基于DSP的波形发生器的课程设计分析

李正周，郑 微，田 蕾，黄扬帆

（重庆大学 通信工程学院，重庆 400030）

DSP芯片已经广泛地运用到通信、军事、计算机和医学等各个行业。我院在完善学生的基础理论课的同时，进一步巩固其动手实践能力［1］。该电子课程设计则是基于此背景提出的，希望学生通过4周的课程设计，更好地将所学的理论知识与实践相结合，提高实践能力，达到综合设计教学的要求［2］。

1 系统设计硬件结构

本课程设计主要由单片机、TMS320C5410 DSP、电源、数据存储器SRAM、程序存储器FLASH、MCBSP扩展接口、DAC芯片和键盘和液晶显示屏组成，如图1所示。系统的流程为：首先通过键盘输入波形种类、幅度、频率等参数；然后单片机将所接收的参数发送给液晶屏显示，同时发送给DSP；在DSP接收到参数之后合成所需要波形，最后通过DAC进行数模转换输出模拟信号。显示部分采用LCD1602显示屏。该显示屏采用5V电压供电，内置192种字符，可用于4位或8位并行通信。本课程设计中可以采用16×2的双行显示。

图1 系统框图

1.1 单片机控制芯片

单片机芯片采用AT89C51芯片。该芯片采用5V供电，4个8位并行IO口，2个16位定时器、计数器，带有片内数据存储器和片内程序存储器。设计中，P1口作为小键盘的行线以及列线，P0口作为LCD数据输入输出线。P3口的端口可以作为LCD的使能控制端口［3，4］。设计采用串行通信方式传输数据，单片机的串口的发送波特率为

式中，fij为定时器和计数器的溢出速率。

1.2 DSP处理芯片

本设计采用多通道缓冲串口进行通信。TMS320C54X系列DSP具有3个多通道缓冲串口。其中，每个缓冲串口具有7个引脚，分别是发送、接收数据引脚DX、DR；接收、发送时钟同步引脚有CLKR、CLKX；接收、发送帧同步引脚有FSR、FSX；外部时钟引脚为CLKS。由于DSP的时钟要比单片机快得多，所以在接收数据的时候可对单片机传递过来的每一位数据进行重复的16次采样，已达到工作同步的目的［5］。

1.3 数模转换芯片

TLC320AD50C是TI公司的一款用于低频信号采集的IC，该芯片把ADC和DAC集成在同一个芯片中，通过DSP的MCBSP可以同DSP在硬件上实现无缝连接。芯片的主要性能参数：动态范围88dB，信噪比89dB，最大采样速率22.05kHz，采样精度16位。设计的波形数字化数值也控制在16为以内，可基本满足设计要求［6］。

本设计主要关注模数转换。数字信号首先从DIN引脚通过串行方式进入数模转换芯片，经过Buffer转换之后的低速信号进入插值滤波，信号由低速率变为高速率，最后经过DAC模块由OUTP和OUTM实现差分输出。另外系统时钟MCLK也是我们十分关心的引脚。通过下式可以设置采样速率及串口时序：

2 软件设计流程

软件设计流程如图2所示。系统上电后，单片机与DSP芯片均进行初始化，之后单片机执行扫键程序等待按键到来，与此同时DSP则一直等待参数的到来。当有按键按下的时候，单片机则将数字显示在LCD液晶显示屏上，同时通过串口发送给DSP芯片。DSP芯片在接收到参数之后根据要求产生需要的波形，同时通过DAC转换芯片输出。如果单片机有新的参数传递过来，则对DSP产生中断，合成新的波形，最后通过DAC转换芯片输出［7］。

图2 系统软件流程

图3是本课程设计在Code Composer Studio软件产生的波形。图3（a）是频率为200Hz、相位为90°的正弦波形，图3（b）是频率为400Hz、相位为90°的正弦波形。横坐标表示数据点，纵坐标表示幅值。图3（c）和图3（d）分别是频率为200Hz和620Hz正弦波的频谱图。横坐标表示频率，纵坐标表示幅值。

3 结语

我校的课程设计一般为期4周，采用2～4人一组分组选题的形式，4人以内的小组成员保证了课题组良好的协同工作性。每组选择一个课程设计题目。课程设计的内容可以是利用DSP、单片机和FPGA等各种芯片单独使用或者组合使用实现某项功能。在设计的过程中可以采用具体分工的形式，分为硬件电路设计、软件程序编写和系统调试等几个部分。

图3 正弦信号波形和频谱图

本次课程设计还涉及到一部分单片机知识，设计的综合性较强，有利于学生知识体系的完善。本次课程设计在组织形式上按照小组选题，小组负责的形式，增加了学生的团队合作精神，同时也强化了学生对于项目的责任心，对于学生综合素质的提高有着积极意义。

［1］ 朱轮，马庆功.基于DDS和单片机的低频信号源的设计［J］.北京：中国新技术产品，2010，3：26－27

［2］ 崔利平.波形发生器设计探讨［J］.贵州：机械与电子，2009，23：76－77

［3］ 张雪英，李鸿燕，张小玫.DSP原理及应用实践教学模式研究［J］.南京：电气电子教学学报，2009，（09）：96－98

［4］ 曹政才，赵应涛，王光国.基于DSP＋FPGA的高速通用实时信号处理平台设计［J］.南京：电气电子教学学报，2010，32，2：46－48

［5］ 尹勇等.DSP集成开发环境CCS使用指南［M］.北京：北京航空航天大学出版社，2003.11

［6］ 钟文政，柯鸿禧，DSPTMS320C50原理与应用［M］.北京：中国水利水电出版社，2003.8

［7］ 苏涛，蔡建隆，何学辉.DSP接口电路设计与编程［M］.西安：西安电子科技大学出版社，2003