摘要：提出了一種基于TMS320C5402實(shí)現(xiàn)正弦信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)原理與方法，介紹了所設(shè)計(jì)的正弦信號(hào)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(jí)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(jì)目的。該信號(hào)發(fā)生器彌補(bǔ)了通常信號(hào)發(fā)生器模式固定，波形不可編程的缺點(diǎn)，其具有實(shí)時(shí)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(diǎn)。
關(guān)鍵詞：數(shù)字信號(hào)處理器；信號(hào)發(fā)生器；多通道緩沖串行口；獨(dú)立鍵盤
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，對(duì)信號(hào)發(fā)生器波形的要求越來(lái)越高。目前，常用信號(hào)發(fā)生器大部分是由模擬電路構(gòu)成，當(dāng)這種模擬信號(hào)發(fā)生器用于低頻輸出時(shí)，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(diǎn)，已逐漸取代了模擬電路信號(hào)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(shì)，可以設(shè)計(jì)基于DSP的正弦信號(hào)發(fā)生器，該發(fā)生器實(shí)時(shí)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(hào)發(fā)生器和數(shù)字信號(hào)發(fā)生器。因此，本文提出了一種基于TMS320C5402的正弦信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)方法。
1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
1．1 系統(tǒng)硬件框圖
該正弦信號(hào)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(dú)立鍵盤等幾部分組成。
1．2 TMS昆山電感廠320C5402簡(jiǎn)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(chǔ)器和在片外圍電路等硬件，同時(shí)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(diǎn)。此外，其支持C語(yǔ)言和匯編語(yǔ)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(shí)時(shí)信號(hào)處理。
1．3 數(shù)模轉(zhuǎn)換部分設(shè)計(jì)
McBSP(Multi-channel Buffered Serial)即多通道緩沖串口，包括一個(gè)數(shù)據(jù)通道和一個(gè)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)。控制通道完成的任務(wù)包括內(nèi)部時(shí)鐘的產(chǎn)生、幀同步信號(hào)的產(chǎn)生、對(duì)這些信號(hào)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(hào)送往CPU，產(chǎn)生同步事件信號(hào)通知DMA控制器。控制信息則是通過控制通道以時(shí)鐘和幀同步信號(hào)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(shí)現(xiàn)高精度的A／一體電感D和D／A轉(zhuǎn)換。該芯片由一對(duì)16 bit同步串行轉(zhuǎn)換通道組成，在A／D之后有一個(gè)抽取濾波器，在D／A之前有一個(gè)插值濾波器。
TLC320AD50C可以與TMS320C5402 DSP的McBSP無(wú)縫串行連接進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)和處理。SCLK輸出時(shí)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(hào)輸出，對(duì)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(dú)立鍵盤的設(shè)計(jì)
本信號(hào)發(fā)生器采用獨(dú)立鍵盤作為人機(jī)接口部分，即各個(gè)按鍵相互獨(dú)立，按下相應(yīng)的按鍵，就能輸出對(duì)應(yīng)幅度和頻率的正弦波。
圖3所示為中斷方式工作的獨(dú)立式鍵盤的連接圖，每個(gè)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(cè)I／O的電平狀態(tài)判斷出哪個(gè)鍵按下。這4個(gè)獨(dú)立按鍵分別接HD0～HD3口，并且使用4個(gè)220 Ω的上拉電阻接Vcc。
當(dāng)沒有按下鍵時(shí)，對(duì)應(yīng)的I／O接口線輸入為高電平，當(dāng)按下鍵時(shí)，對(duì)應(yīng)的I／O插件電感器接口線輸入為低電平，則請(qǐng)求中斷INT1。而在讀鍵時(shí)，每一個(gè)鍵的狀態(tài)通過讀入鍵值的高低電平來(lái)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(gè)鍵按下，從而設(shè)置對(duì)應(yīng)的幅度和頻率，執(zhí)行產(chǎn)生正弦波形的程序。
獨(dú)立式鍵盤的電路配置靈活、軟件簡(jiǎn)單。但每個(gè)按鍵要占用1根I／O接口線，在按鍵較多時(shí)，I／O接口線浪費(fèi)較大。故在按鍵數(shù)量不多時(shí)采用這種方法，本系統(tǒng)采用4個(gè)獨(dú)立按鍵，而DSP芯片有足夠的I／O接口可供使用，設(shè)計(jì)時(shí)可以充分利用這一特點(diǎn)來(lái)連接硬件，至于對(duì)按鍵時(shí)抖動(dòng)的消除可在軟件中完成。使用中斷，可提高CPU的效率，實(shí)現(xiàn)資源共享和并行處理，同時(shí)也可以在芯片運(yùn)行過程中對(duì)突發(fā)故障做出及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理。
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