定點(diǎn)DSP的準(zhǔn)確計(jì)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(jì)算時(shí)間，為準(zhǔn)確測(cè)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。

    關(guān)鍵詞：ＤＳＰ 準(zhǔn)確 計(jì)時(shí)

數(shù)字信號(hào)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(lái)，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(hào)處理技術(shù)應(yīng)運(yùn)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(yīng)用，特別是在一些測(cè)量控制領(lǐng)域?熏應(yīng)用更是越來(lái)越廣泛。本文擬采用定點(diǎn)ＤＳＰ——ＴＭＳ３２０Ｆ２０６來(lái)測(cè)量一些物理量，如測(cè)交流信號(hào)的頻率、相位，但這些物理量的測(cè)量都離不開(kāi)信號(hào)時(shí)間的測(cè)量，所以采用定點(diǎn)ＤＳＰ準(zhǔn)確地測(cè)量時(shí)間直接關(guān)系到這些物理量測(cè)量是否精確，而且用定點(diǎn)ＤＳＰ來(lái)準(zhǔn)確定時(shí)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(chǔ)在不同的存儲(chǔ)空間中，即程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器是兩個(gè)相互獨(dú)立的存儲(chǔ)器，每個(gè)存儲(chǔ)器獨(dú)立編址，獨(dú)立訪問(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ＴＱＦＰ的封裝技術(shù)。

（３）６４Ｋ字的程序存儲(chǔ)空間、６４Ｋ字的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間和６４Ｋ字的Ｉ／Ｏ空間通過(guò)三條并行總線（ＰＢＡ、ＤＲＡＢ、ＤＷＡＢ）獨(dú)立操作。所以可以同時(shí)訪問(wèn)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(chǔ)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(jí)中斷，并且用戶可以屏蔽大多數(shù)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(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(hào)（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(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(dòng)定時(shí)器）。

定時(shí)器控制寄存器的格式如下：
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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(duì)高精度地測(cè)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(zhǎng)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(lái)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(guò)運(yùn)算獲�。校樱玫闹�。再按公式（１）計(jì)算定時(shí)器在最后一次所開(kāi)銷的時(shí)間。定時(shí)器最后一次開(kāi)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(dòng)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(guò)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(lái)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(cè)量自然就準(zhǔn)，精度就高。結(jié)果表明，通過(guò)這樣準(zhǔn)確計(jì)時(shí)，使得頻率和相位的測(cè)量精度在萬(wàn)分之二以內(nèi)。如果測(cè)量的是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的５０Ｈｚ頻率，那么測(cè)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(shí)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(shí)器最后一次的時(shí)間單位為μｓ

ｌｔ ６９ｈ

ｌａｒ ａｒ２;＃ｔｅｍｐｔｄｄｒ１ ;ｔｅｍｐｔｄｄｒ１＝定時(shí)器的周期

ｍａｒ *,ａｒ２

ｍｐｙ *

ｐａｃ

ａｄｄ ６８ｈ ;加定時(shí)器最后一次的時(shí)間

ｓａｃｌ ６８ｈ ;存定時(shí)器總的所耗時(shí)間（占時(shí)間的多數(shù)）

ｌｔ ６９ｈ

ｌａｒ ａｒ２,＃ｔｅｍｐｔｄｄｒ２ ;ｔｅｍｐｔｄｄｒ２＝０．５*３２７６７

ｍａｒ *,ａｒ２

ｍｐｙ * ;計(jì)算定時(shí)器中斷服務(wù)程序執(zhí)行時(shí)間

ｐａｃ

ａｄｄ ＃１,１４

ｓａｃｈ ６７ｈ,１

ｌａｃｌ ６８ｈ

ａｄｄ ６７ｈ ;加定時(shí)器中斷服務(wù)程序執(zhí)行時(shí)間

ｓａｃｌ ６８ｈ ；存總的時(shí)間

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