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
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數字信號處理(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展,數字信號處理技術應運而生,并得到迅速的發展。在過去的二十多年里,DSP已經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,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的結構特點
TMS320F206采用先進的哈佛結構,它不同于傳統的馮·諾依曼(Von Neuman)結構的并行體系結構,其主要特點是將程序和數據存儲" title="數據存儲">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字的數據存儲空間和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據空間;在一個指定機器周期內,中央算術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 使得芯片可以實現快速的DSP計算,并使大部分運算能夠在一個指令周期" title="指令周期">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)有四條流水線操作和九級中斷,并且用戶可以屏蔽大多數中斷,且可通過軟件方式靈活控制。
2 定點DSP的定時器
2.1 DSP定時器定時原理
計數器每次減到0時,就在下一CLKOUT1周期產生借位(Borrow),計數器就用各自相應的周期寄存器內容重新加載" title="加載">加載。當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TIM;同樣,若PSC(預分頻計數器)減到0,或者在TRB寫入1,則TDDR(定時器除數寄存器)的值加載進PSC。當TIM減到0時,它便產生一個借位脈沖,持續時間等于CLKOUT1的周期(tc(c)),該脈沖發送到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。可以通過讀TCR、TIM、PRD得到該定時器和它的計數器的當前狀態。
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:
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,定時器計數還不夠,這時就需要利用定時器自身的中斷,即TOUT每產生一個脈沖就進入定時器中斷服務子程序" title="子程序">子程序,利用進入的次數來達到計時的目的。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器,每進入一次加一個1,再把定時器周期乘以計數器計數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,通過運算獲取PSC的值。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:
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每個指令周期的執行時間是50ns,通過計算中斷服務子程序的指令周期數和進入中斷的次數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。如果測量的是一個標準的50Hz頻率,那么測量結果的范圍在50～50.001Hz。
4 DSP程序實現
????splk #0412h,64h???
????out? 64h,0fff8h?? ????????????? ；停止DSP定時器
????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???
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)
??? lt???? 69h
??? lar? ar2,#temptddr2????? ；temptddr2=0.5*32767
??? mar??? *,ar2
??? mpy?? *???????? ；計算定時器中斷服務程序執行時間
??? pac??????????????
??? add?? #1,14
??? sach? 67h,1
??? lacl?? 68h?
??? add?? 67h???? ?? ；加定時器中斷服務程序執行時間
??? sacl?? 68h????????????? ；存總的時間(結束)
?
參考文獻
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