摘? 要: 以定點(diǎn)DSP為例,闡述DSP芯片在實(shí)時控制領(lǐng)域中如何高精度地計(jì)算時間,為準(zhǔn)確測量一些物理量打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ),具有較高的參考價值。
關(guān)鍵詞: DSP? 準(zhǔn)確? 計(jì)時
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數(shù)字信號處理(DSP)是一門涉及許多學(xué)科而又廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域的新興學(xué)科。20世紀(jì)60年代以來,隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息技術(shù)的飛速發(fā)展,數(shù)字信號處理技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生,并得到迅速的發(fā)展。在過去的二十多年里,DSP已經(jīng)在通信等領(lǐng)域得到極為廣泛的應(yīng)用,特別是在一些測量控制領(lǐng)域,應(yīng)用更是越來越廣泛。本文擬采用定點(diǎn)DSP——TMS320F206來測量一些物理量,如測交流信號的頻率?相位,但這些物理量的測量都離不開信號時間的測量,所以采用定點(diǎn)DSP準(zhǔn)確地測量時間直接關(guān)系到這些物理量測量是否精確,而且用定點(diǎn)DSP來準(zhǔn)確定時并不是件容易的事。
1 TMS320F206的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
TMS320F206采用先進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu),它不同于傳統(tǒng)的馮·諾依曼(Von Neuman)結(jié)構(gòu)的并行體系結(jié)構(gòu),其主要特點(diǎn)是將程序和數(shù)據(jù)存儲" title="數(shù)據(jù)存儲">數(shù)據(jù)存儲在不同的存儲空間中,即程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器是兩個相互獨(dú)立的存儲器,每個存儲器獨(dú)立編址,獨(dú)立訪問。此外還具有如下特點(diǎn):
(1)32K×16字的FLASH EEPROM 大大降低了開發(fā)成本。???
(2)采用100線TQFP的封裝技術(shù)。
(3)64K字的程序存儲空間?64K字的數(shù)據(jù)存儲空間和64K字的I/O空間通過三條并行總線(PBA?DRAB?DWAB)獨(dú)立操作。所以可以同時訪問程序空間和數(shù)據(jù)空間;在一個指定機(jī)器周期內(nèi),中央算術(shù)邏輯單元可執(zhí)行多達(dá)三次的并行存儲器操作。
(4)片上4.5K的RAM 使得芯片可以實(shí)現(xiàn)快速的DSP計(jì)算,并使大部分運(yùn)算能夠在一個指令周期" title="指令周期">指令周期內(nèi)完成。
(5)具有豐富的指令集和靈活的尋址方式。
(6)有四條流水線操作和九級中斷,并且用戶可以屏蔽大多數(shù)中斷,且可通過軟件方式靈活控制。
2 定點(diǎn)DSP的定時器
2.1 DSP定時器定時原理
計(jì)數(shù)器每次減到0時,就在下一CLKOUT1周期產(chǎn)生借位(Borrow),計(jì)數(shù)器就用各自相應(yīng)的周期寄存器內(nèi)容重新加載" title="加載">加載。當(dāng)TIM減到0時,或者在定時器控制寄存器" title="控制寄存器">控制寄存器(TCR)中重新加載位(TRB)寫入1,則PRD(定時器周期寄存器)加載進(jìn)TIM;同樣,若PSC(預(yù)分頻計(jì)數(shù)器)減到0,或者在TRB寫入1,則TDDR(定時器除數(shù)寄存器)的值加載進(jìn)PSC。當(dāng)TIM減到0時,它便產(chǎn)生一個借位脈沖,持續(xù)時間等于CLKOUT1的周期(tc(c)),該脈沖發(fā)送到①外部定時器輸出引腳(TOUT);②作為定時器中斷信號(TINT)。
定時器的功能框圖如圖1所示。
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2.2 DSP定時器的寄存器
4位的TDDR和4位的PSC包括在TCR中。而TIM和PRD是16位寄存器?？梢酝ㄟ^讀TCR、TIM、PRD得到該定時器和它的計(jì)數(shù)器的當(dāng)前狀態(tài)。
需要注意的是讀TIM可獲得定時器的當(dāng)前值,讀TCR可獲得PSC的值。由于讀TIM和TCR需要兩條指令,因而PSC在兩次讀之間可能有減操作,使讀數(shù)不精確。如果要求有精確的定時,可以在讀此兩值之前停止定時器(設(shè)置TCR的TSS位為1,就停止定時器;清TSS為0,就重新啟動定時器)。
定時器控制寄存器的格式如下:
3 定點(diǎn)DSP準(zhǔn)確計(jì)算時間
定時器時間的準(zhǔn)確計(jì)算對高精度地測量一些物理量是非常重要的。當(dāng)需要定時器計(jì)算的時間比較長時,也就是即使向PRD中置FFFFh時,定時器計(jì)數(shù)還不夠,這時就需要利用定時器自身的中斷,即TOUT每產(chǎn)生一個脈沖就進(jìn)入定時器中斷服務(wù)子程序" title="子程序">子程序,利用進(jìn)入的次數(shù)來達(dá)到計(jì)時的目的。如果假設(shè)定時器的周期為0.001s(即PRD=1999,TDDR=9),在定時器中斷服務(wù)子程序中設(shè)一個計(jì)數(shù)器,每進(jìn)入一次加一個1,再把定時器周期乘以計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)就得出定時器的時間。但這種計(jì)算是粗糙的,不精確,達(dá)不到高精度要求。為此需要補(bǔ)充兩點(diǎn):
(1)當(dāng)停止定時器時,定時器計(jì)數(shù)寄存器還有剩余值,必須計(jì)算這部分的時間。方法是先停止定時器,再讀TIM的值,然后讀TCR的值,通過運(yùn)算獲取PSC的值。再按公式(1)計(jì)算定時器在最后一次所開銷的時間。定時器最后一次開銷時間為:
式中,20M為本文采用的晶振頻率。
(2)進(jìn)入定時器中斷服務(wù)子程序,程序執(zhí)行本身要花費(fèi)一定的時間;而進(jìn)入中斷服務(wù)子程序時,定時器就自動停止,那么所計(jì)算的時間自然就少了。TMS320F206每個指令周期的執(zhí)行時間是50ns,通過計(jì)算中斷服務(wù)子程序的指令周期數(shù)和進(jìn)入中斷的次數(shù)可以計(jì)算出這部分的時間。
把這三部分時間加起來就得到準(zhǔn)確的定時器時間,有了準(zhǔn)確的時間,物理量的測量自然就準(zhǔn),精度就高。結(jié)果表明,通過這樣準(zhǔn)確計(jì)時,使得頻率和相位的測量精度在萬分之二以內(nèi)。如果測量的是一個標(biāo)準(zhǔn)的50Hz頻率,那么測量結(jié)果的范圍在50～50.001Hz。
4 DSP程序?qū)崿F(xiàn)
????splk #0412h,64h???
????out? 64h,0fff8h?? ????????????? ；停止DSP定時器
????in?? 65h,tim???? ???????????? ? ；讀tim寄存器的數(shù)值
????in?? 67h,tcr????? ????????????? ；計(jì)算tcr中psc的值
????lacl? 67h
????and? #03c0h???? ??????????? ??? ；與03c0h獲得psc的值
????sacl? 67h??????? ?????????? ??? ；左移10位
????lacc? 67h,10
????sach? 67h
????lacl? #9
????sub? 67h????????????
????sacl? 67h?????? ???????? ????? ?；存psc中剩下的值(即使用了的)
????lacl? #07cfh?????
sub?? 65h????????????
sacl?? 68h???????????????????????；存prd-tim的值
lt???? 68h???????????
mpy?? #10????????????????????????；TDDR+1
pac???
sacl?? 68h
lacl?? 68h
add?? 67h
sacl?? 68h
lt???? 68h??????????? ???? ?。?0.1??
lar??? ar1,#temptddr?? ????? ；temptddr=0.1
mar??? *,ar1
mpy??? *?
pac
add?? #1,14
sach? 68h,1
lacl? 68h
sfr
sacl? 68h????? ? ? ?；存定時器最后一次的時間單位為μs
??? lt??? 69h
??? lar???ar2,#temptddr1 ? ；temptddr1=定時器的周期
??? mar???*,ar2
??? mpy???*
??? pac
??? add?? 68h??????? ?? ；加定時器最后一次的時間
??? sacl?? 68h????????? ；存定時器總的所耗時間(占時間的多數(shù))
??? lt???? 69h
??? lar? ar2,#temptddr2????? ??；temptddr2=0.5*32767
??? mar??? *,ar2
??? mpy?? *???????? ?。挥?jì)算定時器中斷服務(wù)程序執(zhí)行時間
??? pac??????????????
??? add?? #1,14
??? sach? 67h,1
??? lacl?? 68h?
??? add?? 67h???? ?? ；加定時器中斷服務(wù)程序執(zhí)行時間
??? sacl?? 68h????????????? ??；存總的時間(結(jié)束)
?
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