使用DSP28335在CCS中生成正弦波

news2024/11/27 16:28:04

  DSP芯片支持数学库，那如何通过DSP芯片生成一个正弦波呢？通过几天研究，现在将我的方法分享一下，如有错误，希望大家及时指出，共同进步。

sin函数的调用

  首先看下一sin函数 的使用。

//头文件的定义
#include"math.h"
#define PI    3.1415926           //定义圆周率

float sin1;
float signal1[1000];
void sinetest(void)
{
    sin1 = sin(0 * PI);             //0度  0.0
    sin1 = sin(1.0 / 6.0 * PI);     //30度 0.5
    sin1 = sin(1.0 / 4.0 * PI);     //45度 0.707
    sin1 = sin(1.0 / 3.0 * PI);     //60度   0.866
    sin1 = sin(1.0 / 2.0 * PI);     //90度 1.0
    sin1 = sin(2.0 / 3.0 * PI);     //120度 0.866
    sin1 = sin(3.0 / 4.0 * PI);     //135度 0.707
    sin1 = sin(5.0 / 6.0 * PI);     //150度 0.5
    sin1 = sin(1 * PI);             //180度 0

    sin1 = sin(7.0 / 6.0 * PI);     //210度 -0.4999
    sin1 = sin(5.0 / 4.0 * PI);     //225度 -0.707
    sin1 = sin(4.0 / 3.0 * PI);     //240度 -0.866
    sin1 = sin(3.0 / 2.0 * PI);     //270度 -1.0
    sin1 = sin(5.0 / 3.0 * PI);     //300度 -0.866
    sin1 = sin(7.0 / 4.0 * PI);     //315度 -0.707
    sin1 = sin(11.0 / 6.0 * PI);    //330度 -0.5
    sin1 = sin(2 * PI);             //360度 0
}

  这里用一个函数简单的测试一下，添加 math.h 头文件之后就可以直接使用sin函数了。通过这几个测试可以看出来，这里的sin函数里面使用的是弧度。也就是说一个周期的值是0到2π。生成的曲线是1到-1的正弦波。

生成单周期sin波

  如果想要直接使用sin函数生成一个正弦波数组的话，就需要控制里面的参数在0到2π之间。根据公式Φ=ωt=2πft可以看出如果要生成一个50Hz的正弦波的话，只有t是变化的，那么就需要在程序中控制这个t的值。频率50Hz，对于t的值就为0.02s。
当t的值从0增加到0.02时。f*t的值为1，刚好一个周期。
  这里使用一段代码测试一下，假如要生成50Hz的波，一个周期用50个点来组成，那么程序就修改为下面的样子。

void sin_test(void)
{
    int i;
    float t;
    float f = 50;
    for (i = 0; i < 50; i++)
    {
        t =i * ( 1.0 / f / 50);
        sin1 = sin(2 * PI * f * t);
        signal1[i] = sin1;
    }
}

  由于数组的下标只能是整数，所以这里要进行一些处理。f=50，那么周期就是1/50=0.02s,如果要在0.02s内生成50个数据，那么一个数据需要的时间就是0.02/50=0.0004s。然后用for循环来控制生成数据的个数。用数组的下标乘每个数据需要的时间0.0004s，这样生成50个数据之后，时间值t刚好就是0.02s，然后再乘频率f,这样
ft 相乘结果刚好就是1。

  运行这段代码，查看数组中的数据。
在这里插入图片描述

在数组名上单击鼠标右键，将数组添加到观察窗口。
在这里插入图片描述
在观察窗口就可以查看数组中的值，此时数组中的值全是0,这是由于程序打了断点，还没运行到sin计算的函数。
在这里插入图片描述

点击单步运行，执行sin_test()函数。
在这里插入图片描述
这时就可以看到已经成功生成了一组数据，总共50个数据，从零开始增加到1，然后减小到-1，在增加到0，刚好是一组正弦变换的数据。

显示sin波形

  也可以使用ccs中波形显示工具，将生成的数据打印成波形查看。工具栏中选择
Tools—Graph—Single Time
在这里插入图片描述
设置要显示的波形参数
在这里插入图片描述
按照上面的参数进行设置，设置完成之后点OK按钮。
在这里插入图片描述
此时就会将数组中的数据用图形绘制出来，可以看到这是一个标准的正弦波。

生成2个周期sin波

  上面生成了一组正弦波，将for循环的次数改为100次，那么就会在数组中生成两组正弦波的数据。

void sin_test(void)
{
    int i;
    float t;
    float f = 50;
    for (i = 0; i < 100; i++)
    {
        t =i * ( 1.0 / f / 50);
        sin1 = sin(2 * PI * f * t);
        signal1[i] = sin1;
    }
}

在这里插入图片描述
在数组中可以看到总共100个数据。
然后修改波形显示参数，这个参数可以直接在工具栏中选择，也可以在波形显示界面直接点属性设置的图标。
在这里插入图片描述
点击两个红叉后面的那个图标就会打开属性设置框。
在这里插入图片描述
将显示数据的大小改为100，这时候就会看到显示的波形从一个周期变为了2个周期。

  这时可以将一个周期采样50个点修改为100个点。
在这里插入图片描述
波形显示从两个周期又变回了一个周期。

宏定义参数

  为了方便修改参数，将每个周期采样的点数，和总共采样的点数设置为宏定义。修改代码如下。

#define PI    3.1415926           //定义圆周率
#define F     50                  //正弦波频率
#define TN    100                 //每个周期需要采样的点数
#define N     500                //总共采样的点数，数组大小

float sin1;
float signal1[1000];

void sin_test1(void)
{
    int i;
    float t;
    for (i = 0; i < N; i++)
    {
        t =i * ( 1.0 / F / TN);
        sin1 = sin(2 * PI * F * t);
        signal1[i] = sin1;
    }
}

  将宏定义设置为每个周期采样100个点，总共采样500个点，也就是5个周期。

在这里插入图片描述
将波形采样点设置为500
在这里插入图片描述
此时可以看出输出了5个周期的波形。

  在上面代码中计算时间时1.0 / F / TN需要进行两次除法，可以将N和TN这两个参数直接合并为一个。

#define PI    3.1415926           //定义圆周率
#define F     50                  //正弦波频率
#define TN    100                 //每个周期需要采样的点数
#define N     500                //总共采样的点数，数组大小
#define FS    5000               //采样频率  FS = TN *F

void sin_test2(void)
{
    int i;
    float t;
    for (i = 0; i < N; i++)
    {
        t = i * (1.0 / FS);
        sin1 = sin(2 * PI * F * t);
        signal1[i] = sin1;
    }
}

这里增加一个宏定义采样频率 FS，替换掉原来连续两次除法。当然为了让计算步骤更少，也可以将
2 * PI * F这三个数相乘的结果也用一个宏定义来表示，这里为了代码阅读起来比较容易，就不合并了。

测试波形周期

再次运行代码，同时将波形显示里面的采样频率修改为FS的值5000，其他设置参数不变。
在这里插入图片描述
此时在波形显示窗口就可看到，一个波形的周期刚好是20ms。总共显示5个周期。
在这里插入图片描述

生成sin、cos波形

  生成波形的代码框架已经好了，接下来就直接生成一组sin波形，一组cos波形。在原来的代码上增加一个cos波形的生成，使用第2个数组存储cos的波形。

//头文件的定义
#include"stdio.h"
#include"math.h"
#include"string.h"

#define PI    3.1415926           //定义圆周率
#define F     50                  //正弦波频率
#define TN    100                 //每个周期需要采样的点数
#define N     500                 //总共采样的点数，数组大小
#define FS    5000                //采样频率  FS = TN * F

#define Sample_points    1000     //采样点数
float signal1[Sample_points];
float signal2[Sample_points];

float sin1;
float sin2;

void sin_test3(void)
{
    int i;
    float t;
    for (i = 0; i < N; i++)
       {
           t = i * (1.0 / FS);
           sin1 = sin(2 * PI * F * t);
           signal1[i] = sin1;

           sin2 = cos(2 * PI * F * t);
           signal2[i] = sin2;
       }
}

按照上面的方法将第二个数组的波形也显示出来。
在这里插入图片描述

生成三相sin波形

  接下来就可以生成三相波形了。要生成三相波首先得知道三相波形的样子，这里使用PSIM仿真软件直接查看三相波形。

放置一个三相波，然后用示波器查看每一相的波形。
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
点开这个模型，查看帮助文档，可以看到波形生成的具体方式。
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
通过帮助文档可以看出，a相相位为0度，b相相位为-120度，c相相位为120度。

按照这种相位关系自己用三个独立的正弦波通过相位的调整组合出一个三相波。
在这里插入图片描述
通过波形可以看出，通过对相位的控制，就可以生成三相正弦波了。

按照这种方法直接在程序里面生成三相正弦波，修改代码如下：

#include "DSP2833x_Device.h"     // DSP2833x Headerfile Include File
#include "DSP2833x_Examples.h"   // DSP2833x Examples Include File
//头文件的定义
#include"math.h"


#define PI    3.1415926           //定义圆周率
#define F     50                  //正弦波频率
#define TN    100                 //每个周期需要采样的点数
#define N     500                 //总共采样的点数，数组大小
#define FS    5000                //采样频率  FS = TN * F
#define Sample_points    1000     //采样点数

float signal1[Sample_points];
float signal2[Sample_points];
float signal3[Sample_points];

float sin1;
float sin2;
float sin3;

void clear_buf(void)
{
    int i;
    for (i = 0; i < Sample_points; i++)
    {
        signal1[i] = 0;
        signal2[i] = 0;
        signal3[i] = 0;
    }
}

void sin_3ph(void)
{
    int i;
    float t;
    for (i = 0; i < N; i++)
    {
        t = i * (1.0 / FS);
        sin1 = sin(2 * PI * F * t);                 //生成a相波 相位0度
        signal1[i] = sin1;

        sin2 = sin(2 * PI * F * t - 2.0 / 3.0 * PI); //生成b相波 相位-120度
        signal2[i] = sin2;

        sin3 = sin(2 * PI * F * t + 2.0 / 3.0 * PI); //生成C相波 相位 120度
        signal3[i] = sin3;
    }
}
void main()
{
    InitSysCtrl();
    InitPieCtrl();
    IER = 0x0000;
    IFR = 0x0000;
    InitPieVectTable();

    clear_buf();
    sin_3ph();
    while (1)
        ;
}

将三相波形都显示出来

在这里插入图片描述
通过代码生成的三相正弦波波形和PSIM仿真的波形是一样的。

生成三相cos波形

接下来在生成余弦的三相波形，首先在PSIM中看一下余弦的三相波形，由于PSIM中没有余弦的模型，这里将三相正弦信号的初始相位修改为90度，这样发出的波形就是余弦波形了。
在这里插入图片描述
通过示波器观察三相波形的相位关系。
在这里插入图片描述
将上面代码中的sin直接修改为cos。

#include "DSP2833x_Device.h"     // DSP2833x Headerfile Include File
#include "DSP2833x_Examples.h"   // DSP2833x Examples Include File
//头文件的定义
#include"math.h"


#define PI    3.1415926           //定义圆周率
#define F     50                  //正弦波频率
#define TN    100                 //每个周期需要采样的点数
#define N     500                 //总共采样的点数，数组大小
#define FS    5000                //采样频率  FS = TN * F
#define Sample_points    1000     //采样点数

float signal1[Sample_points];
float signal2[Sample_points];
float signal3[Sample_points];

float sin1;
float sin2;
float sin3;

void clear_buf(void)
{
    int i;
    for (i = 0; i < Sample_points; i++)
    {
        signal1[i] = 0;
        signal2[i] = 0;
        signal3[i] = 0;
    }
}

void cos_3ph(void)
{
    int i;
    float t;
    for (i = 0; i < N; i++)
    {
        t = i * (1.0 / FS);
        sin1 = cos(2 * PI * F * t); //生成a相波
        signal1[i] = sin1;

        sin2 = cos(2 * PI * F * t - 2.0 / 3.0 * PI); //生成b相波
        signal2[i] = sin2;

        sin3 = cos(2 * PI * F * t + 2.0 / 3.0 * PI); //生成C相波
        signal3[i] = sin3;
    }
}
void main()
{
    InitSysCtrl();
    InitPieCtrl();
    IER = 0x0000;
    IFR = 0x0000;
    InitPieVectTable();

    clear_buf();
    cos_3ph();
    while (1)
        ;
}

通过波形可以看出代码生成的余弦三相波形和PSIM里面仿真的波形相位关系也是一样的。
在这里插入图片描述
通过直接调用库函数，通过参数的控制，就可以生成想要的各种波形了。

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