專(zhuān)利名稱(chēng)：一種采用dma技術(shù)的pwm控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及脈沖寬度調(diào)制PWM及其應(yīng)用，具體涉及使用直接存儲(chǔ)器訪(fǎng)問(wèn)DMA技術(shù)的脈沖寬度調(diào)制控制器及其應(yīng)用系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
脈沖寬度調(diào)制PWM是一種根據(jù)信號(hào)波幅度改變脈沖寬度的方法，它被廣泛地應(yīng)用于電機(jī)控制、音頻功率放大、波形生成等場(chǎng)合。PWM原理是利用三角波對(duì)信號(hào)波進(jìn)行調(diào)制利用一個(gè)計(jì)數(shù)器進(jìn)行周期性循環(huán)計(jì)數(shù)，將信號(hào)波幅度采樣值，簡(jiǎn)稱(chēng)比較數(shù)據(jù)，和表示三角波幅度的計(jì)數(shù)器值進(jìn)行比較，當(dāng)計(jì)數(shù)器值大于比較數(shù)據(jù)時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)高電平或一個(gè)低電平輸出，當(dāng)計(jì)數(shù)器值小于等于比較數(shù)據(jù)時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)對(duì)應(yīng)的低電平或高電平輸出，從而產(chǎn)生一定占空比的脈沖輸出；隨著比較數(shù)據(jù)的變化，PWM輸出的脈沖占空比也將隨之變化。這里的信號(hào)波可以是正弦波，也可以是如語(yǔ)音信號(hào)等任意波形。
目前，PWM信號(hào)波幅度采樣值的獲取有兩種方式(一)在一些比較簡(jiǎn)單的應(yīng)用場(chǎng)合，PWM控制器的信號(hào)波幅度采樣值是通過(guò)某一功能部件自動(dòng)提供的，不需要中央處理器CPU的干預(yù)，例如是將通過(guò)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC直接轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)，或者是將經(jīng)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC轉(zhuǎn)換、再經(jīng)其它功能部件處理的數(shù)據(jù)在線(xiàn)提供給PWM控制器。雖然目前的PWM可以集成ADC，實(shí)現(xiàn)ADC采集數(shù)據(jù)直接輸出PWM波形的功能，但卻不能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集保存功能。而在許多應(yīng)用場(chǎng)合，比如語(yǔ)音錄入場(chǎng)合，需要將ADC采集到的數(shù)據(jù)(經(jīng)過(guò)某種轉(zhuǎn)換后)存入存儲(chǔ)器中；要實(shí)現(xiàn)這種數(shù)據(jù)采集功能，往往需要CPU的介入，借助CPU將采集數(shù)據(jù)保存到存儲(chǔ)器中。因?yàn)閿?shù)據(jù)采集并不是PWM控制器要專(zhuān)注實(shí)現(xiàn)的功能，目前的PWM控制器即使集成了ADC控制器，也不向CPU提供數(shù)據(jù)采集接口，因此CPU需要額外的資源實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集(二)在通常的應(yīng)用中，PWM控制器的信號(hào)波幅度采樣值由CPU提供。在這樣的模式下，PWM控制器的工作流程是當(dāng)PWM控制器需要比較數(shù)據(jù)時(shí)，向CPU提出中斷請(qǐng)求，CPU響應(yīng)中斷請(qǐng)求，給PWM控制器送比較數(shù)據(jù)，PWM控制器根據(jù)CPU送入的數(shù)據(jù)，產(chǎn)生一定占空比的脈沖波形輸出。CPU向PWM控制器提供比較數(shù)據(jù)一般要經(jīng)過(guò)幾個(gè)操作①響應(yīng)中斷，轉(zhuǎn)到中斷服務(wù)程序；②譯碼中斷程序指令；③從存儲(chǔ)器中取數(shù)；④把數(shù)寫(xiě)入PWM控制器。通過(guò)上述轉(zhuǎn)換過(guò)程，將消耗大量的CPU時(shí)間資源，特別是在中斷請(qǐng)求比較頻繁的情況下更是如此。如果PWM輸出數(shù)據(jù)的速率很快時(shí)，CPU可能無(wú)法及時(shí)響應(yīng)PWM控制器的中斷請(qǐng)求，導(dǎo)致PWM控制器不能及時(shí)得到數(shù)據(jù)，使得PWM輸出異常。
在以上兩種情況，傳統(tǒng)的PWM控制器都不能直接實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集或數(shù)據(jù)采集保存功能，要實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音錄入等數(shù)據(jù)采集保存功能，CPU需要額外的硬件資源，而且在數(shù)據(jù)采集保存工作中，將占用CPU大量時(shí)間開(kāi)銷(xiāo)；當(dāng)PWM控制器的比較數(shù)據(jù)由CPU提供時(shí)，如果PWM輸出速率很快，也將占用CPU大量時(shí)間開(kāi)銷(xiāo)；如果數(shù)據(jù)采集速率或PWM輸出速率太快，容易因?yàn)镃PU來(lái)不及響應(yīng)中斷導(dǎo)致PWM控制器工作異常。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題是，如何利用DMA技術(shù)，提供一種能夠直接實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)采集保存的PWM控制器，其在數(shù)據(jù)采集過(guò)程中能夠直接將采集數(shù)據(jù)保存到存儲(chǔ)器中，或在PWM輸出過(guò)程中，可以直接從存儲(chǔ)器中取出比較數(shù)據(jù)，以減少CPU中轉(zhuǎn)PWM數(shù)據(jù)需要的時(shí)間開(kāi)銷(xiāo)，提高PWM控制器采集數(shù)據(jù)和PWM輸出的速率，并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集保存。
本實(shí)用新型上述技術(shù)問(wèn)題這樣解決，構(gòu)造一種采用DMA技術(shù)的PWM控制器，包括順序電連接的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC、PWM比較數(shù)據(jù)寄存器和帶PWM頻率寄存器的PWM波形生成單元，其特征在于，還包括內(nèi)置DMA接口單元的DMA控制器，所述PWM比較數(shù)據(jù)寄存器與所述DMA接口單元DMA接口對(duì)應(yīng)的另一端連接。本實(shí)用新型采用直接存儲(chǔ)器訪(fǎng)問(wèn)DMA技術(shù)，即在PWM控制器中內(nèi)置一個(gè)DMA控制器，在數(shù)據(jù)采樣保存時(shí)，DMA控制器周期性的申請(qǐng)-獲得總線(xiàn)，將采用數(shù)據(jù)保存到存儲(chǔ)器中；在PWM輸出時(shí)，DMA控制器周期性的申請(qǐng)-獲得總線(xiàn)，將比較數(shù)據(jù)從存儲(chǔ)器中讀入PWM控制器，PWM控制器根據(jù)讀入的比較數(shù)據(jù)產(chǎn)生PWM輸出。
按照本實(shí)用新型提供的PWM控制器，其特征在于，還包括與所述PWM頻率寄存器、PWM比較數(shù)據(jù)寄存器和DMA控制器連接的CPU接口，所述DMA控制器還包括鏈表地址寄存器、數(shù)據(jù)地址寄存器和數(shù)據(jù)長(zhǎng)度寄存器。該CPU接口單元提供了CPU訪(fǎng)問(wèn)本PWM控制器內(nèi)部寄存器的接口。CPU通過(guò)CPU接口單元能讀寫(xiě)PWM頻率寄存器、PWM比較數(shù)據(jù)寄存器、數(shù)據(jù)長(zhǎng)度寄存器、鏈表地址寄存器、數(shù)據(jù)地址寄存器，其中PWM頻率寄存器提供PWM波形生成單元中的計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)間隔時(shí)間，決定PWM輸出或數(shù)據(jù)采樣的速率。當(dāng)PWM控制器工作在DMA模式下，PWM頻率寄存器也決定了DMA控制器申請(qǐng)-獲取總線(xiàn)的頻度。
PWM比較數(shù)據(jù)寄存器緩存信號(hào)波幅度采樣值，簡(jiǎn)稱(chēng)比較數(shù)據(jù)。信號(hào)波幅度采樣值可能是ADC采樣數(shù)據(jù)經(jīng)采樣數(shù)據(jù)處理單元處理后的數(shù)據(jù)，也可能是CPU經(jīng)CPU接口單元寫(xiě)入的數(shù)據(jù)，還可能是DMA控制器從存儲(chǔ)器讀入的比較數(shù)據(jù)；PWM比較數(shù)據(jù)寄存器數(shù)據(jù)來(lái)源由PWM控制寄存器相關(guān)位決定。
按照本實(shí)用新型提供的PWM控制器，其特征在于，還包括與所述CPU接口連接的PWM控制狀態(tài)寄存器。該P(yáng)WM控制狀態(tài)寄存器控制PWM控制器的中斷使能、采樣數(shù)據(jù)處理格式、DMA控制器使能等PWM控制器的工作模式，并提供PWM控制器的工作狀態(tài)。
按照本實(shí)用新型提供的PWM控制器，其特征在于，所述模/數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC和PWM比較數(shù)據(jù)寄存器之間還包括串接的采樣數(shù)據(jù)處理單元。
按照本實(shí)用新型提供的PWM控制器，其特征在于，還包括位于所述PWM比較數(shù)據(jù)寄存器輸出端上的數(shù)/摸轉(zhuǎn)換器DAC。
按照本實(shí)用新型提供的PWM控制器，其特征在于，所述PWM比較數(shù)據(jù)寄存器還包括數(shù)字輸入端。
本實(shí)用新型的PWM波形生成單元有一個(gè)計(jì)數(shù)器在固定范圍內(nèi)周期性地循環(huán)計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)間隔時(shí)間由PWM頻率寄存器決定。計(jì)數(shù)器值類(lèi)似三角波量化采樣值，計(jì)數(shù)器值和比較數(shù)據(jù)進(jìn)行大小比較，決定PWM輸出電平；因計(jì)數(shù)器值在固定范圍內(nèi)周期性地循環(huán)計(jì)數(shù)，故PWM輸出高脈沖的時(shí)間由比較數(shù)據(jù)的大小決定，即PWM輸出占空比隨比較數(shù)據(jù)變化而變化。
本實(shí)用新型的ADC將模擬信號(hào)波采樣轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)波。ADC的采樣頻率由PWM頻率寄存器決定。
本實(shí)用新型的采樣數(shù)據(jù)處理單元對(duì)ADC轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)按照規(guī)定的格式進(jìn)行處理，提供處理后的采樣值。采樣數(shù)據(jù)處理單元處理格式可由PWM控制狀態(tài)寄存器設(shè)置。常見(jiàn)的格式處理包括截位、壓縮、編碼等。
本實(shí)用新型的DAC可以將信號(hào)波采樣值，即比較數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換成模擬量輸出。此時(shí)PWM控制器完成的功能類(lèi)似將信號(hào)波還原成模擬輸出；由于DMA控制器可以很快地提供比較數(shù)據(jù)，DAC可以還原的信號(hào)波頻率比不帶DMA控制器可處理信號(hào)波頻率要高得多。
本實(shí)用新型的DMA控制器能自動(dòng)申請(qǐng)-獲取總線(xiàn)，訪(fǎng)問(wèn)存儲(chǔ)器，向存儲(chǔ)器寫(xiě)入經(jīng)數(shù)據(jù)處理單元處理后的采樣數(shù)據(jù)，或從存儲(chǔ)器讀出采樣數(shù)據(jù)。DMA控制器通過(guò)DMA接口單元-申請(qǐng)-獲取總線(xiàn)，實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)器訪(fǎng)問(wèn)。DMA控制器申請(qǐng)-獲取總線(xiàn)的時(shí)間間隔主要由PWM頻率寄存器，因在DMA模式下，每采樣一個(gè)數(shù)據(jù)或每完成一次PWM輸出，都需要訪(fǎng)問(wèn)存儲(chǔ)器。
本實(shí)用新型支持下面四種工作模式模式1DMA的鏈表工作模式。在該模式下，通過(guò)讀取鏈表存儲(chǔ)器的內(nèi)容來(lái)控制讀取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中數(shù)據(jù)塊的內(nèi)容。鏈表單元包含有數(shù)據(jù)塊的首地址，數(shù)據(jù)塊長(zhǎng)度以及下一個(gè)鏈表單元的入口地址。首先DMA控制器通過(guò)DMA接口單元申請(qǐng)-獲取總線(xiàn)，讀取鏈表單元的數(shù)據(jù)地址、數(shù)據(jù)長(zhǎng)度和下一鏈表地址分別存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)地址寄存器、數(shù)據(jù)長(zhǎng)度寄存器和鏈表地址寄存器。其次，DMA控制器通過(guò)DMA接口單元申請(qǐng)-獲取總線(xiàn)，根據(jù)數(shù)據(jù)地址寄存器和數(shù)據(jù)長(zhǎng)度寄存器內(nèi)容實(shí)現(xiàn)對(duì)存儲(chǔ)器的訪(fǎng)問(wèn)，并把存儲(chǔ)器讀取的數(shù)據(jù)填入PWM比較數(shù)據(jù)寄存器(如果是數(shù)據(jù)采樣，則DMA控制器把PWM比較數(shù)據(jù)寄存器中信號(hào)波采樣值寫(xiě)入指定存儲(chǔ)器中)。DMA控制器申請(qǐng)-獲取總線(xiàn)的時(shí)間間隔由PWM頻率寄存器決定。最后，DMA控制器在完成規(guī)定數(shù)據(jù)長(zhǎng)度存儲(chǔ)器訪(fǎng)問(wèn)后，如果沒(méi)有到鏈表的末尾，將申請(qǐng)總線(xiàn)，讀取鏈表存儲(chǔ)器中鏈表的內(nèi)容，重復(fù)上面兩步操作直到鏈表結(jié)束。PWM波形生成單元根據(jù)PWM頻率寄存器規(guī)定的頻度把PWM比較數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)容轉(zhuǎn)換成PWM脈沖波形輸出。
模式2DMA直接工作模式。在該模式下，CPU直接通知DMADMA控制器所要讀取的數(shù)據(jù)塊。首先CPU寫(xiě)DMA控制器的數(shù)據(jù)塊地址寄存器和數(shù)據(jù)長(zhǎng)度寄存器。其次，DMA控制器通過(guò)DMA接口單元申請(qǐng)-獲取總線(xiàn)，根據(jù)數(shù)據(jù)地址寄存器和數(shù)據(jù)長(zhǎng)度寄存器內(nèi)容實(shí)現(xiàn)對(duì)存儲(chǔ)器的訪(fǎng)問(wèn)，并把存儲(chǔ)器讀取的數(shù)據(jù)填入PWM比較數(shù)據(jù)寄存器(如果是數(shù)據(jù)采樣，則DMA控制器把PWM比較數(shù)據(jù)寄存器中信號(hào)波采樣值寫(xiě)入指定存儲(chǔ)器中)。DMA控制器申請(qǐng)-獲取總線(xiàn)的時(shí)間間隔由PWM頻率寄存器決定。最后，DMA控制器重復(fù)上面過(guò)程直至數(shù)據(jù)塊操作完畢。PWM波形生成單元根據(jù)PWM頻率寄存器規(guī)定的頻度把PWM比較數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)容轉(zhuǎn)換成PWM脈沖波形輸出。
模式3CPU直接工作模式。在該模式下，PWM比較數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)容直接由CPU寫(xiě)入(如果是數(shù)據(jù)采樣，則CPU把PWM比較數(shù)據(jù)寄存器中信號(hào)波采樣值寫(xiě)入指定存儲(chǔ)器中)。PWM波形生成單元根據(jù)PWM頻率寄存器規(guī)定的頻度把PWM比較數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)容轉(zhuǎn)換成PWM脈沖波形輸出。
模式4信號(hào)波直接轉(zhuǎn)換模式。在該模式下，信號(hào)波采樣值經(jīng)過(guò)采樣數(shù)據(jù)處理單元進(jìn)行格式處理后，送入PWM比較數(shù)據(jù)寄存器；PWM波形生成單元根據(jù)PWM頻率寄存器規(guī)定的頻度把PWM比較數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)容轉(zhuǎn)換成PWM脈沖波形輸出。
本實(shí)用新型的信號(hào)波有兩種直接輸入方式如果信號(hào)波是數(shù)字信號(hào)，信號(hào)波從PWM控制器的結(jié)構(gòu)框圖中的數(shù)字輸入口輸入；如果信號(hào)波是模擬信號(hào)，信號(hào)波從PWM控制器的結(jié)構(gòu)框圖中ADC的模擬輸入端輸入。本實(shí)用新型的信號(hào)波直接輸入方式由PWM控制狀態(tài)寄存器決定。
本實(shí)用新型的PWM輸出也有兩種模式一種是PWM脈沖輸出，由PWM波形生成單元輸出；一種是模擬輸出，即PWM比較數(shù)據(jù)寄存器中信號(hào)波采樣值直接經(jīng)DAC轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)輸出。兩種輸出模式由PWM控制狀態(tài)寄存器決定，可以獨(dú)立采用任一種輸出模式，也可同時(shí)采用兩種輸出模式。
本實(shí)用新型提供的PWM控制器與傳統(tǒng)的PWM控制器相比①集成了DMA控制器，采用DMA技術(shù)，在PWM輸出時(shí)，比較數(shù)據(jù)不必由CPU寫(xiě)入，而可通過(guò)DMA控制器自動(dòng)從存儲(chǔ)器中取數(shù)據(jù)，減少了CPU介入PWM控制器工作的時(shí)間，提高了PWM控制器可以輸出的PWM脈沖波頻率。②由于DMA控制器支持鏈表模式，PWM控制器可以自動(dòng)地完成不同存儲(chǔ)器區(qū)的數(shù)據(jù)塊讀取操作，使得該P(yáng)WM控制器尤其適用于類(lèi)似語(yǔ)音播放的系統(tǒng)中，將不同的信號(hào)波采樣值不間斷地轉(zhuǎn)換成PWM脈沖輸出。③由于采用了DMA技術(shù)，不必增加額外的硬件資源，采樣數(shù)據(jù)不必經(jīng)過(guò)CPU中轉(zhuǎn)，本PWM控制器就可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集保存功能，并且能提高數(shù)據(jù)采集的頻度；采樣數(shù)據(jù)可以是數(shù)字信號(hào)，也可以是模擬信號(hào)。④信號(hào)波輸入可以直接轉(zhuǎn)換成PWM脈沖輸出。同時(shí)，本實(shí)用新型支持DMA模式，也支持CPU模式，用戶(hù)可以根據(jù)自己的應(yīng)用場(chǎng)合和習(xí)慣，靈活地選擇不同的工作模式。


圖1是本實(shí)用新型提供的PWM控制器的結(jié)構(gòu)框圖。
圖2是圖1所示PWM控制器的語(yǔ)音播放系統(tǒng)示意圖。
圖3是圖2中存儲(chǔ)器內(nèi)數(shù)據(jù)塊格式示意圖。
圖4是圖2中鏈表單元結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5是圖4中鏈表鏈接方式示意圖。
圖6是與圖4、5所示鏈表配合的DMA模式讀取數(shù)據(jù)流程圖。
圖7是圖1所示PWM控制器的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)示意圖。
具體實(shí)施方式
首先，說(shuō)明本實(shí)用新型PWM控制器的硬件結(jié)構(gòu)圖。
如圖1，本實(shí)用新型PWM控制器包括DMA控制器10；CPU接口單元11；PWM控制狀態(tài)寄存器12；PWM頻率寄存器13；PWM比較數(shù)據(jù)寄存器14；PWM波形生成單元15；模/數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC16；采樣數(shù)據(jù)處理單元17；數(shù)/模轉(zhuǎn)換器DAC18。其中DMA控制器還包括鏈表地址寄存器101；數(shù)據(jù)地址寄存器102；數(shù)據(jù)長(zhǎng)度寄存器103和DMA接口單元104。
進(jìn)一步，結(jié)合本實(shí)用新型兩個(gè)不同的應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行具體說(shuō)明。
(一)本實(shí)用新型PWM控制器在語(yǔ)音播放系統(tǒng)中的應(yīng)用，如圖2，所述語(yǔ)音播放系統(tǒng)包括PWM控制器1，用于從存儲(chǔ)器中讀取數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)換成PWM脈沖波形輸出；微控制器5，用來(lái)控制PWM控制器的操作；總線(xiàn)仲裁管理2，用來(lái)對(duì)PWM控制器1和微控制器5兩者的總線(xiàn)使用進(jìn)行仲裁和總線(xiàn)管理；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器3，用來(lái)存儲(chǔ)需要播放的語(yǔ)音數(shù)據(jù)；鏈表4，用來(lái)存儲(chǔ)鏈表，定義PWM控制器的任務(wù)鏈表；MOS開(kāi)關(guān)放大6，用來(lái)對(duì)PWM脈沖波形功率放大；低通濾波器LF濾波器7，用來(lái)慮掉PWM的不需要高頻成分，還原成模擬音頻信號(hào)。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器3和鏈表4是存儲(chǔ)器地址的不同分區(qū)，因此兩者可以是不同的存儲(chǔ)器，也可以是同一塊存儲(chǔ)器。其中①圖2中的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器3中數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)塊的形式存儲(chǔ)。如圖3，該數(shù)據(jù)塊由數(shù)據(jù)塊首地址和數(shù)據(jù)塊長(zhǎng)度唯一決定。在該放聲系統(tǒng)中，每一個(gè)數(shù)據(jù)塊代表一個(gè)語(yǔ)音數(shù)據(jù)塊。
②圖2中的鏈表4中數(shù)據(jù)以鏈表單元格式存儲(chǔ)，鏈表單元由鏈表單元的入口地址唯一確定。如圖4，該鏈表單元結(jié)構(gòu)包括入口地址；下一個(gè)鏈表入口地址，用來(lái)連接下一個(gè)鏈表單元，使其形成一個(gè)鏈表；數(shù)據(jù)塊長(zhǎng)度和數(shù)據(jù)塊首地址。在鏈表中還有一些標(biāo)志位，其中兩個(gè)是停止標(biāo)志位“stop”，用來(lái)標(biāo)志本鏈表單元為鏈表的結(jié)束單元；中斷標(biāo)志位“int”，當(dāng)該位置1時(shí)，在本鏈表單元所指示的數(shù)據(jù)塊被PWM控制器讀取完畢時(shí)，PWM控制器將產(chǎn)生一個(gè)中斷標(biāo)志。
該鏈表單元的結(jié)構(gòu)，如圖5所示，其鏈表鏈接方式中當(dāng)PWM控制器完成當(dāng)前鏈表指定的數(shù)據(jù)塊長(zhǎng)度操作后，如果停止標(biāo)志位“stop”有效，則停止工作，完成所有的操作；否則，從當(dāng)前鏈表的下一個(gè)鏈表入口地址開(kāi)始，讀入新的鏈表，然后根據(jù)新的鏈表對(duì)指定的數(shù)據(jù)塊進(jìn)行操作。如果最后一個(gè)鏈表的下一個(gè)鏈表入口地址指向它前面的某一個(gè)鏈表入口地址，而且停止標(biāo)志位“stop”無(wú)效，則PWM控制器可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)播放的功能。
該語(yǔ)音播放系統(tǒng)，可以把存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器3中的語(yǔ)音數(shù)據(jù)塊(如“這是一個(gè)實(shí)用新型專(zhuān)利”中的每個(gè)漢字的語(yǔ)音數(shù)據(jù)塊)按鏈表4所規(guī)定的順序播放出來(lái)，組成一句完整的話(huà)(“這是一個(gè)實(shí)用新型專(zhuān)利”)，其工作流程如圖6所示，包括第一步，填寫(xiě)鏈表4。根據(jù)“這是一個(gè)實(shí)用新型專(zhuān)利”每一個(gè)漢字在3中對(duì)應(yīng)的首地址和數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，并按照“這是一個(gè)實(shí)用新型專(zhuān)利”順序組成鏈表填寫(xiě)入鏈表存儲(chǔ)器4中。在填寫(xiě)鏈表時(shí)，首先微控制器5通過(guò)總線(xiàn)仲裁申請(qǐng)使用總線(xiàn)，得到允許后，寫(xiě)鏈表存儲(chǔ)器。
第二步，微處理器5通過(guò)PWM控制器1中CPU接口寫(xiě)鏈表中第一個(gè)鏈表單元的地址到鏈表地址寄存器101，配置PWM頻率寄存器13，再寫(xiě)PWM控制狀態(tài)寄存器12啟動(dòng)PWM控制器。
第三步，PWM控制器被微控制器5啟動(dòng)后，申請(qǐng)DMA總線(xiàn)占用，總線(xiàn)允許后，根據(jù)鏈表地址寄存器101中鏈表單元地址，DMA讀取該鏈表單元數(shù)據(jù)并分別填入鏈表地址寄存器101，數(shù)據(jù)地址寄存器102和數(shù)據(jù)長(zhǎng)度寄存器103中。
第四步，PWM控制器申請(qǐng)總線(xiàn)占用，允許后根據(jù)數(shù)據(jù)地址寄存器102和數(shù)據(jù)長(zhǎng)度寄存器103中內(nèi)容以及已經(jīng)讀取了的數(shù)據(jù)塊數(shù)據(jù)長(zhǎng)度訪(fǎng)問(wèn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器3，并把讀取的數(shù)據(jù)寫(xiě)入PWM比較數(shù)據(jù)寄存器14，取消總線(xiàn)占用。
第五步，當(dāng)PWM比較數(shù)據(jù)寄存器14需要數(shù)據(jù)時(shí)，PWM控制器將通過(guò)DMA接口單元104申請(qǐng)總線(xiàn)占用，重復(fù)第四步過(guò)程直到數(shù)據(jù)塊讀取結(jié)束。
第六步，當(dāng)前數(shù)據(jù)塊讀取結(jié)束后，如果鏈表指示該鏈表是最后的鏈表，PWM控制器停止操作，處于空閑狀態(tài)，并在PWM控制狀態(tài)寄存器12記錄結(jié)束標(biāo)志，產(chǎn)生結(jié)束中斷；否則PWM控制器將再次申請(qǐng)總線(xiàn)讀取鏈表內(nèi)容，重復(fù)第三步過(guò)程。
DMA控制器從存儲(chǔ)器讀取數(shù)據(jù)并放入PWM比較數(shù)據(jù)寄存器14后，PWM波形生成單元15將自動(dòng)從PWM比較數(shù)據(jù)寄存器14中載入數(shù)據(jù)，根據(jù)PWM頻率寄存器13中規(guī)定的頻度轉(zhuǎn)換成PWM脈沖信號(hào)。同時(shí)，PWM比較數(shù)據(jù)寄存器14中數(shù)據(jù)可以通過(guò)DAC18數(shù)字模擬變化后直接模擬輸出。
產(chǎn)生的PWM脈沖信號(hào)經(jīng)MOS功率開(kāi)關(guān)放大器6開(kāi)關(guān)功率放大，LF低通濾波器7低通濾波器后直接驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)聲，實(shí)現(xiàn)了“這是一個(gè)實(shí)用新型專(zhuān)利”的語(yǔ)音播放。
通過(guò)上面的描述可知，在DMA模式下，當(dāng)PWM控制器需要比較數(shù)據(jù)時(shí)，不需要CPU介入，而由DMA控制器自動(dòng)從存儲(chǔ)器獲得，因而減少了CPU的時(shí)間開(kāi)銷(xiāo)；而且由于DMA控制器從存儲(chǔ)器讀入一個(gè)數(shù)據(jù)的速度比CPU從存儲(chǔ)器向PWM控制器中轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)的速度快得多，因此本PWM控制器可以處理的PWM輸出頻率要比傳統(tǒng)的利用CPU中轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)的PWM控制器要高得多。
由于聲音信號(hào)為各種頻率波形的組合，因此使用該系統(tǒng)，在存儲(chǔ)器中填入不同的值以及選擇適當(dāng)?shù)逆湵韮?nèi)容，可以產(chǎn)生精度較高的可變占空比脈沖波形。
(二)本實(shí)用新型PWM控制器的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，如圖7所示，包括PWM控制器1，用于將采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換并保存到存儲(chǔ)器中；總線(xiàn)仲裁控制器2，用來(lái)對(duì)PWM控制器1和微控制器5兩者的總線(xiàn)使用進(jìn)行仲裁和總線(xiàn)管理；微控制器5，用來(lái)控制PWM控制器的操作；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器3，用來(lái)存儲(chǔ)采集的數(shù)據(jù)。本實(shí)用新型PWM控制器1在該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，不但能夠完成數(shù)據(jù)的采集、處理，還可以同時(shí)把采集的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成模擬輸出和PWM輸出供不同需要。其數(shù)據(jù)采集流程具體如下第一步，根據(jù)數(shù)據(jù)采集的需要，微控制器5寫(xiě)PWM控制器寄存器13，規(guī)定數(shù)據(jù)采樣頻率；寫(xiě)數(shù)據(jù)地址寄存器102，規(guī)定采集后的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在4中的位置首地址；寫(xiě)數(shù)據(jù)長(zhǎng)度寄存器103，規(guī)定采集數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度；最后寫(xiě)PWM控制狀態(tài)寄存器12，規(guī)定當(dāng)前模式為數(shù)據(jù)采集模式以及數(shù)據(jù)處理格式，并啟動(dòng)PWM控制器。
第二步，采樣數(shù)據(jù)處理單元17對(duì)信號(hào)波輸入進(jìn)行格式處理，常見(jiàn)的格式處理有截位、壓縮、編碼等處理。信號(hào)波輸入可以是模擬輸入(需要經(jīng)過(guò)ADC16轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)送給采樣數(shù)據(jù)處理單元17)，也可以是數(shù)字輸入。采樣數(shù)據(jù)處理單元17處理后的采樣數(shù)據(jù)送給PWM比較數(shù)據(jù)寄存器14。
第三步，當(dāng)PWM比較數(shù)據(jù)寄存器14接收到采樣數(shù)據(jù)后，PWM控制器的DMA控制器申請(qǐng)總線(xiàn)占用，申請(qǐng)?jiān)试S后PWM控制器根據(jù)數(shù)據(jù)地址寄存器102和數(shù)據(jù)長(zhǎng)度寄存器103內(nèi)容以及已經(jīng)采樣的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度把PWM比較數(shù)據(jù)寄存器14中的數(shù)據(jù)送數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器3的指定位置進(jìn)行存儲(chǔ)。
第四步，如果采樣數(shù)據(jù)達(dá)到指定長(zhǎng)度，在PWM控制狀態(tài)寄存器12記錄結(jié)束標(biāo)志，產(chǎn)生結(jié)束中斷，PWM控制器處于空閑狀態(tài)，否則重復(fù)第二步操作直至采樣結(jié)束。
在信號(hào)波直接轉(zhuǎn)換模式下，信號(hào)波采樣值經(jīng)過(guò)采樣數(shù)據(jù)處理單元17進(jìn)行格式處理后，送入PWM比較數(shù)據(jù)寄存器14；PWM波形生成單元15根據(jù)PWM頻率寄存器13規(guī)定的頻度把PWM比較數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)容轉(zhuǎn)換成PWM脈沖波形輸出。
在數(shù)據(jù)采集模式下，由于PWM控制器采用了DMA技術(shù)，在數(shù)據(jù)采樣過(guò)程中，避免了CPU的參與，減少了CPU的時(shí)間開(kāi)銷(xiāo)；同時(shí)，DMA傳輸比CPU中轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)時(shí)間快，使用該實(shí)用新型滿(mǎn)足了快速的數(shù)據(jù)采集需求；而且，由于數(shù)據(jù)采集中的ADC是和信號(hào)波直接轉(zhuǎn)換模式下的ADC共用的，因此本PWM控制器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集功能并不需要額外的硬件資源。
PWM比較數(shù)據(jù)寄存器14可以直接通過(guò)DAC18轉(zhuǎn)換成模擬輸出，以便滿(mǎn)足不同系統(tǒng)的特殊需要，方便PWM控制器在其他應(yīng)用場(chǎng)合的系統(tǒng)集成。
權(quán)利要求1.一種采用DMA技術(shù)的PWM控制器，包括順序電連接的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC(16)、PWM比較數(shù)據(jù)寄存器(14)和帶PWM頻率寄存器(13)的PWM波形生成單元(15)，其特征在于，還包括內(nèi)置DMA接口單元(104)的DMA控制器(10)，所述PWM比較數(shù)據(jù)寄存器(14)與所述DMA接口單元(104)DMA接口對(duì)應(yīng)的另一端連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述PWM控制器，其特征在于，還包括與所述PWM頻率寄存器(13)、PWM比較數(shù)據(jù)寄存器(14)和DMA控制器(10)連接的CPU接口(10)，所述DMA控制器(10)還包括鏈表地址寄存器(101)、數(shù)據(jù)地址寄存器(102)和數(shù)據(jù)長(zhǎng)度寄存器(103)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述PWM控制器，其特征在于，還包括與所述CPU接口(10)連接的PWM控制狀態(tài)寄存器(13)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述PWM控制器，其特征在于，所述模/數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC(16)和PWM比較數(shù)據(jù)寄存器(14)之間還包括串接的采樣數(shù)據(jù)處理單元(17)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述PWM控制器，其特征在于，還包括位于所述PWM比較數(shù)據(jù)寄存器(14)輸出端上的數(shù)/摸轉(zhuǎn)換器DAC(18)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述PWM控制器，其特征在于，所述PWM比較數(shù)據(jù)寄存器(14)還包括數(shù)字輸入端。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型涉及并公開(kāi)了一種采用DMA技術(shù)的PWM控制器，包括順序電連接的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC(16)、PWM比較數(shù)據(jù)寄存器(14)和帶PWM頻率寄存器(13)的PWM波形生成單元(15)，其特征在于，還包括內(nèi)置DMA接口單元(104)的DMA控制器(10)，所述PWM比較數(shù)據(jù)寄存器(14)與所述DMA接口單元(104)DMA接口對(duì)應(yīng)的另一端連接。這種PWM控制器可自動(dòng)從外接存儲(chǔ)器中取出比較數(shù)據(jù)，最大限度的減少了CPU的干預(yù)，減少了CPU的時(shí)間資源消耗，提高了PWM控制器可處理的PWM脈沖波頻率。
文檔編號(hào)H03K7/00GK2678250SQ20042000038
公開(kāi)日2005年2月9日 申請(qǐng)日期2004年1月9日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月9日
發(fā)明者王良清, 羅勇, 李勇 申請(qǐng)人:李劍