第五章高速输入(1讲).ppt
第五章 高速输入单元HSIHSI：用于测量外部频率信号的子系统 (频率信号传输特点，基本无信号损耗、抗干扰能力强、便于远距离传输)5.1 频率参数计算及频率测量的一般方法一、频率基本参数 1、频率：f 2、周期：T 3、占空比：占空比=（脉宽/周期）100%占空比是常在变频控制中使用的一种参数二、计算机常用频率测量方法（间接测量法测量频率信号）频率测量：最直接的方法：捕捉被测脉冲的上升沿或下降沿，利用算法编程计算频率参数。T测=T2-T11、计数测量法 计算机输出闸门时间T（利用定时器编程获取的标准时间），通过记录在闸门时间内通过的被测脉冲个数N（利用计数器获得脉冲个数），通过一定的算法获得频率信号参数。T测=T标/N ；f测=N/T标 被测频率越高，测量精度越高。（测量精度与计数脉冲数成正比）2、周期测量法 以被测脉冲信号作为控制信号（闸门时间），通过计算一个外部的标准频率在闸门时间内通过的被测脉冲个数，获得频率信号参数。f测=f标/N 被测频率越低，测量精度越高。5.2 HSI的基本结构与工作原理一、硬件结构及工作原理 核心：720位的FIFO 与 保持寄存器 四路频率信号输入：HSI.0HSI.3 HSI允许逻辑：通过对IOC0的设置选通HSI引脚 HSI_MODE（方式寄存器）：设定HSI工作方式（编程决定）输入变化检测器：对各引脚输入的脉冲信号作正沿或负沿检测，对于8个正跳变为一外部事件的检测方式，输入脉冲通过八分频计数器后送输入变化检测器。FIFO中断及控制逻辑：根据保持寄存器是否有数据及FIFO队列所存储数据的数量达到6项可以申请HSI中断 FIFO队列及保持寄存器（20位）：高4位用于存放事件发生时的状态，低16位存放事件发生时的时间信息。最先发生的事件状态与时间信息放入保持寄存器。FIFO队列及保持寄存器组合可以存放8个事件数据，如果记满8个事件后不及时读空，后续事件数据将不能再装入。HSI_TIME:存放保持寄存器低16位的时间信息（编程读出）HSI_STATUS:存放保持寄存器高8位的事件状态信息（编程读出）MCS-96 HSI的特点：1.直接检测脉冲沿的变化，同时记录状态变化的时刻（时间基准由T1提供）2.可记录多达8个外部事件的时间而不丢失数据（自动记录、具有事件的记忆能力）3.对于一个外部事件，可提供多种检测状态变化的方式。（上沿、下沿、每个沿、8个正跳变）4.提供多通道的频率数据采集。二、HSI 的控制及数据读出 1.HSI引脚控制（IOC0、IOC1）例:接通HIS.0HIS.3 ORB IOC0,#01010101B ANDB IOC1,#10101111B2.HSI方式控制（HSI_MODE）8位：地址:03H，通过对HSI_MODE的设定，决定输入脉冲的检测方式 相邻2位分配给一个引脚00：方式0：8个正跳变为一触发事件01：方式1：每个正跳变为一触发事件10：方式2：每个负跳变为一触发事件11：方式3：每个跳变为一触发事件3.HSI数据状态判断（HSI_STATUS）8位：地址:06H，通过对HSI_STATUS各位的检测，了解事件产生的引脚以及引脚电平情况。相邻两位表达一个引脚的事件与电平状况。低位：引脚有无事件产生，=1，有事件产生高位：检测到的引脚电平。4.HSI是否有数据的判断 当FIFO内记满后，要及时的读出，否则将丢失后续被测频率数据。最基本的读出方式为查询方式(例如通过查询FIFO满标志或保持寄存器有数标志来及时读取检测到的频率数据)。JBS IOS1,6,HSI_READ或：JBS IOS1,7,HSI_READ如果考虑到单片机的工作效率，可以使用中断方式监视FIFO满标志或保持寄存器有数标志，通过编制中断服务程序读取FIFO或保持寄存器中的数据5.HSI数据读出一、读取HIS状态状态寄存器事件的状态寄存器：HSI_STATUS 8位 地址：06H 状态寄存器中保留了所采集到的频率引脚的状态信息，由此可判断频率信号来自于那个输入引脚及输入电平的“0”、“1”状态LDB AL,HSI_STATUS二、读取HIS时间寄存器事件的时间计数器：HSI_TIME 16位、地址：04H、05H 采用16位数据读出方式读：HSI_TIME LD BX,HSI_TIME 注意：当读取一次时间计数器后，与本次事件有关的HSI_STATUS将全部清0，因此为了能够保留HSI_STATUS的内容，操作过程为先读状态寄存器，后读时间寄存器。LDB AL,HSI_STATUS LD BX.HSI_TIME三、参数计算1、周期计算：T测=（HIS_TIME2)-(HIS_TIME1)*T1min2、频率计算：f测=1/T测例：开启HSI的各个引脚，各引脚均为每个正跳变为一触发事件。当FIFO满时，将状态寄存器内容读入3000H地址开始的存储空间中，将时间寄存器内容读入3100H地址开始的存储空间中，试编程。ORG 2500HHSI_READ:ORB IOC0,#55H ；接通各引脚 LDB HSI_MODE,#01010101B；设定跳变检测方式WAIT:LDB FIOS1,IOS1 ；复制IOS1 JBC FIOS1,6,WAIT ；查询FIFO满？未满，等待，查询 LDB DL,#8 ；设定循环计数器=8 LD AX,#3000H ；设定AX为间址寄存器 LD BX,#3100H ；设定BX为间址寄存器LOOP:LDB CL,HSI_STATUS ；读状态 STB CL,AX+；状态转存3000H开始存储空间 LD CX,HSI_TIME ；读时间 ST CX,BX+；时间转存3100H开始存储空间 DJNZ DL,LOOP ；8组数据读完否？RET ；读完返回 5.3 HSI所能分辨的输入频率范围方式方式0：8个正跳变为一触发事件个正跳变为一触发事件(取取8次跳变的平均值次跳变的平均值)T测=T1(2)-T1(1)/8由于：T1(2)-T1(1)的最小分辨值为：T1min f测=8/T测 f测max=8/T1min f测min=8/T1max当系统晶体振荡器选用12MHz：T1min=2s f测max=8/T1min4MHz T1max=131.072ms f测min=8/T1max61Hz频率测量范围大致为：61Hz4MHz方式方式1：每个正跳变为一触发事件：每个正跳变为一触发事件 方式方式2：每个负跳变为一触发事件：每个负跳变为一触发事件以上两种方式测量频率范围是相同的的f测=1/T测 f测max=1/T1min f测min=1/T1max当系统晶体振荡器选用12MHz：T1min=2s f测max=1/T1min500KHz T1max=131.072ms f测min=1/T1max7.6 Hz频率测量范围大致为：7.6Hz500KHz方式方式3：每个跳变为一触发事件：每个跳变为一触发事件f测=1/2 T测 f测max=1/2T1min f测min=1/2T1max由于HSI的频率测量值来自T1,而T1由16位计数器构成，因此，在 HSI的频率测量全范围内，并非是连续无间断测量，而是在全范围内将测量频率分为了65536等份。如:在12MHz1、采用8个正跳变时被测最高频率为：f测(max)=8/(2*20)s=4MHz被测次高频率为：f测(max-1)=8/(2*21)s=2MHz-被测最低频率为：f测(min)=8/(2*216)s=61Hz2、采用1个正跳变时被测最高频率为：f测(max)=1/(2*20)s=500KHz被测次高频率为：f测(max-1)=1/(2*21)s=250KHz-被测最低频率为：f测(min)=1/(2*216)s=7.6Hz5.4 HSI中断处理HSI包含了两种中断一、HSI.0中断由HSI.0引脚上的正跳变引发的中断。（相当于一个外部中断）HSI.0引脚上的正跳变引发的中断以及中断处理程序可以参考EXTINT外中断程序处理方式二、HSI数据有效中断这个中断包含有两个中断源：FIFI满(FIFO内存储的数据达到6项)、保持寄存器有数（由于这两个中断源共用一个中断类别，在中断系统设计时，两个中断源在每次任务中只能选择一种，不能同时使用）。HSI中断的向量地址:2004H通过对IOC1.7的设置决定中断源三、中断处理程序的编制1、主程序与中断初始化（对于开放多个HSI引脚的情况）2、中断服务程序5.5 HSI应用举例例1：采用查询方式计算HSI.0引脚输入脉冲的周期例题编程思路：1.查询方式：查询保持寄存器有数便读出 2.事件触发方式：每个跳变为一外部触发事件 3.周期:T=高电平持续时间+低电平持续时间 高电平持续时间=（后沿计数值-前一个前沿计数值）T1min 低电平持续时间=（前沿计数值-前一个后沿计数值）T1min寄存器设置：HI_TIME equ 30H ;高电平持续时间LOW_TIME equ 32H;低电平持续时间PERIOD equ 34H ;周期值寄存器HI_EDGE equ 36H ;正跳（前沿）计数值寄存器LO_EDGE equ 38H ;负跳（后沿）计数值寄存器（注：由于本例题没有给出系统晶体振荡器的频率参数，因此程序没有考虑将周期计算值转换为带时间量纲的周期值。而只是计算到无时间量纲的周期计数值。）例1：采用中断方式计算HSI.0引脚输入脉冲的周期例题编程思路：1.中断方式：由中断系统查询保持寄存器有数进入中 断服务程序读出事件数据 2.事件触发方式：每个跳变为一外部触发事件 3.周期:T=高电平持续时间+低电平持续时间 高电平持续时间=（后沿计数值-前一个前沿计数值）T1min 低电平持续时间=（前沿计数值-前一个后沿计数值）T1min寄存器设置：HI_TIME equ 30H ;高电平持续时间LOW_TIME equ 32H;低电平持续时间PERIOD equ 34H ;周期值寄存器HI_EDGE equ 36H ;正跳（前沿）计数值寄存器LO_EDGE equ 38H ;负跳（后沿）计数值寄存器HSI小结1.了解HSI的用途2.了解HSI相关专用寄存器的作用 HSI _MODE HSI _STATUS HSI _TIME IOC0.0、2、4、6 IOC1.4、6 （HSI引脚接通）IOC1.7(中断源选择)3.HSI事件的处理（编程）查询方式 中断方式 无论那种方式，程序中均要区分不同引脚的事件，将事件产生的定时器计时数据按引脚分别存储，只有对同一引脚上的信号数据进行处理，才能获得正确的结果。4.HSI计数值与时间的关系 计数值来自定时器T1 周期：T=(N2-N1)T1min 或 T=(N2-N1)T1min/8 （8个正跳变时）频率：f=1/T 占空比：
