定點(diǎn)DSP的準確計時(shí)

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算時(shí)間，為準確測量一些物理量打下堅實(shí)的基礎，具有較高的參考價(jià)值。

數字信號處理（ＤＳＰ）是一門(mén)涉及許多學(xué)科而又廣泛應用于許多領(lǐng)域的新興學(xué)科。２０世紀６０年代以來(lái)，隨著(zhù)計算機技術(shù)和信息技術(shù)的飛速發(fā)展，數字信號處理技術(shù)應運而生，并得到迅速的發(fā)展。在過(guò)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用，特別是在一些測量控制領(lǐng)域?熏應用更是越來(lái)越廣泛。本文擬采用定點(diǎn)ＤＳＰ——ＴＭＳ３２０Ｆ２０６來(lái)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(kāi)信號時(shí)間的測量，所以采用定點(diǎn)ＤＳＰ準確地測量時(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(lái)準確定時(shí)并不是件容易的事。

１ ＴＭＳ３２０Ｆ２０６的結構特點(diǎn)

ＴＭＳ３２０Ｆ２０６采用先進(jìn)的哈佛結構，它不同于傳統的馮·諾依曼（Ｖｏｎ Ｎｅｕｍａｎ）結構的并行體系結構，其主要特點(diǎn)是將程序和數據存儲在不同的存儲空間中，即程序存儲器和數據存儲器是兩個(gè)相互獨立的存儲器，每個(gè)存儲器獨立編址，獨立訪(fǎng)問(wèn)。此外還具有如下特點(diǎn)：

（１）３２Ｋ×１６字的ＦＬＡＳＨ ＥＥＰＲＯＭ 大大降低了開(kāi)發(fā)成本。

（２）采用１００線(xiàn)ＴＱＦＰ的封裝技術(shù)。

（３）６４Ｋ字的程序存儲空間、６４Ｋ字的數據存儲空間和６４Ｋ字的Ｉ／Ｏ空間通過(guò)三條并行總線(xiàn)（ＰＢＡ、ＤＲＡＢ、ＤＷＡＢ）獨立操作。所以可以同時(shí)訪(fǎng)問(wèn)程序空間和數據空間；在一個(gè)指定機器周期內，中央算術(shù)邏輯單元可執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(shí)現快速的ＤＳＰ計算，并使大部分運算能夠在一個(gè)指令周期內完成。

（５）具有豐富的指令集和靈活的尋址方式。

（６）有四條流水線(xiàn)操作和九級中斷，并且用戶(hù)可以屏蔽大多數中斷，且可通過(guò)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

２．１ ＤＳＰ定時(shí)器定時(shí)原理

計數器每次減到０時(shí)，就在下一ＣＬＫＯＵＴ１周期產(chǎn)生借位（Ｂｏｒｒｏｗ），計數器就用各自相應的周期寄存器內容重新加載。當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(xiě)入１，則ＰＲＤ（定時(shí)器周期寄存器）加載進(jìn)ＴＩＭ；同樣，若ＰＳＣ（預分頻計數器）減到０，或者在ＴＲＢ寫(xiě)入１，則ＴＤＤＲ（定時(shí)器除數寄存器）的值加載進(jìn)ＰＳＣ。當ＴＩＭ減到０時(shí)，它便產(chǎn)生一個(gè)借位脈沖，持續時(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。

２．２ ＤＳＰ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^(guò)讀ＴＣＲ、ＴＩＭ、ＰＲＤ得到該定時(shí)器和它的計數器的當前狀態(tài)。

需要注意的是讀ＴＩＭ可獲得定時(shí)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（設置ＴＣＲ的ＴＳＳ位為１，就停止定時(shí)器；清ＴＳＳ為０，就重新啟動(dòng)定時(shí)器）。

定時(shí)器控制寄存器的格式如下：

３ 定點(diǎn)ＤＳＰ準確計算時(shí)間

定時(shí)器時(shí)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(shí)器計算的時(shí)間比較長(cháng)時(shí)，也就是即使向ＰＲＤ中置ＦＦＦＦｈ時(shí)，定時(shí)器計數還不夠，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)入的次數來(lái)達到計時(shí)的目的。如果假設定時(shí)器的周期為０．００１ｓ（即ＰＲＤ＝１９９９，ＴＤＤＲ＝９），在定時(shí)器中斷服務(wù)子程序中設一個(gè)計數器，每進(jìn)入一次加一個(gè)１，再把定時(shí)器周期乘以計數器計數就得出定時(shí)器的時(shí)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(diǎn)：

（１）當停止定時(shí)器時(shí)，定時(shí)器計數寄存器還有剩余值，必須計算這部分的時(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(guò)運算獲�。校樱玫闹�。再按公式（１）計算定時(shí)器在最后一次所開(kāi)銷(xiāo)的時(shí)間。定時(shí)器最后一次開(kāi)銷(xiāo)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，程序執行本身要花費一定的時(shí)間；而進(jìn)入中斷服務(wù)子程序時(shí)，定時(shí)器就自動(dòng)停止，那么所計算的時(shí)間自然就少了。ＴＭＳ３２０Ｆ２０６每個(gè)指令周期的執行時(shí)間是５０ｎｓ，通過(guò)計算中斷服務(wù)子程序的指令周期數和進(jìn)入中斷的次數可以計算出這部分的時(shí)間。

把這三部分時(shí)間加起來(lái)就得到準確的定時(shí)器時(shí)間，有了準確的時(shí)間，物理量的測量自然就準，精度就高。結果表明，通過(guò)這樣準確計時(shí)，使得頻率和相位的測量精度在萬(wàn)分之二以?xún)�。如果測量的是一個(gè)標準的５０Ｈｚ頻率，那么測量結果的范圍在５０～５０．００１Ｈｚ。

４ ＤＳＰ程序實(shí)現

ｓｐｌｋ ＃０４１２ｈ,６４ｈ

ｏｕｔ ６４ｈ,０ｆｆｆ８ｈ ;停止ＤＳＰ定時(shí)器

ｉｎ ６５ｈ,ｔｉｍ ;讀ｔｉｍ寄存器的數值

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

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