用定时器实现数字振荡器

实验四 用定时器实现数字振荡器

1 实验目的

在数字信号处理中,会经常使用到正弦/余弦信号。通常的方法是讲某个频率的正弦/余弦值余弦计算出来后制成一个表，DSP 工作时仅作查表运算即可。在本实验中将介绍另一种获得正弦/余弦信号的方法，即利用数字振荡器用叠代方法产生正弦信号。

本实验除了学习数字振荡器的DSP 实现原理外，同时还学习C54X 定时器使用以及中断服务程序编写。另外，在本实验中我们将使用汇编语言和C 语言分别完成源程序的编写。

2 实验要求

本实验利用定时器产生了一个2kHz 的正弦信号，定时器被设置成每25uS 产生一次中断，（等效于采样速率未40k ）利用该中断，在该中断服务程序中用叠代算法计算出一个SNT 值，并利用CCS 的图形显示功能查看波形。

3 实验原理

（1）数字振荡器原理

设一个传递函数为阵线序列sinkwT ，其z 变换为

111

Bz

Az 1Cz )z (H -----=

其中，A ＝2coswT ，B ＝-1,C=sinwT 。设初始条件为0，求出上式的反Z 变换得： y[k]=Ay[k-1]+By[k-2]+Cx[k-1]

这是个二阶差分方程，其单位冲击响应即为sinkwT 。利用单位冲击函数x[k-1]的性质，即仅当k=1时，x[k-1]=1，代入上式得：

k=0 y[0]=Ay[-1]+By[-2]+0=0

k=1 y[1]=Ay[0]+By[-2]+c=c

k=2 y[2]=Ay[1]+By[0]+0=Ay[1]

k=3 y[3]=Ay[2]+By[1]

k=n y[n]=Ay[n-1]+By[n-2]

在k ﹥2以后，y[k]能用y[k －1]和y[k-2]算出，这是一个递归得方法。

根据上面得说明，我们可以开始数字振荡器得设计。设该振荡器得频率为2kHz,采样率为40kHz （通过定时器设置，每隔25us 中断一次，即产生一个y[n]）则递归得差分方程系数为：

A ＝2coswT=2cos(2×PI ×2000/40000)=2×0.95105652

B=-1

C=sinwT=sin(2×PI ×2000/40000)=0.30901699

79BC 22

A 15=⨯ C00022

B 15=⨯ 13C722

C 15=⨯ 为了便于定点DSP 处理，我们将所有系数除以2，然后用16为定点格式表示为： 这便是本实验中查生2kHz 阵线信号的三个系数。在本实验中，主程序在初始化时先计算出y[1]和y[2],然后开放定时器中断。以后每次进入定时器中断服务程序时，利用前面的y[1]和y[2]，计算出新的所有y[n]，通过CCS 提供的图形显示工具，我们将在图形窗口中看到一个正弦信号波形。下面时初始化和中断服务程序代码片断：

初始化y[1]和y[2]:

ssbx FRCT :置FRCT =1，准备进行小数乘法运算

st ＃INIT_A,AA :将常数A 装入变量AA

st ＃INIT_B,BB :将常数B 装入变量BB

st ＃INIT_C,CC :将常数C 装入变量CC

pshd CC :将变量CC 压入堆栈

popd y2 :初始化y2=CC

ld AA.T :装AA到T寄存器

mpy y2,a :y2乘系数A，结果放入A寄存器

sth a,y1 :将A寄存器得高16位存入变量y1

中断服务程序片断

ld BB,T :将系数B 装入T寄存器

mpy y2,a :y2乘系数B，结果放入A寄存器

ltd y1 :将y1装入T寄存器，同时复制到y2

mac AA,a :完成新正弦数据的计算，a寄存器中为

y1*AA+y2*BB

sth a,l,y1 :将新数据存入y1,因所有系数都除过2，所以在

保存结果时转移一位，恢复数据正常大小sth a,l,y0 :将新正弦数据存入y0

(2)C54X的定时器操作

C54X的片内定时器利用CLKOUT时钟计数，用户使用三个寄存器（TIM,PRD,TCR）来控制定时器，参见表4－1。在表4－2中列出了定时器控制寄存器的各个比特位的具体定义。‘VC5402得另一个定时器（定时器1）的控制寄存器分别为：0 ×30（TIM1），0 ×31（PRD1），0 ×32（TCR1）。

表4－1‘VC5402定时器0的相关寄存器

表4－2定时器控制就存起（TCR）bit概要

从上面的介绍可以看到定时器实际上可以有20个比特的周期寄存器。它对于CLKOUT信号计数，先将PSC减1，知道PSC为0。这是CPU发出TINT中断，同时在TOUT引脚输出一个脉冲信号，脉冲宽度与CLKOUT一致。然后用PDR重新装入TIM，重复下去一直到系统或定时器复位。因而定时器中断得频率由一下的公式决定：

TINT 的频率＝)

1PRD ()1T DDR (t 1c +⨯+⨯ 其中tc 表示CLKOUT 的周期。定时器当前得值可以通过读取TIM 寄存器和TCR 寄存器的PSC 比特位得到。下面时本实验中初始化定时器得程序片段：

stm #10h,TCR :停止定时器

stm #2499,PDR : 设置PDR 寄存器值为2499，TINT 中断频率为

Foutclk/(2499+1)=100MHz/2500=40KHz

stm #20h,TCR :重新装入TIM 和,PSC ，然后启动定时器

（3）C54X 中断的使用

在C54X 中用户可以通过中断屏蔽酒酿起IMR 来决定开放或关闭一个中断请求。

图4－1

出了C5402得IMR 寄存器的各个比特位的定义。

图4－1 C5402的IMR 寄存器

其中，HPINT 表示HPI 接口中断，INT3-INTO 为外部引脚产生的中断，TXINT 和TRINT 为TDM 串口发送和接受中断，BXINT0和BRINT0为BSP 串口的发送和接收中断，TINT0为定时器0中断。在中断屏蔽寄存器IMR 中，1表示允许CPU 响应对应的中断，0表示禁止。当然要CPU 响应中断，ST1寄存器中的INTM 还应该为0(允许所有的中断)。

当DSP 响应中断时，PC 指针指向中断向量表中对应中断的地址，进入中断服务子程序。中断向量表是C54X 存放中断服务程序的一段内存区域，大小为80H 。在中断向量表中，每一个中断占用4个字的空间，一般情况是将一条跳转或延时延时跳转指令存放于此。当然，如果中断服务程序很短（小于或等于4个字），可以直接放入该向量表。中断向量表的位置可以通过修改基地址来改变，其基地址由PMST 寄存器中的IPTR(15-7 bit)决定。表4－3给出了中断向量表的各中断的偏移说明。