DSP应用系统设计及论文基本要求

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① 正弦波频率控制 通过控制∆T，就可以控制正弦波的周期 通过控制 ，就可以控制正弦波的周期T
T = ∆T ⋅ n 由于n = 32，故T = 32 ⋅ ∆T
输出正弦波的频率
1 1 f = = T 32 ⋅ ∆T
或者说， 或者说，相邻两点输出的间隔时间
1 ∆T = 32 ⋅ f
只要改变∆T，就可以改变频率 只要改变 ，就可以改变频率f,
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在选择完基本方案后，如果是使用单片机、或者 处理器， 在选择完基本方案后，如果是使用单片机、或者DSP处理器， 处理器 还需要确定哪些功能有硬件实现，哪些功能由软件实现。 还需要确定哪些功能有硬件实现，哪些功能由软件实现。 给出硬件的总体方案 软件的总体方案。 软件的总体方案。
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7.1.3. 进行硬件、软件设计 进行硬件、
（1） 硬件设计 ） 按照硬件设计方案，完成硬件的原理图设计， 图设计， 按照硬件设计方案，完成硬件的原理图设计，PCB图设计， 图设计 结构和外壳设计 （2）软件设计 ） 依据基本原理，对算法进行描述，完成程序结构、 依据基本原理，对算法进行描述，完成程序结构、流程设 代码设计。 计，代码设计。 注意设计文档的建立。 注意设计文档的建立。
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③ 波形产生
幅度值 DA y
对于AD，在两次输出之间，信号保持不变， 对于 ，在两次输出之间，信号保持不变，故输出波形如下
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正弦波由阶梯状波形构成。 正弦波由阶梯状波形构成。 每个周期采样点多，台阶小，波形好。 每个周期采样点多，台阶小，波形好。 但太多， 但太多，处理器处理困难 另一个办法：增加低通滤波器，使波形变好一些。 另一个办法：增加低通滤波器，使波形变好一些。
Y=Umsin( x)
x
将一个周期x=0~2π弧度等间隔分为n份 将一个周期x=0~2π弧度等间隔分为 份，Δx=2π/n x=0~2π弧度等间隔分为 例如n=32, 例如n=32, Δx=π/16 只要每经过ΔT时间，使角度值x增加Δx 计算U sin(x)后输出一个对应 ΔT时间 Δx， 只要每经过ΔT时间，使角度值x增加Δx，计算Umsin(x)后输出一个对应 的幅度值,并将这个输出数字量通过DA转换器转换成模拟电压， DA转换器转换成模拟电压 的幅度值,并将这个输出数字量通过DA转换器转换成模拟电压，经过 x=0~2π变化 则可以得到一个完整正弦波。不断重复， 变化， x=0~2π变化，则可以得到一个完整正弦波。不断重复，则可输出连续的 正弦波 9
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除了利用DA外 还可以利用 除了利用 外，还可以利用PWM方式产生正弦波 方式产生正弦波 ——SPWM。 。 调制方式产生， 波形的脉冲宽度由正弦波调制， 调制方式产生，PWM波形的脉冲宽度由正弦波调制，经过 波形的脉冲宽度由正弦波调制 滤波后得到的就是正弦波。 滤波后得到的就是正弦波。 实际上PWM也是一种DA转换方式 实际上PWM也是一种DA转换方式。 也是一种 转换方式。
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5. sin(x)的计算原理 的计算原理
DSP没有sin(x)指令，在这种情况下，如何计算sin(x)? DSP没有sin(x)指令，在这种情况下，如何计算sin(x)? 没有sin(x)指令 用DSP实现正弦波信号发生器通常有三种方法： DSP实现正弦波信号发生器通常有三种方法： 实现正弦波信号发生器通常有三种方法 将某个频率的正弦/ 查表法 将某个频率的正弦/余弦值计算出来后制成一个 通过查表的方式来实现正弦波， 表，通过查表的方式来实现正弦波，主要用于对精度要求不 很高的场合。 很高的场合。 泰勒级数展开法 根据泰勒展开式进行计算来实现正弦信 它能精确地计算出一个角度的正弦和余弦值， 号，它能精确地计算出一个角度的正弦和余弦值，且只需要 较小的存储空间。 较小的存储空间。 利用数字震荡器通过迭代方法产生正弦信号。 迭代法 利用数字震荡器通过迭代方法产生正弦信号。
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迭代法——由递推公式计算 迭代法——由递推公式计算sin(x) 由递推公式计算sin(x)
sin(nx) = 2cos( x)sin([(n − 1) x] − sin[(n − 2) x]
我们需要知道前两个正弦值 sin[(n-2)x]、 sin[(n-2)x]、 sin[(nsin[(n-2)x] 以及一个余弦值 cos(x) 用这种方法产生连续的正弦信号， 用这种方法产生连续的正弦信号，可能会造成比较大的积 累误差。 累误差。
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7.1.4. 硬件、软件调试 硬件、
（1） 硬件 ） 硬件装配、调试。 硬件装配、调试。 对于含处理器的系统（单片机、 处理器， 对于含处理器的系统（单片机、DSP处理器，或其它处理 处理器 ），一般还需要设计一个硬件测试程序 一般还需要设计一个硬件测试程序， 器），一般还需要设计一个硬件测试程序，对硬件系统进行 检测，看是否能正确运行。 检测，看是否能正确运行。 （2）软件 ） 首先是软件仿真调试，待仿真测试通过后， 首先是软件仿真调试，待仿真测试通过后，再将程序装入 到硬件系统，进行联合调试、性能测试。 到硬件系统，进行联合调试、性能测试。 我们一实例来看一下设计过程。 我们一实例来看一下设计过程。
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7.2、设计过程举例 、
仅给出设计过程的初步描述，软件设计的原理与方法。 仅给出设计过程的初步描述，软件设计的原理与方法。具体 的硬件原理图、程序代码、软硬件调试过程略。 的硬件原理图、程序代码、软硬件调试过程略。
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7.2.1. 正弦波信号发生器
1. 题目正弦波信号发生器
我们的目的是 DSP应用系统设计，故总体方案中就选择用DSP处理器。 应用系统设计，故总体方案中就选择用 处理器。 应用系统设计 处理器
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用泰勒级数展开产生正弦波的算法
正弦函数可以展开成泰勒级数，其表达式： 正弦函数可以展开成泰勒级数，其表达式：
x3 x5 x 7 x9 sin( x) = x − + − + − ... 3! 5! 7! 9!
取泰勒级数的前5 取泰勒级数的前5项，得近似计算式： 得近似计算式：
x3 x5 x7 x9 x的单位 sin( x ) = x − + − + 为弧度 3! 5! 7! 9! x 2 x 4 x6 x8 = x (1 − + − + ) 3! 5! 7! 9! x2 x2 x2 x2 = x (1 − (1 − (1 − (1 − )))) 2×3 4×5 6×7 8×9
DSP 处理器系统设计
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一般来说， 一般来说，DSP应用系统设计应该包括 应用系统设计应该包括 硬件设计 程序设计 两部分内容。 两部分内容。
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7.1 设计过程
7.1.1 确定功能和性能指标 （1）任务给定的功能和性能指标 ） 用户定制，或者上级确定好所要求的功能和性能， 用户定制，或者上级确定好所要求的功能和性能，我 们设计的产品需要满足这些功能、 们设计的产品需要满足这些功能、性能指标要求 （2）自主确定功能或性能指标 ） 自主设计一种新产品——按照市场发展需要、我们自 按照市场发展需要、 自主设计一种新产品 按照市场发展需要 己来确定所设计的产品应该具有什么功能、性能。 己来确定所设计的产品应该具有什么功能、性能。 通常会分析现有类似产品的优缺点， 通常会分析现有类似产品的优缺点，市场需求的预测 分析，来确定。 分析，来确定。
2. 技术指标
频率： 频率：1HZ~200KHZ， ， 幅度： 幅度：10mV~3V 键盘设定频率和幅度值 LED显示频率或者幅度值 显示频率或者幅度值
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3. 波形发生器的国内外情况概述
通过查阅资料， 通过查阅资料，介绍正弦波发生器的历史与现状 它是一个从模拟电路 数字电路 DSP处理器不断发展的过 处理器不断发展的过 程。
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（2） 总体方案描述 ）
处理器为基础， 处理器按等间隔方式， ① 以DSP处理器为基础，由DSP处理器按等间隔方式，每 处理器为基础 处理器按等间隔方式 隔一定角度∆x,计算 计算sin(x)，通过 输出，经滤波后得到所 输出， 隔一定角度 计算 ，通过DA输出 需要的波形。 需要的波形。 使用独立按键键盘，四个按键： ② 使用独立按键键盘，四个按键： 功能选择键F, 选择改变频率f或者幅度 之一，每按下一次， 或者幅度V之一 功能选择键 选择改变频率 或者幅度 之一，每按下一次， 待修改和显示的参数在f、 之间转变一次： 待修改和显示的参数在 、V 之间转变一次： f →V→ f →V → 数值修改键：增加↑，减小↓，每按一次， 数值修改键：增加 ，减小 ，每按一次，功能键选择的 参数进行一次修改。如果连续按下，则快速修改所选参数。 参数进行一次修改。如果连续按下，则快速修改所选参数。 一个确认件/运行键 RUN，按下，则确认参数修改有效，并 一个确认件 运行键 ，按下，则确认参数修改有效， 输出相应波形。 输出相应波形。 显示器： 位 显示F键所选择的参数 键所选择的参数。 ③ LED显示器：4位，显示 键所选择的参数。 显示器
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（3）. 硬件功能框图 ）
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（4）软件功能 ）
计算sin(x)—— ① 计算 依据所需要的频率f， 依据所需要的频率 ，得到波形周期 T=1/f 如果每个周期等分为32点 则每隔T/32时间计算一次 时间计算一次sin(xk) 如果每个周期等分为 点，则每隔 时间计算一次 每次x增量为 每次 增量为 2π/32=π/16 xk=xk-1+π/16 k=0时，x0=0 时 sin(xk)的计算后面讨论。 的计算后面讨论。 的计算后面讨论
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② 键盘管理 4个按键管理，需要处理：判断是否有键按下 个按键管理， 个按键管理 需要处理： 消抖动 识别是那个键按下 进行相应处理
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③ 4位LED管理 位 管理 LED工作于动态扫描方式，由DSP处理器控制进行扫描 工作于动态扫描方式， 工作于动态扫描方式 处理器控制进行扫描 显示。 显示。 现实的内容：依据F键选择的参数 键选择的参数。 现实的内容：依据 键选择的参数。 有两种参数：幅值V，频率f 有两种参数：幅值 ，频率