxxxxxxxx)))(((87165143121!8!6!4!21)cos(22228642xxxxxxxx