伴隨著DSP技術的不斷發展，應用了這一技術的新型集成芯片被廣泛的應用在數控、測繪以及消費電子領域，并獲得了長遠的發展。在今天和明天的文章中，我們將會為大家分享一種應用了DSP技術的正弦波發生器方案，希望通過今明兩天的分享，為各位工程師的研發工作帶來一定的幫助。在今天的方案分享中，我們先來看一下，這種應用了DSP技術的正弦波發生器是如何進行硬件設計的。

總體方案設計

在這一應用了DSP技術的正弦波發生器方案設計中，基于DSP技術的特點，本方案選擇采用TMS320C54X系列的DSP作為正弦信號發生器的核心控制芯片。在信號實現方面，選擇用泰勒級數展開法實現正弦波信號，設置波形時域觀察窗口，得到其濾波前后波形變化圖，同時設置頻域觀察窗口，以此來得到其濾波前后頻譜變化圖。

正弦波信號發生器

正弦波信號發生器已被廣泛地應用于通信、儀器儀表和工業控制等領域的信號處理系統中。通常有兩種方法可以產生正弦波，分別為查表法和泰勒級數展開法。就查表法而言，這種方法是通過查表的方式來實現正弦波，主要用于對精度要求不很高的場合。而泰勒級數展開法是根據泰勒展開式進行計算來實現正弦信號，它能精確地計算出一個角度的正弦和余弦值，且只需要較小的存儲空間。

在對這兩種方法進行綜合取舍后，在本方案中，我們主要用泰勒級數展開法來實現正弦波信號。 產生正弦波的算法正弦函數和余弦函數可以展開成泰勒級數，其表達式為：

在得出上述表達式的基礎上，我們選擇取泰勒級數的前5項，得近似計算式，即：

在近似計算公式的基礎上，我們就可以得出兩個比較精準的遞推公式，即：

sin（nx）= 2cos（x）sin[（n-1）x]-sin[（n-2）x]

cos（nx）= 2cos（x）sin[（n-1）x]-cos[（n-2）x]

由遞推公式可以看出，在計算正弦和余弦值時,需要已知cos（x）、sin（n-1）x、sin（n-2）x和cos（n-2）x。

硬件設計

在本方案中，我們所設計的這種基于DSP技術的正弦波信號發生器的硬件結構圖如下圖所示，可以看到，它主要由DSP主控制器，輸出D/A通道和人機界面等幾個主要部分組成。

基于DSP的信號發生器系統框圖

控制器部分

在這種基于DSP技術所設計的信號發生器研發過程中，我們所設計的這種正弦波發生器采用的是TMS320LF2407 DSP處理器，該器件具有外設集成度高，程序存儲器容量大，A/D轉換精度高等特點。該種DSP芯片中的事件管理模塊（EV）是一個非常重要的組成部分，在整個正弦波信號發生器的工作運行過程中，SPWM波形的產生和輸出就是由這一部分完成的。在該芯片中，事件管理模塊由兩個完全相同的模塊（EVA和EVB）組成，每個模塊都含有2個通用定時器、3個比較器、6至8個PWM發生器、3個捕獲單元和2個正交脈沖編碼電路（QEP）。

這里需要注意的一個問題是，由于我們所采用的DSP芯片TMS320LF2407擁有544字的雙口RAM（DARAM）和2K字的單口RAM（SARAM），而本系統的程序僅有幾KB，且所用RAM也不多，因此不用考慮存儲器的擴展問題，而對于TMS320LF2407的I/O擴展問題，由于其器件本身有多達40個通用、雙向的數字I/O（GPIO）引腳，且其中大多數的基本功能和一般I/O復用的引腳，而實際上本系統只需要17路I/O信號，這樣，就可以為系統剩余50%多的I/O資源。

微輸出D/A通道部分

在這一基于DSP技術而設計的正弦波發生器系統中，其本身的輸出通道部分主要負責實現波形的輸出，此通道的入口為TMS320LF2407集成芯片的PWM8口，可輸出SPWM等幅脈沖波形，出口為系統的輸出端，這樣，經過一系列的中間環節，便可將PWM脈沖波轉化為交流正弦波形，從而實現正弦波的輸出，其原理框圖如下圖所示。

正弦波信號發生器輸出通道的原理結構

在上圖所展示的正弦波信號發生器輸出通道設計中，緩沖電路的作用是對PWM口輸出的數字量進行緩沖，并將電壓拉高到5V左右，以供后級模擬電路濾波使用。這一部分電路由兩個芯片組成。一片用三態緩沖器，由于PWM口的輸出為3.3V的TTL電平，這樣，在設計時就應當選用輸入具有5V的TTL輸入、CMOS輸出電平的轉換芯片，另一片則可選用東芝公司出品的光電耦合器6N137。輸出端連接的5V精密穩壓電源可選用某公司生產的REF02型精密穩壓電源，以輸出標準的5V電壓。

在這一基于DSP集成芯片所設計的正弦波信號發生器系統中，我們所設計的減法電路其主要作用是把0-10V直流脈動信號的轉換成-5～+5V的正弦交流信號，并使其電壓增益為1。設計使可利用差分式電路來實現其功能。為了進一步簡化電路設計，我們可以選用較為常用的AD公司的AD524，并將AD524接成電壓跟隨器的形式，同時適當的選取電阻以滿足要求，此外，為了使產生的正弦波信號具有2-5mA的驅動能力，可選用AD624來構成末級的信號放大電路。AD624是高精度低噪聲儀用放大器，若外接一只增益電阻，即可得到1-1000之間的任意增益值，其誤差小于1%。由于AD624的建立時間只有15μs，所以它非常適宜在高速數據采集系統中使用。

驅動器設計

在本方案中，我們所設計這一驅動器電路由兩片集成電路組成，即由位驅動的CMOS芯片和將TTL電平轉換成CMOS電平的電平轉換芯片組成，電平轉換芯片可以和輸出通道的電平轉換芯片共用一片74HCT244（本部分使用4路，輸出通道使用3路），其主要作用是對DSP輸出的3.3VTTL電平與5V CMOS電平進行匹配，從而帶動具有CMOS電平的位驅動器，根據動態掃描顯示的要求，位驅動器需要選用每路輸出吸收電流都要大于200mA的芯片，因此，本設計選用了TI公司的74LS06來做LED的大電流驅動器件。

鍵盤設計

在鍵盤設計的過程中，為了能夠更好的完成簡化設計，在本方案中我們選擇使用四個獨立式按鍵，分別接入PF3-PF6口，并使用四個220Ω上拉電阻接VCC。所謂獨立式，就是將每一個獨立鍵按一對一地直接接到I/O輸入線上，而在讀鍵值時，直接讀I/O口，每一個鍵的狀態通過讀入鍵值的一位（二進制位）來反應，這種方式的查鍵軟件比較簡單，但占用I/O線較多，一般在鍵的數量較少時采用，不過，由于我們所采用的DSP芯片有足夠的I/O接口可供使用，因而可大大方便設計，設計時可以充分利用這一特點來連接硬件，至于按鍵的削抖動措施，則可在軟件中完成。

以上就是今天的方案分享中，我們為大家所分享的基于DSP技術設計的正弦波發生器硬件設計，在明天的方案分享中，我們將會繼續為大家分享這一方案的軟件設計部分，歡迎各位工程師繼續關注！