摘要：提出了一種基于TMS320C5402實現(xiàn)正弦信號發(fā)生器的設(shè)計原理與方法，介紹了所設(shè)計的正弦信號發(fā)生器硬件電路結(jié)構(gòu)和軟件程序流程圖。結(jié)合DSP硬件特性，通過使用泰勒級數(shù)展開法得到設(shè)定參數(shù)的正弦波形輸出，達(dá)到設(shè)計目的。該信號發(fā)生器彌補(bǔ)了通常信號發(fā)生器模式固定，波形不可編程的缺點，其具有實時性強(qiáng)，波形精度高，可方便調(diào)節(jié)頻率和幅度、穩(wěn)定性好等優(yōu)點。
關(guān)鍵詞：數(shù)字信號處理器；信號發(fā)生器；多通道緩沖串行口；獨立鍵盤
隨著計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，對信號發(fā)生器波形的要求越來越高。目前，常用信號發(fā)生器大部分是由模擬電路構(gòu)成，當(dāng)這種模擬信號發(fā)生器用于低頻輸出時，由于需要較大的RC值，導(dǎo)致參數(shù)準(zhǔn)確度難以保證，且造成體積和功耗偏大，而數(shù)字式波形發(fā)生器，因其輸出幅值穩(wěn)定、輸出頻率連續(xù)可調(diào)的優(yōu)點，已逐漸取代了模擬電路信號發(fā)生器。由于其運(yùn)算速度高，系統(tǒng)集成度強(qiáng)的優(yōu)勢，可以設(shè)計基于DSP的正弦信號發(fā)生器，該發(fā)生器實時性強(qiáng)、可擴(kuò)展性好、波形精度高、可調(diào)節(jié)頻率和幅度、穩(wěn)定性好、用途廣泛，各電感廠家方面均優(yōu)于模擬信號發(fā)生器和數(shù)字信號發(fā)生器。因此，本文提出了一種基于TMS320C5402的正弦信號發(fā)生器的設(shè)計方法。
1 系統(tǒng)硬件設(shè)計
1．1 系統(tǒng)硬件框圖
該正弦信號發(fā)生器的硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，主要由TMS320C5402芯片，D／A轉(zhuǎn)換器，獨立鍵盤等幾部分組成。
1．2 TMS昆山電感廠320C5402簡介
TMS320C5402芯片采用先進(jìn)的修正哈佛結(jié)構(gòu)，片內(nèi)有8條總線、在片存儲器和在片外圍電路等硬件，同時還有高度專業(yè)化的指令系統(tǒng)，具有功耗小、高度并行等優(yōu)點。此外，其支持C語言和匯編語言混合編程，高效的流水一體電感線操作和靈活的尋址方式使其適合高速實時信號處理。
1．3 數(shù)模轉(zhuǎn)換部分設(shè)計
McBSP(Multi-channel Buffered Serial)即多通道緩沖串口，包括一個數(shù)據(jù)通道和一個控制通道。數(shù)據(jù)通道通過DX引腳發(fā)送數(shù)據(jù)、DR引腳接收數(shù)據(jù)?？刂仆ǖ劳瓿傻娜蝿?wù)包括內(nèi)部時鐘的產(chǎn)生、幀同步信號的產(chǎn)生、對這些信號的控制以及多通路的選擇等。此外還負(fù)責(zé)產(chǎn)生中斷信號送往CPU，產(chǎn)生同步事件信號通知DMA控制器?？刂菩畔t是通過控制通道以時鐘和幀同步信號的形式傳送。
數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片采用TLC320AD50C，其是TI公司出品的一塊將A／D和D／A轉(zhuǎn)換功能集成在一起的接口芯片，采用∑-△技術(shù)在低系統(tǒng)成本下實現(xiàn)高精度的A／一體電感D和D／A轉(zhuǎn)換。該芯片由一對16 bit同步串行轉(zhuǎn)換通道組成，在A／D之后有一個抽取濾波器，在D／A之前有一個插值濾波器。
TLC320AD50C可以與TMS320C5402 DSP的McBSP無縫串行連接進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、存儲和處理。SCLK輸出時鐘，M／S主從模式選擇(H為高電平，為主機(jī)模式)，DIN串行輸入，DOUT串行輸出，F(xiàn)S幀同步信號輸出，對應(yīng)DSP的各相應(yīng)引腳。McBSP和D／A芯片的硬件電路連接如圖2所示。
1．4 獨立鍵盤的設(shè)計
本信號發(fā)生器采用獨立鍵盤作為人機(jī)接口部分，即各個按鍵相互獨立，按下相應(yīng)的按鍵，就能輸出對應(yīng)幅度和頻率的正弦波。
圖3所示為中斷方式工作的獨立式鍵盤的連接圖，每個按鍵各接一根I／O接口線，每根I／O接口線上的按鍵都不影響其它的I／O接口線。因此，可以通過檢測I／O的電平狀態(tài)判斷出哪個鍵按下。這4個獨立按鍵分別接HD0～HD3口，并且使用4個220 Ω的上拉電阻接Vcc。
當(dāng)沒有按下鍵時，對應(yīng)的I／O接口線輸入為高電平，當(dāng)按下鍵時，對應(yīng)的I／O插件電感器接口線輸入為低電平，則請求中斷INT1。而在讀鍵時，每一個鍵的狀態(tài)通過讀入鍵值的高低電平來反應(yīng)。在中斷服務(wù)程序中通過執(zhí)行判鍵程序，判斷是哪個鍵按下，從而設(shè)置對應(yīng)的幅度和頻率，執(zhí)行產(chǎn)生正弦波形的程序。
獨立式鍵盤的電路配置靈活、軟件簡單。但每個按鍵要占用1根I／O接口線，在按鍵較多時，I／O接口線浪費較大。故在按鍵數(shù)量不多時采用這種方法，本系統(tǒng)采用4個獨立按鍵，而DSP芯片有足夠的I／O接口可供使用，設(shè)計時可以充分利用這一特點來連接硬件，至于對按鍵時抖動的消除可在軟件中完成。使用中斷，可提高CPU的效率，實現(xiàn)資源共享和并行處理，同時也可以在芯片運(yùn)行過程中對突發(fā)故障做出及時發(fā)現(xiàn)和處理。
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