【導(dǎo)讀】真與測試等國防、科研和工業(yè)領(lǐng)域。而隨著社會的不斷進(jìn)步和科研的不斷深入，對信號發(fā)生器的波形可編程性、波形的精度與穩(wěn)定性等性能提出了更高的要求。特點(diǎn)而脫穎而出，具有極大的應(yīng)用價值和廣泛的應(yīng)用前景。該信號發(fā)生器主要由TMS320C5402和AT89S51兩大部分組成。完成對波形的編程，在單片機(jī)上完成控制顯示等功能，充分發(fā)揮芯片各自的優(yōu)勢。該信號發(fā)生器的硬件設(shè)計中TMS3205410和AT89S51采用主機(jī)接口HPI進(jìn)行通信，轉(zhuǎn)換器進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，得到所需要波形。編程的語言主要采用執(zhí)行效率高的匯編語言，C語言和匯編語言混。合使用的方式靈活的編寫程序。電容、諧振腔、同軸線作為振蕩回路產(chǎn)生正弦或其它函數(shù)波形。為音頻、高頻、超高頻、射頻和微波等信號發(fā)生器。式的多樣化，從調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相到脈沖調(diào)制。發(fā)生器，如今市場上的大部分函數(shù)信號發(fā)生器均為DDS信號源。限于當(dāng)時的技術(shù)和器件產(chǎn)，它的性能指標(biāo)尚不能與已有的。技術(shù)相比，故未受到重視。靈活方便等方面，并具有極高的性價比。

　　

【正文】 TIM 、定時器周期寄存器 PRD 和定時器控制寄存器 TCR 。 定時器是一個片內(nèi)向下的計數(shù)器，可以用于產(chǎn)生周期性的 CPU 中斷。定時器由每個 CPU 時鐘周期減少 1 的預(yù)定標(biāo)器驅(qū)動。每次當(dāng)計數(shù)器減少到 0 時，會產(chǎn)生一個定時器中斷，并且計數(shù)器重載 周期值。 在正常情況下，當(dāng) TIM 減計數(shù)到 0 后， PRD 中的內(nèi)容自動地加載到 TIM。當(dāng)系統(tǒng)復(fù)位或定時器單獨(dú)復(fù)位時， PRD 中的內(nèi)容重新加載到 TIM。 TIM 由預(yù)定標(biāo)塊提供時鐘，每個來自預(yù)定標(biāo)塊的輸出時鐘使 TIM 減 1。計數(shù)器塊的輸出為定時器中斷信號，該信號被送到 CPU 和定時器輸出引腳。 TOUT 脈沖信號的周期等于CLKOUT 的周期。 預(yù)定標(biāo)塊有兩個類似于 TIM 和 PRD 的單元，即預(yù)定標(biāo)計數(shù)器 PSC 和定時器分頻系數(shù) TDDR ， PSC 和 TDDR 都是定時器控制寄存器 TCR 的位。在正常工作情況下，當(dāng) PSC 減計數(shù)到 0 時， TDDR 的內(nèi)容加載到 PSC。當(dāng)系統(tǒng)復(fù)位或者定時器單獨(dú)復(fù)位時， TDDR 的內(nèi)容重新加載到 PSC。 PSC 由器件的 CPU 提供時鐘，每個 CPU時鐘信號將 PSC 減少 1。通過讀 TCR，可以讀取 PSC，但是它不能直接被寫。 每次當(dāng)定時計數(shù)器減少到 0 時，會產(chǎn)生一個定時器中斷 TINT ，定時器中斷 TINT 速度可由如下公式計算。 43 式中，為 CPU 時鐘周期， PRD 為定時器周期值， TDDR 為定時器分頻系數(shù)。 定時器可用于產(chǎn)生外設(shè)電路所需的采樣時鐘信號。 一種方法是使用 TOUT 信號為外設(shè)提供時鐘；另一種方法是利用中斷，周期地讀一個寄存器。 初始化定時器可采用如下步驟： 1 將 TCR 中的 TSS 位置 1，停止定時器。 2 加載 PRD。 3 重新加載 TCR 初始化 TDDR，重新啟動定時器。通過設(shè)置 TSS 位為 0 并設(shè)置 TRB 位為 1 以寵愛定時器周期值，使能定時器。 使能定時器中斷的操作步驟如下 假定 INTM 1 ： （ 1）將 IFR 中的 TINT 位置 1，清除尚未處理完的定時器中斷。 （ 2）將 IMR 中的 TINT 位置 1，使能定時器中斷。 （ 3）如果有必要，可 以將 ST1 中的 INTM 位清 0，全局使能中斷。 定時器初始化程序設(shè)計流程圖如下： 圖 TM320C5402 定時器設(shè)置流程圖 6 系統(tǒng)性能測試及總結(jié) 測試結(jié)果 圖 硬件測試圖 圖 頻率為 1MHz 的正弦波 圖 頻率為 500KHz 的正弦波 測試結(jié)果誤差分析 根據(jù)對本系統(tǒng)輸出信號進(jìn)行頻譜分析，發(fā)現(xiàn)輸出信號存在著很大的雜散信號，這是 DDS 技術(shù)不可 避免的一個缺點(diǎn)。 DDS 的數(shù)字化處理技術(shù)體現(xiàn)了頻率分辨率高、輸出相位連續(xù)、頻率轉(zhuǎn)換時間短、便于可集成等優(yōu)越性能，但同時 DDS的全數(shù)字結(jié)構(gòu)也帶來了不利的因素，豐富的噪聲隨著主頻率一起輸出，使得降低誤差噪聲設(shè)計成為一個系統(tǒng)必須考慮的問題。 DDS 的誤差噪聲來源主要有相位截斷誤差、幅度量化誤差和由 DAC 轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的誤差。 斷產(chǎn)生的誤差 在 DDS 技術(shù)中，為了得到一定的頻率分辨率，通常相位控制字的位數(shù)取得很大。如果把相位累加器輸出的所有位數(shù)全部用來查詢正弦函數(shù)表，那么正弦函數(shù)表的容量將會非常的大。由公式△ fmin 2N??fc，取較大的 N 值，可以做到極高的頻率分辨率。加入頻率控制字的位寬為 32 位，正弦函數(shù)表的寬度為一個字節(jié)，那么 ROM 表的所需容量為 232 8 1010（ bit） 如果 N 位全部用來尋址 ROM，需要極大的存儲容量，如此巨大的 ROM 表在實(shí)際工作中是很難實(shí)現(xiàn)的。因此，通常采用高 W 位來尋址，舍去低的 B NW 位的相位截斷方法。本設(shè)計中采用相位累加器的高 16 位作為索引，從而產(chǎn)生了相位截斷誤差，這種相位截斷是 DDS 誤差的主要來源，即相位的周期性，尤其是當(dāng)系統(tǒng)時鐘頻率是輸出正弦波頻率的整數(shù)倍時，這種周期性就 更加明。這相當(dāng)于周期性地引入了一個截斷誤差，最終的影響就是輸出信號帶有一定的諧波分量，表現(xiàn)在輸出的頻譜上就是會有誤差信號存在。 由相位截斷的分析理論可知，在相位截斷情況下， DDS 的輸出頻譜中含有誤差分量，其根本原因就是因?yàn)橄辔唤財嗾`差是一個周期性的序列。如果能夠破壞它的周期性，使得截斷誤差序列變成隨機(jī)序列，就能夠?qū)⒂幸?guī)律的誤差分量編程隨機(jī)的相位噪聲，從而消除相位截斷誤差所產(chǎn)生的誤差。具體做法就是：相位累加器的輸出先與一個隨機(jī)數(shù)字相加，然后用相加之和的高 W 位作為地址去尋址ROM，經(jīng)過加擾后的誤差序列將原來有規(guī) 律的誤差序列轉(zhuǎn)換為近似高斯分布的隨即序列，使得原來有規(guī)律的誤差分量轉(zhuǎn)換為隨機(jī)的相位噪聲。 幅度量化產(chǎn)生的誤差 正弦查詢表 ROM 每個單元字長為 D 位，即正弦信號幅度用 D 位的二進(jìn)制數(shù)來表示。一般來說， DDS 數(shù)模轉(zhuǎn)化器 DAC 幅度量化位數(shù)與 ROM 單元字長相同，也是為 D 位，顯然用 Dbit 來表示幅度值就必然存在著幅度量化誤差。 幅度量化誤差在大多數(shù)情況下，每個相位對應(yīng)的幅度值都是一個無限小數(shù)，它并不能在 ROM 中準(zhǔn)確地存儲，通常 ROM 表的寬度越大，其存儲的數(shù)值就越接近真實(shí)值。與相位截斷誤差類似，其結(jié)果也是相當(dāng)于周期性地引 入了一個量化誤差，并且當(dāng) DDS 的系統(tǒng)時鐘頻率等于正弦波頻率的整數(shù)倍時，周期性更為明顯，因而最終也會帶來一定的諧波。幅度量化誤差，也可以認(rèn)為是 DDS 中的 DAC 分辨率不夠引起的誤差。 在 DDS 的幅度量化過程中，為了降低量化誤誤差，通常采取以下措施：假設(shè)正弦函數(shù)查詢表 ROM 的每個單元字長為 4 位，用 4 位表示幅度時，首位作為符號位，即 0 表示正數(shù)， 1 表示負(fù)數(shù)，幅度為 0 時表示為 1000，這種特定的量化幅度方式在多方面保持對稱，可減小幅度量化誤差對頻譜質(zhì)量的影響。 DAC 轉(zhuǎn)換誤差產(chǎn)生的誤差 DDS 可以在一定頻率范圍的系統(tǒng) 時鐘下工作，當(dāng) DDS 系統(tǒng)時鐘頻率選取較高時， DAC 轉(zhuǎn)換誤差對 DDS 輸出頻譜的影響也變得較大，這時 DAC 誤差引起的誤差信號電平會高于另外兩種主要誤差來源。 DAC對 DDS的影響可以從兩方面來考慮：一方面是理想 DAC 特性對 DDS 的影響，在此過程中理想 DAC 僅僅對信號頻譜的幅度和相位有所改變，在輸出上體現(xiàn)為滾降特性，并不引入其他頻率成分；另一方面也是最主要的影響，是由于實(shí)際中的 DAC 器件的非線性特性、瞬間毛刺等非理想轉(zhuǎn)換特性在輸出頻譜中產(chǎn)生了誤差。 其他噪聲源帶來的誤差 DDS 誤差的來源，主要是前面闡述的三項，它 們大多數(shù)落在離主頻普很近的地方，所以也是影響最大的而又最難去除的誤差。此外，電源等因素引起的噪聲干擾和外來電磁干擾均可以引起 DDS 誤差指標(biāo)的惡化，這些因素并非 DDS 固有誤差，可在系統(tǒng)中通過電路設(shè)計優(yōu)化。所以在設(shè)計與 DDS 相關(guān)的頻率合成器時，正確看待 DDS 的各項誤差，充分考慮各個器件對系統(tǒng)誤差的影響，是前期設(shè)計所需要考慮的因素之一。 參 考 文 獻(xiàn) [1] 羅韓君 , 林亞風(fēng) , 吳伶錫 . 一種基于 DDS 技術(shù)的新型激光測距系統(tǒng)的設(shè)計 [J]. 現(xiàn)代電子技術(shù) ,2020,28 17 :4244. [2]張厥盛， 曹麗娜 .鎖相與頻率合成技術(shù) [M].成都：電子科技大學(xué)出版社，2020. [3] Campbell R J, Amitage J R, Sherlock G, et al. Wavelength stable uncooled fiber grating semiconductor laser foruse in an optical WDM access work[J]. Electron Lett, 1996, 32 12 : 119121 [4] Altera stratix II datasheet. [5] 康華光，陳大欽 .電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分（第四版） . 北京：高等教育出版社， 19 [6] 康華光，陳大欽 .電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字部分（第四版） . 北京：高等教育出版社， 19 [7]李萬臣主編． 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)與課程設(shè)計 . 哈爾濱工程大學(xué)出版社， [8]單玉華 .基于 DDS 頻率合成誤差抑制技術(shù)的研究。電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 .3542. [9] Rulph Applications Using C and the TMS320C6x DSK.[翻譯 ] 王華、張 建 .北京：電子工業(yè)出版社， 2020. [] 周霖 .DSP 通信工程技術(shù)應(yīng)用 [M].北京：國防工業(yè)出版社， 2020. [] 汪安民等 .DSP 應(yīng)用開發(fā)使用子程序 [M].北京：人民郵電出版社， 2020.頁 234 7884. [1] 張雄偉等 .DSP 芯片的原理與開發(fā)應(yīng)用 [M].北京：電子工業(yè)出版社，2020. [1] TMS320C54x DSP Reference Set， Volume 2： Mnemonic Instrustion 2020. [1] TMS320C54x User’s Guid . [15] 張雄偉等 . DSP 芯片的原理與開發(fā)應(yīng)用 [M].第 3 版 .北京：電子工業(yè)出版社， 2020. [1] 鄭紅等 .DSP 應(yīng)用系統(tǒng)實(shí)例 [M].北京：北京航空航天大學(xué)寫出版社，2020. [1] 曾義芳 .DSP 開發(fā)應(yīng)用技術(shù) [M].北京：北京航空航空大學(xué)出版社， 2020. [1] ：科學(xué)出版社， 2020. [1] 劉劍科、王艷芬、王勝利基 DSP 的信號發(fā)生器的設(shè)計制造， 2020. 畢業(yè)論文設(shè)計即將完成，我的學(xué)生生涯也要告一段落了。借此機(jī)會，我要對兩年來幫助過我的人表示深深的感謝。 首先，我衷心地向我 的畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)老師彭鐵牛表示最誠摯的謝意！指導(dǎo)老師對論文的研究方向、研究內(nèi)容、學(xué)術(shù)思想方面給予了悉心指導(dǎo)和嚴(yán)格要求。指導(dǎo)老師淵博的知識和開闊的思路，使我深受啟迪，指導(dǎo)老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、細(xì)致認(rèn)真的工作作風(fēng)為我樹立了良好的榜樣。感謝老師給予我學(xué)習(xí)上的輔導(dǎo)和幫助，并不斷地指導(dǎo)和鼓勵我的畢業(yè)設(shè)計工作。 同時還非常感謝各位老師在學(xué)習(xí)和生活上對我的關(guān)心和幫助，給了我寶貴的實(shí)踐機(jī)會，使我拓寬了知識面，保證了畢業(yè)論文設(shè)計的順利完成，使我的理論知識得到了進(jìn)一步的鞏固，同時實(shí)踐動手的能力有了很大的提高。 此外，我還要感謝我的 父母這么多年來對我的養(yǎng)育之恩，他們的付出讓我能夠順利進(jìn)入大學(xué)學(xué)習(xí)。 2020 年月日 山西煤炭職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 10 相位累加器 相位寄存器 數(shù)據(jù)存儲器 D/A 轉(zhuǎn)換 LPF 時鐘 ROM 波形存儲器 頻率 控制字 相位 累加器 相位 控制字 加法器 求補(bǔ) 波形 存儲器 求補(bǔ) TMS320C5402 處理器 AT89S51 單片機(jī) LPF 數(shù)模 轉(zhuǎn)換 鍵盤輸 入 液晶顯示 X2/CLK TMS320 C5402 X1 X1 TMS320 C5402 X2/CLK 5402 A0 A1 A2 A7 R/D110 A 74138 B C G1 Y4 G2 G3 TLV5619 D110 執(zhí)行 送頻率控制字到 HPI 顯示輸出頻率和幅度 根據(jù)按鍵執(zhí)行子程序 初始化和自檢 開始 有無鍵按下 TSS 位置 1，停止定時器 寫定時器初值到 PRD 置位 TNT,清除中斷 置位 IMR 中的 TINT，使能定時器中 斷 等待中斷，完成相位累加器相位累加 加載初值到 TDDR，啟動定時器