DSP课题设计：锯齿波形产生器

机电与车辆工程学院课程设计说明书课程名称：DSP原理及应用 题 目：锯齿波形产生器 专 业：电子信息工程 班 级：091 姓 名：指导教师：时 间：2012年6月6日摘要：本文以TMS320VC5416DSP芯片为平台设计与实现锯齿波形产生器它是一个以DSP为核心来实现信号发生器的系统，该系统具有结构简单灵活，抗干扰能力强、产生频率较高、应用广泛等特点。设计的硬件部分是由DSP芯片和D/A转换芯片TLC7528组成，TMS320C5416 DSP通过D/A输出锯齿波信号，锯齿波信号通过DSP应用软件给出，在以 上硬件的基础上，通过软件编程来实现锯齿波波形。关键字：DSP、锯齿波形产生器ABSTRACTThis article with the TMS320VC5416 DSP chip platform for the desig n and impleme ntatio n of sawtooth waveform generator, it is to a DSP as the core to realize the signal generator system, this system has simple structure flexible, str ong an ti-i nterfere nee, produce higher frequency, wide application etc. Characteristics. The design of the hardware part is by DSP and D/A con version chip TLC7528 compositio n, TMS320C5416 DSP through the D/A sawtooth wave output sig nal, sawtooth wave sig nal through the DSP applicati on software gives, in the above hardware based on the software program ming realize serrated bobo form.KEY WORD： DSP, sawtooth waveform gen erator锯齿波形产生器第一章设计中相关芯片的简介1.1核心芯片TMS320VC5416的基本原理与结构TMS320VC5416是一款性能优越的定点数字信号处理芯片，同其他TI公司的DSP定点 数字信号处理器一样，为典型的增强哈佛结构。(1) 总线结构TMS320VC5416的总线结构由8组16bit总线(四组程序/数据总线， 四组地址总线)构成。(2) 中央处理单元 TMS320VC5416芯片的CPU包括：1个40bit的算术逻辑单元(ALU), 2个40bit的累加器(ACCA和ACCB), 1个桶形移器，17bitX17bit乘法器，40bit加法器、 比较、选择和存储单元(CSSU)，指数译码器，各种CPU寄存器(3) 存储器组织TMS320VC5416存储器由3个独立的可选择空间组成：程序、数据和 I/O空间。(4) 寄存器MS320VC5416拥有众多的寄存器，有辅助寄存器、暂存器、过度寄存器、 堆栈寄存器、循环缓冲寄存器、块循环寄存器、中断寄存器。(5) 片内外设TMS320VC5416芯片有以下外设：通用I/O脚(BIO和XF),软件可编程 等待状态发生器，可编程的块切换逻辑，主机接口(HPI),硬件定时器，时针发生器和串口。(6) 外部总线接口 TMS320VC5416有64K字的16bit并行I/O寻址，对外部存储器或 I/O的访问则通过外部总线进行，独立的空间选择信号DS、PS和IS允许进行物理上分开的 空间选择。1.2 D/A转换器TLC7528的使用说明TLC7528C是双路、8位数字一模拟转换器，内部具有各自单独的数据锁存器，其特性 包括两DAC非常精密的一致性，数据通过公共8位输入口转送至两DAC数据锁存器的任意 一个。控制输入端DACA/DACB决定哪一个DAC被装载。器件的装载周期与随机存取存储器 的写周期类似，能方便地与大多数通用微处理器总线或端口相接口。器件的工作电压5V至 15V，功耗小于15mW (典型值)。2或4象限的乘法功能使该器件成为许多微处理器的增益 设置和信号控制的良好选择。它可工作于电压模式，与电流输出相比较，更适合于电压输出。 TLC7528C的工作温度范围从0C至70C。(1) TLC7528C的工作特点：易于微处理器接口；片内数据锁存；在每一个A/D转换范围内 具有单调性；适合于包括TMS320借口的数字信号应用的快速控制信号；价格便宜。(2) TLC7582的工作原理：TLC7528包括两个相同的8位乘法D/A转换器DACA和DACB。每一 个DAC由反相R-2R梯形网络、模拟开关以及数据锁存器组成。TLC7528通过数据总线、CS、WR以及DACA与DACB等控制信号与微处理器接口。当CS与WR均为低电平时TLC7528模拟输出对DBODB7数据总线输入端的活动做出响应。在此方式下， 输入锁存器是透明的，输入数据直接影响模拟输出。当CS与WR信号变为高电平时，DB0DB7 输入端上的数据被锁存，直到CS与WR信号再次变为低电平时为止。CS为高电平时，不管WR 的信号为何种状态，数据输入被禁止。第二章硬件模块的设计2.1硬件系统设计思想本系统是以TMS320VC5416这个DSP芯片为核心，通过DSP芯片产生锯齿波波形，通过 D/A转换芯片实现把数字信号转换为模拟信号。整个硬件系统所要做的就是正确连接DSP芯 片和D/A转换芯片，确保芯片正常工作，整个系统能正常运行。2.2硬件电路方案及电路设计原理这个硬件方案是由TMS320VC5416DSP芯片和TLC7528 D/A转换芯片所组成的，其核心 部分就是TMS320VC5416DSP芯片，它的作用是接受PC机传来的各种数据，然后再对接收到 的数据进行加工和运用。DSP芯片是通过使用作为连接PC机与DSP 芯片的工具，当DSP对数据进行计算以后，它就把得到的数据输出到D/A转换器TLC7528, D/A转换器对接收到的离散的数字信号进行运算，把数字信号转换为连续的模拟信号，然后 通过示波器把模拟波形输出到示波器上。这就是整个硬件方案的工作原理。整个硬件方案围 绕DSP和D/A转换器展开，这个硬件方案可以产生锯齿波波形。近年来，由于DSP技术的飞 速发展，其运算速度有了很大的提高，由于本方案选择了 DSP作为产生信号源的芯片，所以, 相对于运算速度较慢的单片机来说，DSP产生的信号源频率可以达到更高。基于TMS320VC5416的信号发生器的硬件方案如图1所示：DA/0-DA7DBODB7CSTLC7528DACA/DACBWRDOD7ISTMS320VC5416A15R/W图1信号发生器硬件方案第三章软件系统设计在DSP的开发应用系统中，汇编语言虽然仍然为主要编程语言，但C语言也已经逐渐被引 入，C语言是一种通用的计算机程序设计语言，和汇编语言相比，用C语言开发的程序有可读 性好，移植性较高，编程简单，可缩短开发周期等等优点。所以，在这个设计中，我们用C 语言来编写应用程序。由于调试程序需要使用CCS系统，而连接PC机和DSP芯片需要系统，所以下面对它们分别做以介绍。3.1 ICETEK5100.USB2.0 使用说明本次设计使用的是作为连接PC机与DSP芯片的工具，ICETEK 5100是使用并口和PC机相连接的，在使用该系统之前要正确配置并行端口和开发系统相 应的设置，一般的，台式机并行端口有三种工作模式：SPP、EPP、ECP，ICETEK5100可以 在SPP和EPP两种模式下工作，所以要把计算机的并行端口配置为SPP或EPP模式。我们把 并行端口配置为EPP模式。ICETEK5100有如下优点：兼容TI全系列DSP产品，包括 TMS320C2000，C5000，C6000，VC33等；完全通用，只需改变软件就可以实现所有DSP器件 开发；USB2.0接口，仿真速度快，调试方便；支持CCS集成调试环境；USB2.0接口，支持 热插拔；仿真不占用任何DSP资源；支持多DSP同时调试仿真；可在多种操作系统如 WIN98/WIN2000/WXP下使用。由于以上这些优点，所以选择该器件作为连接PC机与DSP的 工具。3.2锯齿波的设计方案锯齿波的产生方法如流程图1所示，初始化操作包括关闭所有中断，以免对输出波形产 生影响，同时允许D/A输出，然后置锯齿波的初值0，把锯齿波的初值输出到D/A转换芯片， 然后再对锯齿波的值加1，输出到D/A转换芯片，接下来判断锯齿波是否达到最大值，如果达 到最大值，则代表一个锯齿波输出完成，程序返回，如果没有达到最大值，则说明锯齿波的 输出没有完成，就返回加1指令，直到锯齿波的输出值达到最大。整个程序输出经过D/A转换 器转换后能够以模拟波形输出，便于观察。程序设置是双通道输出，即有两个通道同时输出 波形，这两个通道的波形的频率、相位和幅度可以不同，我们可以用示波器上的双通道输入 模式来同时观察两个波形的不同。程序所输出的波形可以通过改变程序改变频率、相位和幅 度，以满足不同的需要。产生锯齿波的流程图如图2所示：图2锯齿波的产生流程图3.3软件系统的调试CCS是一种针对TMS320系列DSP芯片的集成开发环境，在Windows操作系统下，采用 图形接口界面，提供环境配置、源文件编辑、程序调试、跟踪和分析等工具，可以帮助用户 在一个软件环境下完成编辑、编译、连接、调试和数据分析等工作。CCS有两种工作模式， 即软件仿真器和硬件在线编程，软件仿真器模式可以脱离DSP芯片，在PC机上模拟DSP的 指令集和工作机制，主要用于前期算法实现和调试。硬件在线编程可以实时运行在DSP芯片 上，与硬件开发板相结合进行在线编程和调试应用程序。下面以介绍如何调试软件：1、首先创建一个新文件，方法如下：首先选择主菜单的“File”中的“New”项，将在 编辑窗口中显示一个新的窗口，在该窗口中编辑文本输入锯齿波源程序，程序编写完成后， 保存该程序，我们选择暂时保存与桌面，暂时文件名命名为jvchi，扩展名为“.c”。保存 文件。2、然后创建一个工程文件，选择“Projectf New（工程f新工程），在Project栏中输 入工程名字jvchi，工程文件的扩展名是*.pjt。默认的工作目录是C： timyprojects，其 他两项默认即可。单击完成按钮，将在工程窗口的Projec t下面创建jvchi工程。3、然后我们向工程中添加源文件，将刚才保存与桌面的jvchi.c文件复制到新建的“C： timyprojectsjvchi目录下。接着选择 “Projectf Add Files to Project” 在文件加 载对话框中选择jvchi.c文件，单击“打开”按钮将jvchi.c添加到工程中。4、接着我们将Vector.asm添加到工程中。Vector.asm中包含的将是RESET中断指向C程 序入口 c_int 00的汇编指令和其他中断的入口指令。5、将Volume.cmd添加到工程文件中。该文件的作用是将段分配到存储器中。将load.asm 添加到工程文件中。该文件包含一个简单的汇编循环程序，被C程序调用，调用时带有一个 参数（argument）,执行次程序共需约1000XVolume个指令周期。6、将“C： tic5400cgtoolslib”下的rts.lib加入到工程文件中。该文件是采用C 语言开发DSP应用程序的运行支持库函数。把文件添加完以后我们进行编译和运行程序：1、选择“Projectf Rebuild All （工程f重新编译）”，对工程进行重新编译。在编 译过程中，如果出现错误，编译结果就会有提示，并且用红色字体显示，双击即可发现错误 出现位置便于修改。2、选择“FileLoad Program（文件f 下载程序），选zjvchi.out并打开，将Build 生成的程序加载到DSP。3、选择“DebugfRun （调试f运行）”程序开始执行。程序执行以后，我们就可以根据显示出来的波形来发现程序编写的是否合理，然后根据 我们的需要改变程序，直到出现我们想要的波形为止。3.4锯齿波的产生程序产生锯齿波的程序如下：ioport unsigned int port1000， port1001， port1002；#define DAC0 port1000#define DAC1 port1001#define LDAC port1002 main（）unsigned int uDA0， uDA1， i；uDA0=0；uDA1=0；for（；）for（i=0； i=10000； i+）DAC0=uDA0；DAC1二uDAl；LDAC=Oxlf； uDA0+=0x01； uDA0%=256；uDA1+=0x05； uDA1%=256； 3.5锯齿波形的产生程序仿真/C54x XDS (Texas Instruments)/CPU_l - C54X - Code Composer Studio - Disassembly回 File Edit View Project Debug ProFiler GEL Option Tools DSP/BIOS Window Help-Iffl x|-|g|x|T 11II ebug?怦-一金套鏗囱圖碩g Files由 口 GEL Files&- Projects白蛊i zhouyuming.pjt-圍 54x.cmdD5P/BIO5 ConfigGenerated FilesB 口 Libraries|；U rts.lib白 口 Source zhouyumi ng.c00001B23F074CALLsinx-00001B258A11POPMllh00001B26FOODRET00001B27c int.0000001B277718sm80h,18h00001B296BF8AD DMlffh,*(18h)00001B2C68F8Al-JDM0fffeh,*(18h)00001EI2FF7EI8SSBXSXM00001EI30F7EIESSBXCPL00001EI31F6B9RSBXOWI00001B32F4A0LD#0h ”ARP00001B33F6B7RSBX01600001EI34F6B5RSBXCMPT00001EI35F6B6RSBXFRCT00001B36F020LD#lfc3h,0,A00001EI38F100ADD#lh,0,A,B00001B3AF84DEIClb53h,BEQ00001B3CF6B8RSBXSXM00001EI3DF495NOP00001EI3EF020LD#lfc3h,0,A00001EI40F073Ellb4dh00001B427EFSREADA*(12h：i00001EI44FOODADD#lh,0,A,A00001EI4647F8RPT*(llh)00001EI487E92READA*AR2+00001EI4900F 8ADD*(llh) ,A00001B4BFOODADD#lh,0,A,A1Eiu i 1 d Comp lets,r0 Errors, 0 Warnings, 0 Remarks.d开始I 1圖橋爾丨sin2.txt. |僅 sin.txt -. |乡 sinl.txt. 1D:zymb. |9D| 回周玉明| 團 Windows|./C54xX.n圖 9:28CPU HALTEDFor Helppress FlLn 1, Col 1 |CAP |NUM| Build /图3在5416上的编译回 File Edit View Project Debug Profiler GEL Option Tools DSP/BIO5 Window Help-|g| X| zhoujnani i ng. pj t| I II ebugftI?HU挥譎喩鷗缰农 d剧朋離|匡！11 “ %冬|卢g Files GEL filesEl-l11 Projects自蟲 zhouyuming.pjtW 54x.cmd 口 D5P/BIO5 Config Generated FilesQyjggggCl Libraries-“園 rts.lib白口 Sour ce:“圍 zhouyumirig.匚0000: 1EI23 F074CALLsinx0000:1B25 8A11POPMllh0000: 1EI26 FC00RET0000 : 1EI27a int-000000:1B27 7718STM80h,18h0000: 1EI29 6EIFEIADDMlffh18hl0000: 1EI48 7E920000: 1EI49 OOF80000: 1EI4B FOODREADA *AR2+ADD *(llh),AADD #lh,0,A,ABuild Comp1ete,0 Errors, 0 Warnings, 0 Remarks.!( ! .Build/Il gj1CPU RUNNING1For Helpj press Fl|Ln lj Col 1 |匚AP |NUM 11d开始|酣&翦丨鼻 sin2.txt. I鼻 sin.txt-.工 sinl.txt. | D:zymb. |D:| 四周玉明| 里 Windows. .|. /C54x X.9:29图4参数的设置通过对系统软件，硬件的设计开发，我掌握了 DSP的许多用途和使用方法。另外，经 过整个设计过程，我深深体会到搞工程设计不是一件简单的，轻松的事情，他需要一定的耐 心，钻研的精神和定力。最主要的是知识面要广，手头可查阅的资料要多及具备一定的自我 学习能力才行。参考文献1 李利.DSP原理及应用.北京：中国水利水电出版社,2004年2 刘益成.TMS320C54X DSP应用程序设计与开发.北京：北京航空航天大学出版社，20023 华成英童诗白模拟电子技术基础第三版.北京：高等教育出版社，20044 朱铭浩.DSP应用系统设计.北京：电子工业出版社，20025 何莉微机原理与接口技术.北京：机械工业出版社，2004