基于Matlab_DSPBuilder的正弦信号发生器设计.

基于Matlab/DSP Builder的正弦信号发生器设计引言近年来随着通信技术的不断发展,信号的正确传输显得日益重要，也就是说要有一个可靠的能产生稳定确信号的发生器，基于Matlab/DSP Builder的正弦信号发生器是利用Matlab/DSP Builder的模块进行的模快化设计，软件的设计采用模块化结构，使程序设计的逻辑关系更加简洁明了、易懂、易学。

使硬件在软件的控制下协调运作。

DSP Builder可以帮助设计者完成基于FPGA的DSP系统设计设计,除了图形化的系统建模外,还可以完成及大部分的设计过程和仿真，直至将设计文件下载到DSP开发板上。

此次实验的目的就是将两者的优势有机的结合在一起，利用DSP的优势开发正弦信号发生器。

在设计中主要采用DSP Builder库中的模块进行系统的模型设计，然后再进行Simulink仿真。

1.设计思想1.1 DSP Builder特点DSP Builder系统级(或算法级)设计工具,它架构在多个软件工具之上,并把系统级(算法仿真建模)和RTL(硬件实现)两个领域的设计工具连接起来,最大程度的发挥了两种工具的优势。

DSP Builder依赖于MathWorks公司的数学分析工具Matlab/Simulink,可以在Simulink中进行图形化设计和仿真，同时又通过Signal Compilder把Matlab/Simulink的设计文件（.mdl）转换成相应的硬件描述语言VHDL设计文件（.vhd），以及用于控制和编译的tcl脚本。

而对后者的处理可以用Quartus II来实现。

1.2 QuartusII特点QuartusII提供了完整的多平台设计环境，能满足各种特定设计的需要，是单芯片可编程系统（SOPC）设计的综合性环境和SOPC开发的基本设计工具，并且为Altera DSP开发包进行系统模型设计提供了集成综合环境。

QuartusII完全支持VHDL的设计流程，其内部嵌有VHDL逻辑综合器。

基于DSP设计正弦信号发生器一．设计目的设计一个基于DSP的正弦信号发生器二．设计内容利用基于CCS开发环境中的C54X汇编语言来实现正弦信号发生装置。

三．设计原理一般情况，产生正弦波的方法有两种：查表法和泰勒级数展开法。

查表法是使用比较普遍的方法，优点是处理速度快，调频调相容易，精度高，但需要的存储器容量很大。

泰勒级数展开法需要的存储单元少，具有稳定性好，算法简单，易于编程等优点，而且展开的级数越多，失真度就越小。

本文采用了泰勒级数展开法。

一个角度为θ的正弦和余弦函数，可以展开成泰勒级数，取其前5项进行近似得：式中：x为θ的弧度值，x=2πf／fs(fs是采样频率；f是所要发生的信号频率。

正弦波的波形可以看作由无数点组成，这些点与x轴的每一个角度值相对应，可以利用DSP处理器处理大量重复计算的优势来计算x轴每一点对应的y的值(在x轴取N个点进行逼近)。

整个系统软件由主程序和基于泰勒展开法的SIN子程序组成，相应的软件流程图如图。

三．总体方案设计本设计采用TMS320C54X系列的DSP作为正弦信号发生器的核心控制芯片。

通过计算一个角度的正弦值和余弦值程序可实现正弦波，其步骤如下：1.利用sinx和cosx子程序，计算0°~45°（间隔为0.5°）的正弦和余弦值2.利用sin（2x)=2sin(x)cos(x)公式，计算0°~90°的正弦值（间隔为1°）3.通过复制，获得0°~359°的正弦值4.将0°~359°的正弦值重复从PA口输出，便可得到正弦波四．软件操作DSP 集成开发环境 CCS是 Code Composer Studio 的缩写，即代码设计工作室。

它是 TI 公司推出的集成可视化 DSP 软件开发工具。

DSP CCS 内部集成了以下软件工具：◆ DSP 代码产生工具（包括 DSP 的 C 编译器、汇编优化器、汇编器和链接器）◆ CCS 集成开发环境（包括编辑、建立和调试 DSP 目标程序）◆ 实时基础软件 DSP/BIOS （必须具有硬件开发板）◆ RTDX、主机接口和 API（必须具有硬件开发板）在 CCS 下，用户可以对软件进行编辑、编译、调试、代码性能测试（profile）和项目管理等工作。

基于DSP的正弦信号发生器1.正弦信号在各种科学和工程领域中广泛应用，如通信系统、音频处理、医学诊断等。

因此，制作一个能够生成正弦信号的设备是非常必要的。

传统的方法是使用模拟电路，但这种方法需要用到很多电子元器件，难以控制和调整。

同时，传统的模拟电路还容易受到电磁干扰、温度等环境因素的影响，导致输出的信号失真。

因此，数字信号处理（DSP）技术逐渐成为生成正弦波信号的常见方法，能够实现高精度、低失真的输出。

2. 设计概述本文介绍一种基于DSP的正弦信号发生器的设计。

该设计采用TMS320C5505数字信号处理芯片和信号解调电路，通过软件和硬件设计，实现了一个高精度、低失真的正弦信号发生器。

2.1 硬件设计本设计采用了TMS320C5505数字信号处理器集成电路作为主控芯片。

该芯片具有低功耗、高性能、灵活性和易于开发等优点。

除此之外，还需要电源模块、时钟模块、信号解调模块等。

2.2 软件设计本设计采用了C语言进行程序设计。

使用Code Composer Studio作为开发环境，将程序编译后烧录到芯片中。

代码的主要实现过程为：1.生成一个只包含一周期正弦波形的信号2.将该信号送入DA（Digital to Analog）转换器，使其变为模拟信号3.经过信号解调器后输出到外部接口信号的生成采用的是Taylor级数展开，可以实现高精度的波形生成。

信号解调电路主要是由低通滤波器、防干扰电路和放大电路等模块组成。

3. 实验结果经过实验测试，本设计输出的正弦波信号的频率可以在0~10kHz范围内任意设定。

信号的失真率小于0.1%。

同时，本设计还支持正弦波的相位调节和幅度调节等功能。

通过外部的控制，可以实现信号的精准控制和调节。

4.本文介绍了一种基于DSP的正弦信号发生器的设计，通过使用数字信号处理技术，实现了高精度、低失真的正弦波信号的生成。

该设计具有灵活性和可扩展性，可以为各种科学和工程领域提供高精度的正弦信号源。

正弦波信号发生器一、实验目的1.了解用泰勒级数展开法计算角度正弦值和余弦值；2.了解产生正弦信号的方法；3.熟悉使用汇编语言编写较复杂的程序；4.熟悉在CCS 环境下计算角度正弦值和余弦值及产生正弦波的方法；二、实验原理泰勒级数展开法是根据泰勒展开式进行计算来实现正弦信号，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。

正弦函数和余弦函数可以展开成泰勒级数，其表达式：递推公式： sin()2cos()sin[(1)]sin[(2)]cos()2cos()sin[(1)]cos[(2)]nx x n x n x nx x n x n x =---=--- 由递推公式可以看出，在计算正弦和余弦值时,需要已知cos(x )、sin(n -1)x 、sin(n -2)x 和cos(n -2)x 。

用这种方法求少数点还可以，如产生连续正弦波、余弦波，则积累误差太大，不可取。

下面主要用泰勒级数展开法求正弦和余弦值，以及产生正弦波的方法。

三、实验内容与步骤１.用泰勒级数展开法计算sin(x)的值；（1）在 CCS 中新建项目：sinx.pjt ，建立文件sinx.asm 、vectors.asm 和sinx.cmd 。

并将此三个文件加入到项目中。

******************************************************* 用泰勒级数开展开式计算一个角度的正弦值 **sin(x)=x(1-x*x/2*3(1-x*x/4*5(1-x*x/6*7(1-x*x/8*9))))*******************************************************.title "sinx.asm".mmregs .def startSTACK: .usect "STACK",10start: STM #STACK+10,SPLD #d_x,DPST #6487H,d_x ;x-->d_x CALLsin_start end:B end sin_start:35792222sin()3!5!7!9! 111123456789(((())))x x x x x x x x x x x =-+-+=----⨯⨯⨯⨯24682222cos()12!4!6!8! 11112345678((()))x x x x x x x x x =-+-+=----⨯⨯⨯.def sin_startd_coeff .usect "coeff",4.datatable: .word 01C7H ;c1=1/(8*9).word 030BH ;c2=1/(6*7).word 0666H ;c3=1/(4*5).word 1556H ;c4=1/(2*3)d_x .usect "sin_vars",1d_squr_x .usect "sin_vars",1d_temp .usect "sin_vars",1d_sinx .usect "sin_vars",1c_1 .usect "sin_vars",1.textSSBX FRCTSTM #d_coeff,AR5RPT #3MVPD #table,*AR5+STM #d_coeff,AR3STM #d_x,AR2STM #c_1,AR4ST #7FFFH,c_1SQUR *AR2+,A ;A=x^2ST A,*AR2 ;(AR2)=x^2||LD *AR4,B ;B=1MASR *AR2+,*AR3+,B,A ;A=1-x^2/72,T=x^2MPYA A ;A=T*A=x^2(1-x^2/72)STH A,*AR2 ;(d_temp)=x^2(1-x^2/72)MASR *AR2-,*AR3+,B,A ;A=1-x^2/42(1-x^2/72),T=x^2(1-x^2/72)MPYA *AR2+ ;B=x^2(1-x^2/42(1-x^2/72))ST B,*AR2 ;(d_temp)=x^2(1-x^2/42(1-x^2/72))||LD *AR4,B ;B=1MASR *AR2-,*AR3+,B,A ;A=1-x^2/20(1-x^2/42(1-x^2/72))MPYA *AR2+ ;B=x^2(1-x^2/20(1-x^2/42(1-x^2/72)))ST B,*AR2 ;(d_temp)=B||LD *AR4,B ;B=1MASR *AR2-,*AR3+,B,A ;A=1-x^2/6(1-x^2/20(1-x^2/42(1-x^2/72)))MPYA d_x ;B=x(1-x^2/6(1-x^2/20(1-x^2/42(1-x^2/72))))STH B,d_sinx ;sin(theta)RET.end*******************************************************中断向量文件vectors.asm******************************************************.title "vectors.asm".ref start.sect ".vectors"B start.end*******************************************************链接命令文件******************************************************vectors.objsinx.obj-O sinx.out-m sinx.map-estartMEMORY{PAGE 0:EPROM: org=0090H,len=0F70HVECS: org=0080H,len=0010HPAGE 1:SPRAM: org=1000H,len=1000HDARAM: org=2000H,len=2000H}SECTIONS{.text :>EPROM PAGE 0.data :>EPROM PAGE 0STACK :>SPRAM PAGE 1sin_vars :>DARAM PAGE 1coeff :>DARAM PAGE 1.vectors :>VECS PAGE 0}（2）编译、链接项目文件sinx.pjt。

基于DSP的正弦波信号发生器设计————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：目录第1章绪论 (1)1 DSP简介 (1)第2章总体方案的分析和设计 (2)2.1 总体方案设计 (2)2.2正弦波信号发生器 (2)第3章硬件设计 (3)3.1硬件组成 (3)3.2控制器部分 (4)3.4人机接口部分 (5)第4章软件设计 (6)4.1流程图 (6)4.2 正弦信号发生器程序清单 (7)第5章总结 (12)参考文献 (12)第1章 绪论1 DSP 简介数字信号处理(Digital Signal Processing ，简称DSP)是一门涉及许多学科而又广泛应用于许多领域的新兴学科。

20世纪60年代以来，随着计算机和信息技术的飞速发展，数字信号处理技术应运而生并得到迅速的发展。

数字信号处理是一种通过使用数学技巧执行转换或提取信息，来处理现实信号的方法，这些信号由数字序列表示。

在过去的二十多年时间里，信号处理已经在通信等领域得到极为广泛的应用。

图一是数字信号处理系统的简化框图。

此系统先将模拟信号转换为数字信号，经数字信号处理后，再转换成模拟信号输出。

其中抗混叠滤波器的作用是将输入信号x (t)中高于折叠频率的分量滤除，以防止信号频谱的混叠。

随后，信号经采样和A/D 转换后，变成数字信号x(n)。

数字信号处理器对x(n)进行处理，得到输出数字信号y (n),经D/A 转换器变成模拟信号。

此信号经低通滤波器，滤除不需要的高频分量，最后输出平滑的模拟信号y(t)。

图1.1 数字信号处理系统简化框图数字信号处理是以众多学科为理论基础的，它所涉及的范围极其广泛。

例如，在数学领域，微积分、概率统计、随机过程、数值分析等都是数字信号处理的基本工具，与网络理论、信号与系统、控制论、通信理论、故障诊断等也密切相关。

近来新兴的一些学科，如人工智能、模式识别、神经网络等，都与数字信号处理密不可分。

基于Matlab/DSP Builder 多波形信号发生器的设计
1 引言
传统的波形发生器多采用模拟分立元件实现，产生的波形种类要受到电
路硬件的限制，体积大，灵活性和稳定性也相对较差。

采用FPGA 器件直接实
现多种波形信号发生器，配以相应的外围器件实现的波形发生器具有设计简单、外围电路少、频率稳定性高、可靠性高、输出波形稳定、现场可编程等优点，
因而在现代电子设计中，常常采用FPGA 器件来实现多种波形信号发生器，利
用FPGA 实现多种波形信号发生器的方法也很多，但其设计方法均过于复杂，
要求设计人员对VHDL 语言要相当熟悉，才能编写相应的程序。

采用Matlab/DSP Builder 建立模型来实现多种波形信号发生器，其设计简单，不需要编程，也能根据需要设计出相应的多波信号发生器[1][2][4][6]。

2、多波信号发生器的数学模型
2.1 锯齿波的产生
在Matlab/Simulink 下，有一模块名叫Increment Decrement 模块，由于Increment Decrement 模块随着时间的变化而不断的从0 计数到255 ，到了255 后清0，接着又从0 开始计数这样周期性的产生锯齿波。

2.2 正弦波的产生
利用Increment Decrement 不断计数，根据计数找到查找表的地址取出里面的值，正弦函数的调用格式为Sin（【起始值：步进值：结束值】），该模块
为一个输入为6 位输出值为8 位的正弦查找表模块。

2.3 方波的产生
由于产生的正弦波的值从0 到255，我们可以使用一个比较器进行比较，根据比较值的大小产生占空比不同的方波，此处我们设置一个值为127 的常数，。

基于DSP Builder的高精度正弦信号发生器的设计闫璞【摘要】该文基于DSP Builder设计了一款新型高精度、高性能、宽频率范围的正弦信号发生器;通过DSP builder设计一个幅度调制模型使正弦波发生器产生的波形能够进行幅度调制.系统通过调试后,能成功产生正弦波形信号,其精度高、波形稳定、失真小.【期刊名称】《中国新技术新产品》【年(卷),期】2018(000)023【总页数】2页(P46-47)【关键词】信号发生器;DSP技术;DSP Builder【作者】闫璞【作者单位】兰州理工大学技术工程学院,甘肃兰州730050【正文语种】中文【中图分类】TN9110 前言在现代电子测量中，人们对于信号源的要求不断提高，除了频率准确度和稳定的要求外，还要求输出有较宽的频率范围和更高的稳定度和准确度。

本论文基于DSP Builder设计了一款新型高精度、高性能、宽频率范围的正弦信号发生器。

1 正弦信号发生器的预期要求及设计原理该文运用DSP Builder设计正弦波发生器和幅度调制器并将正弦波发生器产生的正弦波通过幅度调制器进行调制，预期达到的要求见表1。

表1 预期要求预期要求预期性能正弦波输出频率范围 10 Hz～10 MHz具有频率设置功能，频率步进 100 Hz输出信号频率稳定度优于10-4输出电压幅值无明显失真本设计中，为了一步步罗列DSP Builder 基于手动流程的的使用方法，我们列举了一个正弦波发生模块的设计，并且这个正弦波是可控的。

如图1所示是一个正弦波发生器。

图1 正弦波发生器模块原理图1.1 设计流程设计流程如下：1）打开 Matlab工作环境。

2）完成工作库的建立。

3）了解simulink 库管理器。

4）simulink 的模型文件。

5）放置 SignalCompiler。

6）添加 Increment Decrement模块。

7）设置 IncCount。

8）添加 SinLUT 模块：（ LUT）。