基于DSP和SOPC數(shù)字信號發(fā)生器的設(shè)計

摘 要：為了比較DSP和SOPC技術(shù)在電子設(shè)計領(lǐng)域的應(yīng)用，采用泰勒展開法和DDFS技術(shù)，分別給出設(shè)計方案的硬件電路結(jié)構(gòu)和軟件流程圖，并通過集成開發(fā)環(huán)境CCS和DE2開發(fā)板實現(xiàn)正弦信號發(fā)生器。結(jié)果表明，采用SOPC技術(shù)設(shè)計的正弦信號發(fā)生器與使用DSP芯片實現(xiàn)相比，其高速的運(yùn)算能力以及內(nèi)部操作的靈活性，使得產(chǎn)生的波形具有控制方便，輸出相位連續(xù)，精度高，穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，具有很高的應(yīng)用價值。
關(guān)鍵詞：可編程片上系統(tǒng)；DSP；集成開發(fā)環(huán)境CCS；信號發(fā)生器

O 引 言
數(shù)字信號發(fā)生器是在電子電路設(shè)計、自動控制系統(tǒng)和儀表測量校正調(diào)試中應(yīng)用很多的一種信號發(fā)生裝置和信號源。而正弦信號是一種頻率成分最為單一的常見信號源，任何復(fù)雜信號(例如聲音信號)都可以通過傅里葉變換分解為許多頻率不同、幅度不等的正弦信號的疊加，廣泛地應(yīng)用在電子技術(shù)試驗、自動控制系統(tǒng)和通信、儀器儀表、控制等領(lǐng)域的信號處理系統(tǒng)中及其他機(jī)械、電聲、水聲及生物等科研領(lǐng)域。
目前，常用的信號發(fā)生器絕大部分由模擬電路或數(shù)字電路構(gòu)成，體積和功耗都很大，價格也比較貴。隨著微電子技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，以DSP微處理器及DSP軟硬件開發(fā)系統(tǒng)(例如集成開發(fā)環(huán)境CCS)及配套產(chǎn)品為內(nèi)容已形成了龐大并極具前途的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，而可編程邏輯器件、SOPC等新技術(shù)的應(yīng)用迅速滲透到電子、信息、通信等領(lǐng)域。這里分別借助DSP芯片運(yùn)算速度高，功耗低，實時分析的優(yōu)勢以及SOPC技術(shù)靈活的可配置性、較高的可靠性、硬件升級容易等優(yōu)點(diǎn)設(shè)計了正弦信號發(fā)生器，并對各自設(shè)計過程及優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了對比。

1 基于DSP設(shè)計正弦信號發(fā)生器
1．1 正弦波產(chǎn)生原理
一般情況，產(chǎn)生正弦波的方法有兩種：查表法和泰勒級數(shù)展開法。查表法是使用比較普遍的方法，優(yōu)點(diǎn)是處理速度快，調(diào)頻調(diào)相容易，精度高，但需要的存儲器容量很大。泰勒級數(shù)展開法需要的存儲單元少，具有穩(wěn)定性好，算法簡單，易于編程等優(yōu)點(diǎn)，而且展開的級數(shù)越多，失真度就越小。本文采用了泰勒級數(shù)展開法。一個角度為θ的正弦和余弦函數(shù)，可以展開成泰勒級數(shù)，取其前5項進(jìn)行近似得：

式中：x為θ的弧度值，x=2πf／fs(fs是采樣頻率；f是所要發(fā)生的信號頻率)。