实验四 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。通常的方法是将某个频率的正弦/余弦值预先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（等效于采样速率为40K）。利用该中断，在中断服务程序中用叠代算法计算出一个SIN值，并利用CCS的图形显示功能查看波形。

3．实验原理

数字振荡器原理

设一个传递函数为正弦序列sinkωT，其z变换为

H(z)=

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

v儭丌ａ=2cosÉ, B=-1, C=sinÉ

其中，A=2cosωT, B=-1, C=sinωT。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]

这是一个二阶差分方程，其单位冲击响应即为sinkωT。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，这是一个递归的差分方程。

根据上面的说明，我们可以开始数字振荡器的设计。设该振荡器的频率为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]），则递归的差分方程系数为：A=2cosωT=2cos (2 x PI x 2000 / 40000)=2 x 0.95105652 x4 1e6f0

B=-1

C=sinωT=sin (2 x PI x 2000 / 40000)=0.30901699 x4 =9e4b

为了便于定点DSP处理，我们将所有的系数除以2，然后用16位定点格式表示为：

a f378 c 4f25

这便是本实验中产生2KHz正弦信号的三个系数。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]，计算出新的有y[0]，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。下面是初始化和中断服务程序代码片段：

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寄存器的高16位存入变量Y1

中断服务程序片段：

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,1,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,1,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的另一个定时器（定时器1）的控制寄存器分别为：0x30（TIM1）,0x31（PRD1）,0x32（TCR1）。

表4-1 ‘VC5402定时器0的相关寄存器

寄存器地址

名称

用途

0024h

TIM

定时器寄存器，每计数一次自动减1

0025h

PRD

定时器周期寄存器，当TIM减为0后，CPU自动将PRD的值装入TIM

0026h

TCR

定时器控制寄存器

表4-2 定时器控制寄存器（TCR）bit概要

比特名称功能

15-12 Ý余甠û诺凶攺丰

11 Soft å诔歹牍伎丱0M位鄈呿伨痥亳冚定寶敨嘨坿伨痿丟眃賕诶斄皶爁怂」

Soft=0 S忛轥凿丟眃賕诶攌ﾚ寶敨囋穳卜偢毥嵜伂」Soft=1 S御議敨嚫裏儺丰15-12 保留读出时为0

11 Soft 该比特位与10位配合使用以决定定时器在使用仿真调试时的状态。

Soft=0 当进入仿真调试时，定时器立即停止工作。

Soft=1 当计数器被减为0后，停止工作。

10 Free 该比特位与11位配合使用以决定定时器在使用仿真调试时的状态。

Free=0 根据11比特位决定定时器状态。

Free=1 忽略11比特位，定时器不受影响。

9-6 PSC 定时器预置计数器。当PSC减为0后，CPU自动将TDDR装入，然后TIM开始减1。

5 TRB 定时器复位。当TRB=1时，CPU将PRD寄存器的值装入TIM寄存器，将TDDR的值

装入PSC

4 TSS 定时器停止状态。当系统复位时，TSS被清除，定时器立刻开始工作。

TSS=0 表示启动定时器

TSS=1 表示停止定时器

0-3 TDDR 定时器扩展周期。当PSC减到0后，CPU自动将TDDR的值装入PSC，然后TIM减1。所以整个定时器的周期寄存器可以有20个比特（PRD+TDDR）。

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CLKOUT信号计数，先将PSC减1，直到PSC为0，然后用TDDR重新装入PSC，同时将TIM减1，直到TIM减为0。这时CPU 发出TINT中断，同时在TOUT引脚输出一个脉冲信号，脉冲宽度为CLKOUT一致。然后用PRD重新装入TIM，重复下去直到系统或定时器复位。因而定时器中断的频率由下面的公式决定：

TINT的频率=

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

v儭乴ch蠺祃LKOUT

其中tc表示CLKOUT的周期。定时器当前的值可以通过读取TIM寄存器和TCR寄存器的PSC比特位得到。下面是本实验中初始化定时器的程序片段：

stm #10h,TCR ；停止定时器

stm #2499,PRD ；设置PRD寄存器值为2499，TINT中断频率为

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

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寄存器IMR来决定开放或关闭一个中断请求。图4-1给出了

C5402的IMR寄存器的各个比特位的定义。