基于DSP的網絡式數字信號發(fā)生器的研究

劉 靜

（青海水電技師學院，西寧 810007）

信號發(fā)生器是一種能提供各種頻率、波形和輸出電平電信號的設備。測試測量通常要求信號發(fā)生與信號采集同時進行，采集數據占用較高的網絡傳輸帶寬，若信號發(fā)生數據由上位機計算提供，數據傳輸上行下行并用，可能因為帶寬不足而導致系統性能受限，甚至測試失敗。若信號發(fā)生器具有足夠的計算能力，獨立實時產生波形數據，則上位機與信號發(fā)生器之間交換命令及參數即可，大大節(jié)約傳輸帶寬。

1 系統構成

這種信號發(fā)生器使用基于DSP及其外圍電路組成的硬件系統，上位機通過RJ45網絡接口與硬件系統通信連接，可以根據測試要求實時改變信號類型和參數，DSP依據上位機指令，獨立運行程序，計算產生信號數據，并通過DA芯片轉換后輸出信號波形。

本文的研究選擇了McASP（Multichannel Audio Serial Port多通道音頻串口）。音頻接口多通道大數據處理能力滿足信號發(fā)生器高速實時傳輸數據的要求。

2 硬件結構

本系統采用TI公司推出的低功耗高性能定浮點兼容TMS320-C6748 DSP芯片為核心，獨立運行信號發(fā)生程序并產生信號數據。

以太網PHY（指物理層）部分采用TI公司的DP83640芯片。（DP83640是一款為基于IEEE 1588標準的實時工業(yè)互聯提供高級精確時鐘同步的以太網收發(fā)器芯片）。

數模轉換器DAC采用TI公司的PCM1795，分辨率32位，采樣頻率高達192kHz。

3 McASP配置

此系統中使用了I2S協議。它的優(yōu)點在于獨立時鐘與數據信號的導線傳輸的設計，并且通過將時鐘數據和信號進行分離，從而避免因時差而引起的信號失真，保證了信號的完整性。

此系統中我們選用了內部時鐘，DSP的時鐘為24M，在此基礎上由McASP對DSP進行時鐘分配。數據引腳類型是McASP，數據傳輸的類型為I2S并由EDMA控制的。

4 軟件設計

系統軟件主要由初始化、主控、信號波形數據生成、EDMA傳輸和網絡傳輸模塊組成，主控模塊負責根據不同的命令及參數調用不同的信號生成函數。

初始化模塊的功能主要包括系統初始化、存儲器分配、MCASP接口，網絡傳輸初始化等。

信號波形數據生成模塊主要負責生成各種信號波形。

網絡傳輸模塊負責與上位機通過以太網互傳數據。

EDMA傳輸模塊負責實時向MCASP左右通道發(fā)送信號數據。

5 信號的生成（可編程性，高精度）

本信號發(fā)生器通過程序算法實現信號生成，屬于虛擬信號發(fā)生裝置。根據常用信號的如正弦信號，三角信號，方波信號等的函數特征進行函數代碼的編寫，以此作為信號發(fā)生器的信號生成源代碼。DSP運行程序生成大量信號數據，經過采樣D/A數模轉換輸出波形。此類方式具有很好的可編程性，可以根據實際的需要及時修改程序，不斷提升性能，增加實用功能。

下面以正弦信號為例說明信號生成程序基本原理：

正弦信號的基本表達式為：

而實際上用到的是這樣的表達式

（其中Y為實際輸出幅值大小，A為給定幅值大小，φ為初始相位，b為偏移量，fout為信號輸出的頻率）

如果采樣周期為Ts，則采樣頻率為fs，Δt為每次采樣的間隔時間1/fs。那么，得到離散的實際信號幅值為：

同時，瞬時時刻的相位為

根據以上的公式，我們在編寫代碼時，將初相位，幅值，偏移，信號頻率，采樣頻率作為變量，它們都通過上位機來根據需要來賦值，然后就由DSP進行處理。

6 測試結果

標準正弦信號及其失真度分析，可見其失真度僅為0.0077%。

圖1 標準正弦信號及其失真度測試

其他形式的波形不再贅述。

7 結束語

DSP具有高速運算能力，利用音頻接口McASP和EDMA技術傳輸信號數據，有效解決了大數據快速傳輸的難題。基于以上硬件和相關技術的數字信號發(fā)生器具備高精度，低失真等優(yōu)點，方便控制操作，實用性強等各項優(yōu)勢，DSP數字信號發(fā)生器的采用已成為一種趨勢。