定點(diǎn)DSP的準(zhǔn)確計(jì)時(shí)

時(shí)間：2024-07-02 16:06:51 理工畢業(yè)論文我要投稿

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摘要：以定點(diǎn)ＤＳＰ為例，闡述ＤＳＰ芯片在實(shí)時(shí)控制領(lǐng)域中如何高精度地計(jì)算時(shí)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(jià)值。

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?熏應(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(shí)間的測量，所以采用定點(diǎn)ＤＳＰ準(zhǔn)確地測量時(shí)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(shí)并不是件容易的事。

１ＴＭＳ３２０Ｆ２０６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（ＶｏｎＮｅｕｍａｎ）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(gè)相互獨(dú)立的存儲器，每個(gè)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ＦＬＡＳＨＥＥＰＲＯＭ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(shí)訪問程序空間和數(shù)據(jù)空間；在一個(gè)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(gè)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。

圖1 定時(shí)器的功能框圖

２定點(diǎn)ＤＳＰ的定時(shí)器

２．１ＤＳＰ定時(shí)器定時(shí)原理

計(jì)數(shù)器每次減到０時(shí)，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。當(dāng)ＴＩＭ減到０時(shí)，或者在定時(shí)器控制寄存器（ＴＣＲ）中重新加載位（ＴＲＢ）寫入１，則ＰＲＤ（定時(shí)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(shí)器除數(shù)寄存器）的值加載進(jìn)ＰＳＣ。當(dāng)ＴＩＭ減到０時(shí)，它便產(chǎn)生一個(gè)借位脈沖，持續(xù)時(shí)間等于ＣＬＫＯＵＴ１的周期（ｔｃ（ｃ）），該脈沖發(fā)送到①外部定時(shí)器輸出引腳（ＴＯＵＴ）；②作為定時(shí)器中斷信號（ＴＩＮＴ）。

定時(shí)器的功能框圖如圖１所示。

２．２ＤＳＰ定時(shí)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(shí)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(shí)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(shí)，可以在讀此兩值之前停止定時(shí)器（設(shè)置ＴＣＲ的ＴＳＳ位為１，就停止定時(shí)器；清ＴＳＳ為０，就重新啟動定時(shí)器）。

定時(shí)器控制寄存器的格式如下：

３定點(diǎn)ＤＳＰ準(zhǔn)確計(jì)算時(shí)間

定時(shí)器時(shí)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(shí)器計(jì)算的時(shí)間比較長時(shí)，也就是即使向ＰＲＤ中置ＦＦＦＦｈ時(shí)，定時(shí)器計(jì)數(shù)還不夠，這時(shí)就需要利用定時(shí)器自身的中斷，即ＴＯＵＴ每產(chǎn)生一個(gè)脈沖就進(jìn)入定時(shí)器中斷服務(wù)子程序，利用進(jìn)入的次數(shù)來達(dá)到計(jì)時(shí)的目的。如果假設(shè)定時(shí)器的周期為０．００１ｓ（即ＰＲＤ＝１９９９，ＴＤＤＲ＝９），在定時(shí)器中斷服務(wù)子程序中設(shè)一個(gè)計(jì)數(shù)器，每進(jìn)入一次加一個(gè)１，再把定時(shí)器周期乘以計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)就得出定時(shí)器的時(shí)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(shí)器時(shí)，定時(shí)器計(jì)數(shù)寄存器還有剩余值，必須計(jì)算這部分的時(shí)間。方法是先停止定時(shí)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(shí)器在最后一次所開銷的時(shí)間。定時(shí)器最后一次開銷時(shí)間為：

Ｔ＝[(TDDR 1)×（PRD-TIM） TDDR-PSC]/20M （１）

式中，２０Ｍ為本文采用的晶振頻率。

（２）進(jìn)入定時(shí)器中斷服務(wù)子程序，程序執(zhí)行本身要花費(fèi)一定的時(shí)間；而進(jìn)入中斷服務(wù)子程序時(shí)，定時(shí)器就自動停止，那么所計(jì)算的時(shí)間自然就少了。ＴＭＳ３２０Ｆ２０６每個(gè)指令周期的執(zhí)行時(shí)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(shí)間。

把這三部分時(shí)間加起來就得到準(zhǔn)確的定時(shí)器時(shí)間，有了準(zhǔn)確的時(shí)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(shí)，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(gè)標(biāo)準(zhǔn)的５０Ｈｚ頻率，那么測量結(jié)果的范圍在５０～５０．００１Ｈｚ。

４ＤＳＰ程序?qū)崿F(xiàn)

ｓｐｌｋ＃０４１２ｈ,６４ｈ

ｏｕｔ６４ｈ,０ｆｆｆ８ｈ ;停止ＤＳＰ定時(shí)器

ｉｎ６５ｈ,ｔｉｍ ;讀ｔｉｍ寄存器的數(shù)值

ｉｎ６７ｈ,ｔｃｒ ;計(jì)算ｔｃｒ中ｐｓｃ的值

ｌａｃｌ６７ｈ

ａｎｄ＃０３ｃ０ｈ ;與０３ｃ０ｈ獲得ｐｓｃ的值

ｓａｃｌ６７ｈ ;左移１０位

ｌａｃｃ６７ｈ,１０

ｓａｃｈ６７ｈ

ｌａｃｌ＃９

ｓｕｂ６７ｈ