基于DSP正弦信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)

當(dāng)沒(méi)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(guò)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(guò)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(guò)程中對(duì)突發(fā)故障做出及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
2．1 正弦波形產(chǎn)生原理
常見產(chǎn)生正弦波的方法有6種：(1)采樣回放法；(2)實(shí)時(shí)計(jì)算法；(3)查表法；(4)查表結(jié)合插值法；(5)數(shù)值迭代法；(6)泰勒級(jí)數(shù)展開法。
采樣回放法容易實(shí)現(xiàn)，但系統(tǒng)的擴(kuò)展性差，且并沒(méi)有充分利用DSP的數(shù)據(jù)計(jì)算處理能力。實(shí)時(shí)計(jì)算法需要花費(fèi)較多時(shí)間，只能產(chǎn)生較低頻率的正弦波，而且存在計(jì)算精度與計(jì)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(chǔ)量也越大。查表結(jié)合插值法亦稱混合法，用它產(chǎn)生的正弦波達(dá)不到理想的精度。數(shù)值迭代法較難編寫出清晰的程序來(lái)。泰勒級(jí)數(shù)展開法是一種有效的方法，與查
表法和查表結(jié)合插值法相比，該方法需要的存儲(chǔ)單元很少，而且精度更高。一個(gè)角度為的正弦和余弦函數(shù)，展開成5項(xiàng)泰勒級(jí)數(shù)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(shù)個(gè)點(diǎn)組成，這些點(diǎn)與x軸的每個(gè)角度值相對(duì)應(yīng)，利用DSP可大量重復(fù)計(jì)算的優(yōu)勢(shì)來(lái)計(jì)算出x軸每一點(diǎn)對(duì)應(yīng)的y值，然后通過(guò)D／A轉(zhuǎn)換即可輸出連續(xù)的正弦模擬信號(hào)。
2．2 變頻調(diào)幅的方法
(1)16位定時(shí)模塊。
C5402 DSP芯片片內(nèi)定時(shí)器是一個(gè)軟件可編程的計(jì)數(shù)器，它包括以下3個(gè)16位存儲(chǔ)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(nèi)定時(shí)器中，4位的預(yù)定標(biāo)計(jì)數(shù)器PSC和16位定時(shí)計(jì)數(shù)器TIM組成一個(gè)20位的計(jì)數(shù)器，定時(shí)器每個(gè)CPU時(shí)鐘周期減1，每次計(jì)數(shù)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(yù)設(shè)的值。定時(shí)器中斷TINT的速率可由式(3)計(jì)算。

(2)變頻調(diào)幅實(shí)現(xiàn)方法。
調(diào)幅的實(shí)現(xiàn)相對(duì)簡(jiǎn)單，只需在所有采樣值前乘以一個(gè)調(diào)幅因子A1就可得到相應(yīng)的正弦波幅值A(chǔ)。而調(diào)頻的實(shí)現(xiàn)必須依賴于C5402芯片內(nèi)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(shù)轉(zhuǎn)換后可在示波器上觀察到連續(xù)的正弦波形。先預(yù)設(shè)要產(chǎn)生的正弦信號(hào)頻率為f，根據(jù)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(shù))，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(hào)頻率的N倍。
因此，為了能夠調(diào)節(jié)產(chǎn)生正弦信號(hào)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(nèi)的16位定時(shí)器。根據(jù)式(3)將需要的頻率值換算成PRD內(nèi)的初值和TDDR的初值，并將該初值分別置入PRD和TDDR。