基于DSP數字振蕩器的移相正弦波發(fā)生器設計

0 引 言
產(chǎn)生數字式移相信號的方法有很多。傳統的直接數字頻率合成(DDS)移相原理是先將正弦波信號數字化，并形成一張數據表存入兩片ROM芯片中，此后可通過(guò)兩片。D／A轉換芯片在計數器的控制下連續地循環(huán)輸出該數據表，就可獲得兩路正弦波信號。當兩片D／A轉換芯片所獲得的數據序列完全相同時(shí)，則轉換所得到的兩路正弦波信號無(wú)相位差。當兩片D／A轉換芯片所獲得的數據序列不同時(shí)，則轉換所得到的兩路正弦波信號就存在著(zhù)相位差。相位差的值與數據表中數據的總個(gè)數及數據地址的偏移量有關(guān)。這種處理方式的實(shí)質(zhì)是將數據地址的偏移量映射為信號間的相位值。數據的偏差可以通過(guò)外部微處理器來(lái)獲得相應的數字量輸入，這個(gè)數值對應著(zhù)正弦信號的移相角度。直接頻率合成方法具有頻率轉換時(shí)間短、相位噪聲性能好、精度高，產(chǎn)生的信號頻率范圍寬等優(yōu)點(diǎn)，但由于需要采用地址、相位計算、訪(fǎng)問(wèn)存儲器操作等環(huán)節，導致直接頻率合成器結構復雜、成本高、移相分辨率低。本文利用DSP技術(shù)，通過(guò)數值迭代方法，即用DSP數字振蕩器的實(shí)現原理獲得兩路正弦波信號。通過(guò)仿真，硬件實(shí)現，能得到設定參數的兩路正弦波輸出，達到了設計目的，并具有調整方便靈活、分辨率高等特點(diǎn)。數值迭代方法能精確計算角度的正弦值，只需較小的存儲空間，選擇正弦周期中的樣點(diǎn)數、改變樣點(diǎn)間的延遲，能產(chǎn)生不同頻率的波形，可利用軟件改變波形幅度及相位。

1 波形及移相波形發(fā)生器的DSP實(shí)現原理
利用DSP通過(guò)運算，用疊代的方法產(chǎn)生正弦信號，即數字振蕩器。數字振蕩器的單位沖擊響應為sin(nωT+θ)?u(n)即系統在δ(n)的激勵下，產(chǎn)生振蕩，輸出相位為θ的正弦序列，該系統的系統函數就是沖擊響應的Z變換，即

則該系統所對應的差分方程為

通過(guò)疊代可由差分方程求出系統的沖擊響應。系統的輸入為x(n)=δ(n)，初始條件為零。則由差分方程可得：

當n≥3時(shí)有：y(n)=2cosωT?y(n－1)－y(n－2)。在n≥3以后，y(n)能用y(n-1)和y(n-2)算出，這是一個(gè)遞歸的差分方程。因此得到如下結論：只要已知系統輸出正弦信號角頻率ω和采樣周期T就可以得到系統差分方程，系統只需每隔T秒時(shí)間計算一次差分方程，就可得到當前正弦采樣序列y(n)的值。設定的y(1)、y(2)初值不同，初始相位就不同。在設計中，主程序通過(guò)鍵盤(pán)輸入頻率及相位差等數據，在初始化時(shí)依輸出信號頻率、采樣速率及相位差等數據先計算出兩路正弦信號的初始值y1(1)、y1(2)和y2(1)y2(2)，然后開(kāi)放定時(shí)器中斷。以后每次進(jìn)入定時(shí)器中斷服務(wù)程序時(shí)，利用前面的y1(1)、y1(2)和y2(1)y2(2)，計算出新的y1(0)和y2(0)。雖然兩次計算并輸出y1(0)和y2(0)有一定的延遲，但由于DSP的高速流水線(xiàn)運行及McBSP高速串行輸出，所引起誤差將很小。