基于DSP的波形發生器的課程設計分析

李正周，鄭 微，田 蕾，黃揚帆

（重慶大學 通信工程學院，重慶 400030）

DSP芯片已經廣泛地運用到通信、軍事、計算機和醫學等各個行業。我院在完善學生的基礎理論課的同時，進一步鞏固其動手實踐能力［1］。該電子課程設計則是基于此背景提出的，希望學生通過4周的課程設計，更好地將所學的理論知識與實踐相結合，提高實踐能力，達到綜合設計教學的要求［2］。

1 系統設計硬件結構

本課程設計主要由單片機、TMS320C5410 DSP、電源、數據存儲器SRAM、程序存儲器FLASH、MCBSP擴展接口、DAC芯片和鍵盤和液晶顯示屏組成，如圖1所示。系統的流程為：首先通過鍵盤輸入波形種類、幅度、頻率等參數；然后單片機將所接收的參數發送給液晶屏顯示，同時發送給DSP；在DSP接收到參數之后合成所需要波形，最后通過DAC進行數模轉換輸出模擬信號。顯示部分采用LCD1602顯示屏。該顯示屏采用5V電壓供電，內置192種字符，可用于4位或8位并行通信。本課程設計中可以采用16×2的雙行顯示。

圖1 系統框圖

1.1 單片機控制芯片

單片機芯片采用AT89C51芯片。該芯片采用5V供電，4個8位并行IO口，2個16位定時器、計數器，帶有片內數據存儲器和片內程序存儲器。設計中，P1口作為小鍵盤的行線以及列線，P0口作為LCD數據輸入輸出線。P3口的端口可以作為LCD的使能控制端口［3，4］。設計采用串行通信方式傳輸數據，單片機的串口的發送波特率為

式中，fij為定時器和計數器的溢出速率。

1.2 DSP處理芯片

本設計采用多通道緩沖串口進行通信。TMS320C54X系列DSP具有3個多通道緩沖串口。其中，每個緩沖串口具有7個引腳，分別是發送、接收數據引腳DX、DR；接收、發送時鐘同步引腳有CLKR、CLKX；接收、發送幀同步引腳有FSR、FSX；外部時鐘引腳為CLKS。由于DSP的時鐘要比單片機快得多，所以在接收數據的時候可對單片機傳遞過來的每一位數據進行重復的16次采樣，已達到工作同步的目的［5］。

1.3 數模轉換芯片

TLC320AD50C是TI公司的一款用于低頻信號采集的IC，該芯片把ADC和DAC集成在同一個芯片中，通過DSP的MCBSP可以同DSP在硬件上實現無縫連接。芯片的主要性能參數：動態范圍88dB，信噪比89dB，最大采樣速率22.05kHz，采樣精度16位。設計的波形數字化數值也控制在16為以內，可基本滿足設計要求［6］。

本設計主要關注模數轉換。數字信號首先從DIN引腳通過串行方式進入數模轉換芯片，經過Buffer轉換之后的低速信號進入插值濾波，信號由低速率變為高速率，最后經過DAC模塊由OUTP和OUTM實現差分輸出。另外系統時鐘MCLK也是我們十分關心的引腳。通過下式可以設置采樣速率及串口時序：

2 軟件設計流程

軟件設計流程如圖2所示。系統上電后，單片機與DSP芯片均進行初始化，之后單片機執行掃鍵程序等待按鍵到來，與此同時DSP則一直等待參數的到來。當有按鍵按下的時候，單片機則將數字顯示在LCD液晶顯示屏上，同時通過串口發送給DSP芯片。DSP芯片在接收到參數之后根據要求產生需要的波形，同時通過DAC轉換芯片輸出。如果單片機有新的參數傳遞過來，則對DSP產生中斷，合成新的波形，最后通過DAC轉換芯片輸出［7］。

圖2 系統軟件流程

圖3是本課程設計在Code Composer Studio軟件產生的波形。圖3（a）是頻率為200Hz、相位為90°的正弦波形，圖3（b）是頻率為400Hz、相位為90°的正弦波形。橫坐標表示數據點，縱坐標表示幅值。圖3（c）和圖3（d）分別是頻率為200Hz和620Hz正弦波的頻譜圖。橫坐標表示頻率，縱坐標表示幅值。

3 結語

我校的課程設計一般為期4周，采用2～4人一組分組選題的形式，4人以內的小組成員保證了課題組良好的協同工作性。每組選擇一個課程設計題目。課程設計的內容可以是利用DSP、單片機和FPGA等各種芯片單獨使用或者組合使用實現某項功能。在設計的過程中可以采用具體分工的形式，分為硬件電路設計、軟件程序編寫和系統調試等幾個部分。

圖3 正弦信號波形和頻譜圖

本次課程設計還涉及到一部分單片機知識，設計的綜合性較強，有利于學生知識體系的完善。本次課程設計在組織形式上按照小組選題，小組負責的形式，增加了學生的團隊合作精神，同時也強化了學生對于項目的責任心，對于學生綜合素質的提高有著積極意義。

［1］ 朱輪，馬慶功.基于DDS和單片機的低頻信號源的設計［J］.北京：中國新技術產品，2010，3：26－27

［2］ 崔利平.波形發生器設計探討［J］.貴州：機械與電子，2009，23：76－77

［3］ 張雪英，李鴻燕，張小玫.DSP原理及應用實踐教學模式研究［J］.南京：電氣電子教學學報，2009，（09）：96－98

［4］ 曹政才，趙應濤，王光國.基于DSP＋FPGA的高速通用實時信號處理平臺設計［J］.南京：電氣電子教學學報，2010，32，2：46－48

［5］ 尹勇等.DSP集成開發環境CCS使用指南［M］.北京：北京航空航天大學出版社，2003.11

［6］ 鐘文政，柯鴻禧，DSPTMS320C50原理與應用［M］.北京：中國水利水電出版社，2003.8

［7］ 蘇濤，蔡建隆，何學輝.DSP接口電路設計與編程［M］.西安：西安電子科技大學出版社，2003