采用定點DSP芯片TMS320F206進行準(zhǔn)確的計時器測量 - 全文

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，隨著計算機技術(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，應(yīng)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(zhǔn)確地測量時間直接關(guān)系到這些物理量測量是否精確，而且用定點DSP來準(zhǔn)確定時并不是件容易的事。

1 TMS320F206的結(jié)構(gòu)特點

TMS320F206采用先進的哈佛結(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(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(shù)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。

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(yīng)的周期寄存器內(nèi)容重新加載。當(dāng)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(yù)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(dāng)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(dāng)前狀態(tài)。

需要注意的是讀TIM可獲得定時器的當(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，可以在讀此兩值之前停止定時器（設(shè)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(zhǔn)確計算時間

定時器時間的準(zhǔn)確計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(wù)子程序，利用進入的次數(shù)來達到計時的目的。如果假設(shè)定時器的周期為0.001s（即PRD=1999，TDDR=9），在定時器中斷服務(wù)子程序中設(shè)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(dāng)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(wù)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(wù)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(wù)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(zhǔn)確的定時器時間，有了準(zhǔn)確的時間，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(biāo)準(zhǔn)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(wù)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(wù)程序執(zhí)行時間

sacl 68h 　　　??；存總的時間（結(jié)束）

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