定點DSP的準確計時

摘要：以定點ＤＳＰ為例，闡述ＤＳＰ芯片在實時控制領域中如何高精度地計算時間，為準確測量一些物理量打下堅實的基礎，具有較高的參考價值。

    關鍵詞：ＤＳＰ 準確 計時

數(shù)字信號處理（ＤＳＰ）是一門涉及許多學科而又廣泛應用于許多領域的新興學科。２０世紀６０年代以來，隨著計算機技術和信息技術的飛速發(fā)展，數(shù)字信號處理技術應運而生，并得到迅速的發(fā)展。在過去的二十多年里，ＤＳＰ已經(jīng)在通信等領域得到極為廣泛的應用，特別是在一些測量控制領域?熏應用更是越來越廣泛。本文擬采用定點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ＤＳＰ準確地測量時間直接關系到這些物理量測量是否精確，而且用定點ＤＳＰ來準確定時并不是件容易的事。

１ ＴＭＳ３２０Ｆ２０６的結(jié)構特點

ＴＭＳ３２０Ｆ２０６采用先進的哈佛結(jié)構，它不同于傳統(tǒng)的馮·諾依曼（Ｖｏｎ Ｎｅｕｍａｎ）結(jié)構的并行體系結(jié)構，其主要特點是將程序和數(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)存儲器是兩個相互獨立的存儲器，每個存儲器獨立編址，獨立訪問。此外還具有如下特點：

（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。

（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；在一個指定機器周期內(nèi)，中央算術邏輯單元可執(zhí)行多達三次的并行存儲器操作。

（４）片上４．５Ｋ的ＲＡＭ 使得芯片可以實現(xiàn)快速的ＤＳＰ計算，并使大部分運算能夠在一個指令周期內(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 定時器的功能框圖

２ 定點ＤＳＰ的定時器

２．１ ＤＳＰ定時器定時原理

計數(shù)器每次減到０時，就在下一ＣＬＫＯＵＴ１周期產(chǎn)生借位（Ｂｏｒｒｏｗ），計數(shù)器就用各自相應的周期寄存器內(nèi)容重新加載。當ＴＩＭ減到０時，或者在定時器控制寄存器（ＴＣＲ）中重新加載位（ＴＲＢ）寫入１，則ＰＲＤ（定時器周期寄存器）加載進ＴＩＭ；同樣，若ＰＳＣ（預分頻計數(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ＰＳＣ。當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。

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數(shù)器的當前狀態(tài)。

需要注意的是讀ＴＩＭ可獲得定時器的當前值，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：
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３ 定點ＤＳＰ準確計算時間

定時器時間的準確計算對高精度地測量一些物理量是非常重要的。當需要定時器計算的時間比較長時，也就是即使向ＰＲＤ中置ＦＦＦＦｈ時，定時器計數(shù)還不夠，這時就需要利用定時器自身的中斷，即ＴＯＵＴ每產(chǎn)生一個脈沖就進入定時器中斷服務子程序，利用進入的次數(shù)來達到計時的目的。如果假設定時器的周期為０．００１ｓ（即ＰＲＤ＝１９９９，ＴＤＤＲ＝９），在定時器中斷服務子程序中設一個計數(shù)器，每進入一次加一個１，再把定時器周期乘以計數(shù)器計數(shù)就得出定時器的時間。但這種計算是粗糙的，不精確，達不到高精度要求。為此需要補充兩點：

（１）當停止定時器時，定時器計數(shù)寄存器還有剩余值，必須計算這部分的時間。方法是先停止定時器，再讀ＴＩＭ的值，然后讀ＴＣＲ的值，通過運算獲�。校樱玫闹�。再按公式（１）計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：

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

式中，２０Ｍ為本文采用的晶振頻率。

（２）進入定時器中斷服務子程序，程序執(zhí)行

本身要花費一定的時間；而進入中斷服務子程序時，定時器就自動停止，那么所計算的時間自然就少了。ＴＭＳ３２０Ｆ２０６每個指令周期的執(zhí)行時間是５０ｎｓ，通過計算中斷服務子程序的指令周期數(shù)和進入中斷的次數(shù)可以計算出這部分的時間。

把這三部分時間加起來就得到準確的定時器時間，有了準確的時間，物理量的測量自然就準，精度就高。結(jié)果表明，通過這樣準確計時，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準的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 * ;計算定時器中斷服務程序執(zhí)行時間

ｐａｃ

ａｄｄ ＃１,１４

ｓａｃｈ ６７ｈ,１

ｌａｃｌ ６８ｈ

ａｄｄ ６７ｈ ;加定時器中斷服務程序執(zhí)行時間

ｓａｃｌ ６８ｈ ；存總的時間

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