基于DSP的正弦信号产生器计划

    小序 

    正弦信号产生器是信号中最常见的一种，它能输出一个幅度可调、频率可调的正弦信号，在这些信号产生器中，又以低频正弦信号产生器最为常用，在科学研究及生产实践中均有着遍及应用。 

    如今，常用的信号产生器绝大部分是由模仿电路构成的，当这种模仿信号产生器用于低频信号输出每每必要的RC值很大，如许不但参数正确度难以包管，并且体积大和功耗都很大，而由数字电路构成的低频信号产生器，固然其低频性能好但体积较大，代价较贵，而本文借助DSP运算速率高，体系集成度强的上风计划的这种信号产生器，比过去的数字式信号产生用具有速率更快，且实现越发简便。 

    体系原理 

    一样平常的采样型SPWM法分天然采样法和规矩采样法，天然采样法是将基准正弦波与一个载波三角波相比较，由两者的交点决定开关模式的要领。由于天然采样法得到的数学模型必要解逾越方程，因而并不得当微控制器举行及时控制，又由于实践查验对称波形比非对称波形在三相电的相电流中引起的谐波失真小，以是我们利用对称规矩采样法作为本体系的数学模型。 

    这里阐明一下利用TI公司的DSP芯片TMS320LF2407（以下简称2407）来孕育产生PWM信号的原理：由于孕育产生一个PWM信号必要有一个得当的定时器来重复孕育产生一个与PWM周期雷同的计数周期，并用一个比较寄存器来保持调制值，因此，比较寄存器的值应不绝与定时寄存器的值相比较，如许，当两个值相立室时，就会在相应的输出上孕育产生一个转换（从低到高或从高到低），从而孕育产生输出脉冲，输出的打开（或封闭）时间与被调制的数值成正比，因此，变化调制数值，相干引脚上输出的脉冲信号的宽度也将随之变化。 

    通过TMS320LF2407的变乱办理器模块可以孕育产生肯定占空比的PWM脉冲信号，而利用此中的通用定时器、全比较单位和单比较单位则均可发出PWM脉冲，由DSP的PWM口可输出一系列等幅不等宽的PWM波形信号，这些信号再颠末外围一系列调理电路的更改之后，便可以得到所必要的三相交换正弦波信号了。究竟上，在硬件上，DSP有两个计划一样的变乱办理模块（EVA/EVB），每一个变乱办理模块都有6个PWM输出口，故可输出两组三相SPWM波，一样平常均可餍足通常的计划必要。 

    体系硬件构成 

    基于DSP的信号产生器的硬件布局图如图1所示，它重要由DSP主控制器，输出D/A通道和人机界面等几个重要部分构成。

    图2中的缓冲电路的作用是对PWM口输出的数字量举行缓冲，并将电压拉高到5V左右，以供后级模仿电路滤波利用。这一部分电路由两个芯片构成。一片用三态缓冲器，由于PWM口的输出为3.3V的TTL电平，如许，在计划时就应当选用输入具有5V的TTL输入，CMOS输出电平的转换芯片（如TI公司的74HCT04）；另一片则可选用TOSHIBA公司出品的光电耦合器6N137；输出端连接的5V精密稳压电源可选用BURR-BROWN公司生产的REF02型精密稳压电源，以输出标准的5V电压。 

    体系中的减法电路的重要作用是把0-10V直流脉动信号的转换成-5～+5V的正弦交换信号，并使其电压增益为1。计划使可利用差分式电路来实现其成果，为了简化电路，可以选用较为常用的AD公司的AD524，并将AD524接成电压跟随器的情势，同时得当的选取电阻以餍足请求，别的，为了使孕育产生的正弦波信号具有2-5mA的驱动本领，可选用AD624来构成末级的信号放大电路。AD624是高精度低噪声仪用放大器，若外接一只增益电阻，即可得到1-1000之间的恣意增益值，其偏差小于1%。由于AD624的创建时间只有15μs，以是它非常相宜在高速数据征求体系中利用。 

    ◇ 人机接口部分 

    （1）驱动器计划 

    位驱动器电路由两片集成电路构成，即由位驱动的CMOS芯片和将TTL电平转换成CMOS电平的电平转换芯片构成，电平转换芯片可以和输出通道的电平转换芯片共用一片74HCT244（本部分利用4路，输出通道利用3路），其重要作用是对DSP输出的3.3V TTL电平与5V CMOS电平举行立室，从而发动具有CMOS电平的位驱动器，根据动态扫描表现的请求，位驱动器必要选用每路输出吸取电流都要大于200mA的芯片，因此，本计划选用了TI公司的74LS06来做LED的大电流驱动器件。 

    （2）键盘计划 

    本体系选用四个独立式按键，分别接入PF3-PF6口，并利用四个220Ω上拉电阻接VCC。所谓独立式，便是将每一个独立键按一对一地直接接到I/O输入线上，而在读键值时，直接读I/O口，每一个键的状态通过读入键值的一位（二进制位）来反响，以是这种方法也称为一维直读方法，这种方法的查键软件比较大略，但占用I/O线较多，一样平常在键的数量较少时采取，不过，由于DSP芯片有充足的I/O接口可供利用，因而可大大方便计划，计划时可以充分利用这一特点来连接硬件，至于按键的削抖动步伐，则可在软件中完成。 

    体系软件计划

    本体系软件可以根据模块化计划头脑来编写，包括主步伐、常数谋略步伐、占空比谋略步伐和相应的一些成果子步伐，主步伐用于调用各成果子步伐、初始化变量、查问键盘、果断表现数据是否必要革新、同时果断一个脉冲是否完成发送等事变，详细方案见图3所示的流程图。

    在步伐中，应在第N-1个脉冲周期里谋略占空比，并在第N个脉冲周期里输出波形，这就请求在计划时要在一个脉冲周期内完成谋略，要是选用20MHz的晶振，那么，在一倍频下，实行一条实行只需50ns，若输出400Hz的正弦波，即每一个周期（即2.5ms）要输出200个脉冲，如许，也便是说，一个脉冲必要12.5μs（相称于12500/50=250条指令）。而实行一个占空比的谋略步伐只必要几十条指令，这种算法从软件开销上思量是可以实现的。

    结束语

   基于DSP实现的这种信号产生器充分发挥了DSP器件的重要性能上风，它比传统的信号产生用具有肯定的独到之处，它编程机动、操纵大略，体积小巧，电路布局大略，利用方便，并且另有很多可扩展的成果，故其利用面越发宽阔，鉴于DSP具有较高的性价比，且利用DSP作为主控制器来进步传统产品的性能已成为局面所趋。因此，本体系的应用对进步工程及讲授实行程度具有紧张的意义。