基于DSP正弦信號發(fā)生器設計

當沒(méi)有按下鍵時(shí)，對應的I／O接口線(xiàn)輸入為高電平，當按下鍵時(shí)，對應的I／O接口線(xiàn)輸入為低電平，則請求中斷INT1。而在讀鍵時(shí)，每一個(gè)鍵的狀態(tài)通過(guò)讀入鍵值的高低電平來(lái)反應。在中斷服務(wù)程序中通過(guò)執行判鍵程序，判斷是哪個(gè)鍵按下，從而設置對應的幅度和頻率，執行產(chǎn)生正弦波形的程序。
獨立式鍵盤(pán)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(xiàn)，在按鍵較多時(shí)，I／O接口線(xiàn)浪費較大。故在按鍵數量不多時(shí)采用這種方法，本系統采用4個(gè)獨立按鍵，而DSP芯片有足夠的I／O接口可供使用，設計時(shí)可以充分利用這一特點(diǎn)來(lái)連接硬件，至于對按鍵時(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)現資源共享和并行處理，同時(shí)也可以在芯片運行過(guò)程中對突發(fā)故障做出及時(shí)發(fā)現和處理。

2 系統軟件設計
2．1 正弦波形產(chǎn)生原理
常見(jiàn)產(chǎn)生正弦波的方法有6種：(1)采樣回放法；(2)實(shí)時(shí)計算法；(3)查表法；(4)查表結合插值法；(5)數值迭代法；(6)泰勒級數展開(kāi)法。
采樣回放法容易實(shí)現，但系統的擴展性差，且并沒(méi)有充分利用DSP的數據計算處理能力。實(shí)時(shí)計算法需要花費較多時(shí)間，只能產(chǎn)生較低頻率的正弦波，而且存在計算精度與計算時(shí)間的矛盾。查表法的精度受表的大小影響較大，表越大精度越高，但是存儲量也越大。查表結合插值法亦稱(chēng)混合法，用它產(chǎn)生的正弦波達不到理想的精度。數值迭代法較難編寫(xiě)出清晰的程序來(lái)。泰勒級數展開(kāi)法是一種有效的方法，與查
表法和查表結合插值法相比，該方法需要的存儲單元很少，而且精度更高。一個(gè)角度為的正弦和余弦函數，展開(kāi)成5項泰勒級數如下


式中，x為θ的弦度值，正弦波的波形可以看成是由無(wú)數個(gè)點(diǎn)組成，這些點(diǎn)與x軸的每個(gè)角度值相對應，利用DSP可大量重復計算的優(yōu)勢來(lái)計算出x軸每一點(diǎn)對應的y值，然后通過(guò)D／A轉換即可輸出連續的正弦模擬信號。
2．2 變頻調幅的方法
(1)16位定時(shí)模塊。
C5402 DSP芯片片內定時(shí)器是一個(gè)軟件可編程的計數器，它包括以下3個(gè)16位存儲器映射寄存器：定時(shí)寄存器TIM，定時(shí)器周期寄存器PRD和定時(shí)控制寄存器TCR。片內定時(shí)器中，4位的預定標計數器PSC和16位定時(shí)計數器TIM組成一個(gè)20位的計數器，定時(shí)器每個(gè)CPU時(shí)鐘周期減1，每次計數器減到0將產(chǎn)生定時(shí)器中斷(TINT)，同時(shí)PSC和TIM重新載入預設的值。定時(shí)器中斷TINT的速率可由式(3)計算。

(2)變頻調幅實(shí)現方法。
調幅的實(shí)現相對簡(jiǎn)單，只需在所有采樣值前乘以一個(gè)調幅因子A1就可得到相應的正弦波幅值A。而調頻的實(shí)現必須依賴(lài)于C5402芯片內的16位定時(shí)器。DSP芯片不斷向D／A芯片送出采樣值，然后經(jīng)模數轉換后可在示波器上觀(guān)察到連續的正弦波形。先預設要產(chǎn)生的正弦信號頻率為f，根據正弦波生成原理可知，向D／A送出采樣值的間隔，即向D／A送值的周期T1=T／N(N為采樣點(diǎn)數)，那么向D／A送值的頻率為f1=N×f，即向D／A送值的頻率是期待產(chǎn)生的正弦波信號頻率的N倍。
因此，為了能夠調節產(chǎn)生正弦信號的頻率，實(shí)際上改變向D／A芯片送值的頻率即可。而改變向D／A芯片送值的頻率就得用到C5402芯片內的16位定時(shí)器。根據式(3)將需要的頻率值換算成PRD內的初值和TDDR的初值，并將該初值分別置入PRD和TDDR。