基于DSP的DDS信号发生器设计(毕业论文).doc

《基于DSP的DDS信号发生器设计(毕业论文).doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于DSP的DDS信号发生器设计(毕业论文).doc（15页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、DSP 结课报告 题 目：基于DSP的DDS信号发生器的设计 院 系： 信息与控制学院 专 业： 电子信息工程 班级学号： xxx 学生姓名： xxx 成 绩： 摘 要在21世纪的今天，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。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。该信号发生器主要由TMS320C5402和AT89C51两大部分组成。在DSP芯片上完成对波形的编程，

2、在单片机上完成控制显示等功能，充分发挥芯片各自的优势。该信号发生器的硬件设计中TMS3205410和AT89C51采用主机接口HPI进行通信，DSP接受来自单片机的命令，根据频率控制字得到相位累加器的累加值，最后将相位累加器的结果高16位送地址线，到ROM表中取得正弦波的离散值，送到D/A转换器进行数模转换，得到所需要波形。该信号发生器的软件编程主要采用模块化的设计思想，把程序细化成易于实现的小模块。编程的语言主要采用执行效率高的汇编语言，C和汇编语言混合使用的方式灵活的编写程序。通过软硬件的联合调试最终正弦波的产生，并成功的实现了其波形频率的可调性。 关键字：信号发生器；TMS320C541

3、0；AT89C51；主机接口HPIAbstractNowadays in the 21st century, the signal generator has been widely used in national defense, scientific research and industrial fields such as radar applications, the simulation and testing of communication systems. With the developing of society and the deepening of scienti

4、fic research, the waveform of the programmable and the accuracy and stability properties signal generator is needed for higher improved than before. DSP-based signal generator which is famous for its highly flexibility in its programming, highly-precision waveform characteristics with highly stabili

5、ty and come to the fore, has a great value and extensive application prospects in future. This signal generator is mainly composed of TMS320C5402 and AT89S51. complete the programming for wave generate on the digital signal processor and complete control and display function on the Microprogrammed C

6、ontrol Unit ,fully exert the advantages of chip. In the hardware design of the signal generator TMS3205410 and AT89S51 communicate by HPI interface, DSP microcontroller Accept orders from the chip, According to the frequency control characters Obtain phase accumulators accumulative value according t

7、o the frequecy contronl word , and then send the high 16 bit result of Phase accumulators to address lines to obtained the discrete values of sine wave in ROM Table, then send it to D/A converter for analog-to-digital conversion,to generate the need waveforms.The software programming of the signal g

8、enerator is mainly based on the modular design ideas, the refinement process into a small module is easy to implement. The programming language is a flexible one which is mainly used efficient assembly language, meanwhile C language and assembly language is mixed-use.The generated of waveforms such

9、as sine wave is finally come true ,and the frequency adjustable is successfully realization ,with the joint commissioning of hardware and software.Key words: signal generator； TMS320C5410；AT89C51； Hardware platform interfaceIII 目 录 摘 要IAbstractII 1 硬件设计1 1.1 芯片简介1 1.2 整体电路设计1 1.2.1 DSP时钟电路设计2 1.2.2

10、复位电路设计2 1.2.3 供电电源设计3 1.2.4 人机接口部分设计4 1.2.5 TMS320C5402与MSC51的连接4 1.2.6 5402和D/A的连接52 信号发生器的软件设计6 2.2 单片机控制部分程序设计6 2.3 软件总体流程图：73 系统测试8 3.1 测试结果8总结与分析9附录10 1 硬件设计1.1 芯片简介 TMS320C54x是为实现低功耗、高性能而专门设计的定点DSP芯片，主要应用在无线通信等应用系统中。TMS320C54x系列DSP是TI公司在继TMS320C1x、TMS320C2x和TMS320C5x之后推出的新一代16位定点数字信号处理器。TMS320

11、C54x的体系结构采用先进的哈佛结构，程序与数据分开存放，内部具有8条高速并行总线。片内集成有片外的存储器和片内的外设以及专门用途的硬件逻辑，并配备有功能强大的指令系统，使得芯片具有很高的处理速度和广泛的应用适应性。再加上采用模块化的设计以及先进的集成电路技术，芯片的功耗小、成本低、自推出以来已广泛地应用于移动通信、数字无线电、计算机网络以及各种专门用途的实时嵌入式系统和仪器仪表中。 AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能CMOS 8位微处理器，俗称

12、单片机。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。 1.2 整体电路设计整个硬件电路用到了单片机控制模块，模数转换模块，数模转换模块，DSP处理器，显示和按键模块以及低通滤波器。模数转换器将外部的模拟信号转换成数字信号送入数字信号处理器进行处理，单片机控制模块主要完成显示和按键输入等一些简单的控制功能，理论上在本设计中仅仅依靠DSP就可以完成这些功能，但是考虑到DSP在运算方面的优势而让其

13、尽量完成计算相关的工作，所以将控制功能转移到单片机上，这样也更方便整个硬件电路以后的扩展。DSP芯片主要完成DDS的波形合成工作，这是整个设计的核心部分，它接受来自单片机的控制命令，输出相应的波形。数模转换将得到离散的数字序列转换成模拟波形，经过低通滤波器滤去二次谐波。整个硬件基本结构如图1.1所示。 通滤 波器 DSP微处理器 TMS320C5402数模转换AT89C51单片机键盘输 入示 波 器 液晶显示 图1.1 硬件基本结构框图1.2.1 DSP时钟电路设计 一般TMS320C54x芯片的时钟电路有两种。一种是利用芯片内部的振荡器电路与X1、X2/CLK引脚之间连接的一个晶体和两个电容

14、组成并联谐振电路，如图1.2.1，它可以产生与外加晶体同频率的时钟信号。电容一般在030pf之间选择，它们可以对时钟频率起到微调的作用。另一种方法是采用封装好的晶体振荡器，将外部时钟源直接输入X2/CLK引脚，而将X1引脚悬空，如图1.2.1.由于这种方法简单，一般系统设计都采用这种方案。晶振我们一般采用20M晶振。X2/CLK TMS320C5402 X1 X1TMS320C5402 X2/CLK 3 4（5v） 20pF2 1 图1.2.1 内部振荡器 图1.2.1晶体振荡电路1.2.2 复位电路设计复位电路一般有两种，一种是RC复位电路，另一种是采用集成自动监控复位芯片电路。RC复位电路

15、成本低，在一般情况下能够保证系统的正常复位，但其功耗大，可靠性差，当电源出现瞬态降落时，由于RC的相应速较慢，无法产生符合要求的复位脉冲，另外电阻和电容受环境温度的影响大，给设计也带来一些麻烦，所以很多场合都采用采用性能全、价格低、可靠性高的集成自动监控复位芯片复位电路。但是本设计要求不高，所以只采用RC复位电路。 图1.2.2 复位电路图1.2.3 供电电源设计TMS320C5402芯片的电源电压有3.3V和1.8V两种，其中3.3V电压供I/O接口用，1.8V电源主要供器件内部使用。该片芯片的电流消耗主要取决于器件的运算负载能力，就是说如果器件处于全速运行的时候，那么其电流就达到该芯片的电

16、流消耗的极大值，当处于等待状态时，电流消耗就很小，所以我们在编程的时候尽量让CPU处于等待状态或休眠状态，以降低功耗。电源的产生一般由5V电源电压产生3.3V、2.5V或1.8V，产生电源的芯片很多，如TI公司的TPS72x和TPS73x系列，这些芯片又分为线性和开关两种，在设计时应根据实际的需要，如果系统对功耗要求不是很高的情况下，可以使用线性稳压器，它的使用方法简单，纹波电压小，对系统的干扰也小；而在系统对功耗要求较高的情况下，应该使用开关电源，因为开关电源的使用效率可以达到90%以上，但其纹波电压较大，使用它时一般要加滤波器。图1.2.3 供电电源电路图1.2.4 人机接口部分设计为了节

17、省硬件资源，使电路变得简单，键盘输入部分采用外接44个软键盘，使用软件扫描的方式获得按键信息，因为按键需要去除抖动，这些都采用软件编程方式实现，因原理比较简单，在此不再赘述。液晶显示电路则采用12864型号的液晶显示器，12864是一种图形点阵液晶显示器,它主要由行驱动器/列驱动器及12864全点阵液晶显示器组成。可完成可图形显示，也以显示84个(1616点阵)汉字。液晶显示器和单片机的连接如下图所示。 图1.2.4 LCD与单片机连接1.2.5 TMS320C5402与MSC51的连接本设计选取ATMEL公司的AT89C51单片机作为主机，并以IO接口方式连接TMS320C5402和AT89

18、C51，设计时使用了AT89C51的两个通用IO端口P0和P2，其硬件接口原理图如图3.2.5所示。TMS320VC5402 DSP的外部IO引脚用的是33 V逻辑电平，而AT89C51单片机用的是5 V逻辑电平，两者之间存在电平差异而不能直接相连，故采用74LVC16245进行接口隔离同时还可增强DSP的总线驱动能力。两者的连接图如下所示。P00-P07 P20 P21 P22P24P27RDWR ALE INT0 HD0-HD7HCNTL0HCNTL1HBILHR/WHCSHDS1HDS2HASHINT1A 1B2A1 2B12A2 2B22A3 2B32A4 2B42A5 2B52A6

19、2B62A7 2B72A8 2B8 图1.2.5 TMS320C5402与MSC51的连接1.2.6 5402和D/A的连接D/A转换器采用TLV5619，它是基于并行12位单电源D/A转换器。器件在为低电平时被选中，可以实现12位数据的双缓冲和单缓冲两种方式。采用双缓冲方式时，输入数据在的上升沿寄存于输入寄存器，的低电平被锁存至DAC锁存器，并刷新DAC转换器，更新输出。为了实现数据的双缓冲，控制具有负载特性的DAC，必须在的上升沿呗驱动为低电平。采用单缓冲方式时，始终保持低电平，使DAC锁存器处于直通方式，的上升沿锁存数据，并且刷新DAC转换器，更新输出结果。TLV5619与TMS320V

20、C5402的连接方式如下所示。除了DSP和DAC芯片外，还需要一片74AC138作为电路的地址译码器。DAC采用单缓冲方式，占用DSP芯片的资源为0x0084H。 5402 A0 A1 A2 A7 R/D11-0A 74138BCG1 Y4G2G3 TLV5619D11-0 图1.2.6 5402和D/A的连接2 信号发生器的软件设计2.1软件设计思路： 用户通过键盘选择菜单项设置输出信号的参数（频率、调制度、频偏等），或选择输出信号（正弦波、模拟调幅波、模拟调频波等）。当用户选择输出时，程序把设置的参数送至DSP，并对DSP发出控制命令使其输出需要的信号。当用户选择外输入模拟调制时程序控制A

21、D采样外输入信号，转换到合适的范围后发送至DSP,经过DSP处理后在数模转换输出波形。2.2 单片机控制部分程序设计在按下执行键后，单片机将计算出所需的频率控制字，将其传送到DSP的主机接口，接下来返回主程序，继续扫描键盘，等待下一次命令的输入。 单片机系统主监控程序设计流程图如下： 执行送频率控制字到HPI显示输出频率和幅度根据按键执行子程序初始化和自检 开始有无键按下 NY 图2.1 主监控程序设计流程图2.3 软件总体流程图如下： 开始 系统初始化IO口赋初值开放外部中断是否有按 键按下 否数据是否改变 是否 刷新显示 是 数据是否含控制字否处理控制字并送至DSP 控制寄存器处理 是 图

22、2.3 软件总体流程图3 系统测试3.1 测试结果图3.1 硬件测试图 图3.2 软件测试图总结与分析本次结课设计由于是采用DSP技术设计信号发生器，不是很熟悉，设计中遇到过许多问题。如根据对系统输出信号进行频谱分析，发现输出信号存在着很大的杂散信号，这是DDS技术不可避免的一个缺点。DDS的数字化处理技术体现了频率分辨率高、输出相位连续、频率转换时间短、便于可集成等优越性能，但同时DDS的全数字结构也带来了不利的因素，丰富的噪声随着主频率一起输出，使得降低误差噪声设计成为一个系统必须考虑的问题。DDS的误差噪声来源主要有相位截断误差、幅度量化误差和由DAC转换产生的误差。 在设计过程中进一步提高了自身的创作、创新水平，扎实基础，开拓视野。并且此次设计，是基于课程理论知识的延伸，使我对利用CCS软件编程的信号处理方法有了一定的了解。在理论课的基础上进行实验实习，是对本门课程的深入学习和掌握，在以后的工作学习中更要掌握基于DSP等一系列应用对以后的工作和学习有很大的帮助。当然本报告虽然基本符合要求，但还是存在许多不足或者是需要改进的地方。如该信号发生器局限性比较大，只能产生正弦信号，频率达不到100M以上等。附录 硬件电路原理图第 11 页