電能計(jì)量信號(hào)處理器的運(yùn)算頻率控制系統(tǒng)與方法
【專利摘要】一種電能計(jì)量信號(hào)處理器的運(yùn)算頻率控制系統(tǒng)與方法，應(yīng)用于面向電能計(jì)量領(lǐng)域的數(shù)字信號(hào)處理器，該方法首先通過獲取系統(tǒng)計(jì)數(shù)器的指定比特位來得到當(dāng)前運(yùn)算步位置，其中該系統(tǒng)計(jì)數(shù)器用以記錄數(shù)字信號(hào)處理器在開始工作后執(zhí)行的指令數(shù)量；之后將該數(shù)字和預(yù)設(shè)的數(shù)字進(jìn)行比較來確定是否到達(dá)指定的運(yùn)算頻率點(diǎn)而決定是否進(jìn)行更低運(yùn)算頻率的運(yùn)算，利用此方法，可令該信號(hào)處理器方便地實(shí)現(xiàn)各個(gè)工作頻率下濾波器的工作調(diào)度，從而利于降低功耗。
【專利說明】電能計(jì)量信號(hào)處理器的運(yùn)算頻率控制系統(tǒng)與方法
【【技術(shù)領(lǐng)域】】
[0001]本發(fā)明涉及數(shù)字信號(hào)處理器的控制系統(tǒng)與方法，特別適用于電能計(jì)量領(lǐng)域，方便實(shí)現(xiàn)對多路信號(hào)的多次降采樣運(yùn)算的運(yùn)算頻率控制系統(tǒng)與方法。
【【背景技術(shù)】】
[0002]電能計(jì)量表從早期的機(jī)械式電能表、計(jì)度器數(shù)字電能表、液晶簡單數(shù)字電能表逐漸向智能電表發(fā)展。其功能從簡單的計(jì)量能量逐漸增加，逐步加入了無功計(jì)量、有效值測量、基波功率計(jì)量、基波有效值測量。在最近的發(fā)展趨勢中，又增加了繼電器狀態(tài)、外部電磁場等直流、交流信號(hào)的測量和監(jiān)控等。這些對電能計(jì)量系統(tǒng)的功能、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換電路的個(gè)數(shù)及性能都提出了更高的要求。
[0003]目前電能計(jì)量處理核的實(shí)現(xiàn)有多種方法:特別定制電路、數(shù)字信號(hào)處理器、強(qiáng)大的通用微處理器等。特別定制電路的方法可以最大程度的降低單顆芯片的成本，但開發(fā)周期相對較長并且靈活性不夠。通用微處理器的實(shí)現(xiàn)方式比較靈活，但是成本偏高。數(shù)字信號(hào)處理器的實(shí)現(xiàn)方法介于上述兩者之間。
[0004]傳統(tǒng)的數(shù)字信號(hào)處理器的跳轉(zhuǎn)指令為無條件跳轉(zhuǎn)或者條件跳轉(zhuǎn)，其中條件跳轉(zhuǎn)的輸入來自內(nèi)部通用寄存器或者外部其他存儲(chǔ)體。在嚴(yán)格需要按照特定頻率的跳轉(zhuǎn)需求時(shí)，用戶需要通過計(jì)數(shù)器外設(shè)或者軟件執(zhí)行代碼的長度計(jì)算出頻率并設(shè)置相應(yīng)的跳轉(zhuǎn)條件，然后完成不同工作頻率間的跳轉(zhuǎn)，這對軟件編程提出了相對高的要求。
【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種電能計(jì)量信號(hào)處理器的運(yùn)算頻率控制方法，用以解決現(xiàn)有的電能計(jì)量信號(hào)處理器無法實(shí)現(xiàn)對同一信號(hào)多重運(yùn)算頻率下進(jìn)行計(jì)算，從而導(dǎo)致功耗較高的問題。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，實(shí)施本發(fā)明的電能計(jì)量信號(hào)處理器的運(yùn)算頻率控制系統(tǒng)包括指令存儲(chǔ)器、信號(hào)處理器及系統(tǒng)計(jì)數(shù)器，其中指令存儲(chǔ)器存儲(chǔ)有該電能計(jì)量信號(hào)處理器的所有控制指令，信號(hào)處理器從該指令存儲(chǔ)器讀取指令，系統(tǒng)計(jì)數(shù)器用以記錄數(shù)字信號(hào)處理器在開始工作后執(zhí)行的指令數(shù)量，信號(hào)處理器首先通過獲取系統(tǒng)計(jì)數(shù)器的指定比特位的值來得到當(dāng)前運(yùn)算步位置，其中該系統(tǒng)計(jì)數(shù)器用以記錄信號(hào)處理器在開始工作后執(zhí)行的指令數(shù)量；之后信號(hào)處理器將該指定比特位的值和一預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較來確定是否到達(dá)指定的運(yùn)算頻率點(diǎn)而決定是否進(jìn)行更低運(yùn)算頻率的運(yùn)算。
[0007]依據(jù)上述主要特征，該電能計(jì)量信號(hào)處理器的運(yùn)算頻率控制系統(tǒng)還包括一寄存器，信號(hào)處理器將該指定比特位的值和一預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較來確定是否到達(dá)指定的運(yùn)算頻率點(diǎn)時(shí)，如滿足條件則改變一寄存器的值，當(dāng)寄存器的值一改變，則信號(hào)處理器執(zhí)行對應(yīng)的程序，更低運(yùn)算頻率的運(yùn)算，如果不滿足條件，則不改變寄存器的值。
[0008]為實(shí)現(xiàn)上述目的，實(shí)施本發(fā)明的電能計(jì)量信號(hào)處理器的運(yùn)算頻率控制方法，應(yīng)用于面向電能計(jì)量領(lǐng)域的數(shù)字信號(hào)處理器，該方法首先通過獲取系統(tǒng)計(jì)數(shù)器的指定比特位的值來得到當(dāng)前運(yùn)算步位置，其中該系統(tǒng)計(jì)數(shù)器用以記錄數(shù)字信號(hào)處理器在開始工作后執(zhí)行的指令數(shù)量；之后將該指定比特位的值和一預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較來確定是否到達(dá)指定的運(yùn)算頻率點(diǎn)而決定是否進(jìn)行更低運(yùn)算頻率的運(yùn)算。
[0009]依據(jù)上述主要特征，信號(hào)處理器將該指定比特位的值和一預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較來確定是否到達(dá)指定的運(yùn)算頻率點(diǎn)時(shí)，如滿足條件則改變一寄存器的值，當(dāng)寄存器的值一改變，則信號(hào)處理器執(zhí)行對應(yīng)的程序，更低運(yùn)算頻率的運(yùn)算，如果不滿足條件，則不改變寄存器的值，系統(tǒng)計(jì)數(shù)器繼續(xù)進(jìn)行累加。
[0010]依據(jù)上述主要特征，信號(hào)處理器完成當(dāng)前運(yùn)算步之后到進(jìn)行下一次運(yùn)算步之前時(shí)，先停止程序計(jì)數(shù)器的單向累加，并同時(shí)讀取系統(tǒng)計(jì)數(shù)器的指定比特位來得到當(dāng)前是否為運(yùn)算步終點(diǎn)，如果為終點(diǎn)時(shí)，將程序計(jì)數(shù)器復(fù)位，再次啟動(dòng)最高頻率下的信號(hào)處理運(yùn)算。
[0011]依據(jù)上述主要特征，該電能計(jì)量信號(hào)處理器的運(yùn)算頻率控制方法通過設(shè)置頻次跳轉(zhuǎn)截取指令、條件跳轉(zhuǎn)指令及停止指令實(shí)現(xiàn)，其中多頻次跳轉(zhuǎn)截取指令包括指令標(biāo)識(shí)，截取位置、截取寬度與比較數(shù)據(jù)四個(gè)部分，其中指令標(biāo)識(shí)的編碼組合是預(yù)先定義好的，而截取位置、截取寬度與比較數(shù)據(jù)三個(gè)部分都是可編程的，即根據(jù)程序的需要進(jìn)行設(shè)置，電能計(jì)量信號(hào)處理器從指令存儲(chǔ)器中讀到指令后，如讀取到多頻次跳轉(zhuǎn)截取指令指令標(biāo)識(shí)的編碼組合時(shí)，則表示此條指令為多頻次跳轉(zhuǎn)截取指令，此時(shí)信號(hào)處理器依照該指令中截取位置從系統(tǒng)計(jì)數(shù)器的相應(yīng)位置獲取信息，截取寬表示了周期的個(gè)數(shù)，比較數(shù)據(jù)表征了具體第幾個(gè)周期，信號(hào)處理器判斷當(dāng)前運(yùn)算步是否為比較數(shù)據(jù)表征的周期的運(yùn)算步，如果是則將一預(yù)定的寄存器的值變?yōu)?，否則為O。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明免除了用戶額外的計(jì)算或者配置頻率的過程以及設(shè)置跳轉(zhuǎn)條件的步驟，用戶可以使用很少的指令直接實(shí)現(xiàn)不同頻率間的相互跳轉(zhuǎn)，這樣做的好處是簡化了軟件編程的難度并且相應(yīng)的降低了多余操作帶來的功耗。
[0013]【附表說明】
`[0014]圖1為實(shí)施本發(fā)明的電能計(jì)量信號(hào)處理器的運(yùn)算頻率控制方法的系統(tǒng)架構(gòu)圖。
[0015]圖2為實(shí)施本發(fā)明的電能計(jì)量信號(hào)處理器的運(yùn)算頻率控制方法的流程圖。
[0016]圖3為實(shí)施本發(fā)明的電能計(jì)量信號(hào)處理器的運(yùn)算頻率控制方法的具體應(yīng)用示意圖。
【【具體實(shí)施方式】】
[0017]請參閱圖1所示，為實(shí)施本發(fā)明的電能計(jì)量信號(hào)處理器的運(yùn)算頻率控制方法的系統(tǒng)架構(gòu)圖，實(shí)施本發(fā)明的電能計(jì)量信號(hào)處理器的運(yùn)算頻率控制方法的系統(tǒng)主要包括指令存儲(chǔ)器、信號(hào)處理器、系統(tǒng)計(jì)數(shù)器及一寄存器。其中指令存儲(chǔ)器存儲(chǔ)有該電能計(jì)量信號(hào)處理器的所有控制指令，信號(hào)處理器從該指令存儲(chǔ)器讀取指令，系統(tǒng)計(jì)數(shù)器用以記錄數(shù)字信號(hào)處理器在開始工作后執(zhí)行的指令數(shù)量，信號(hào)處理器首先通過獲取系統(tǒng)計(jì)數(shù)器的指定比特位的值來得到當(dāng)前運(yùn)算步位置，其中該系統(tǒng)計(jì)數(shù)器用以記錄信號(hào)處理器在開始工作后執(zhí)行的指令數(shù)量；之后信號(hào)處理器將該指定比特位的值和一預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較來確定是否到達(dá)指定的運(yùn)算頻率點(diǎn)時(shí)，如滿足條件則改變一寄存器的值，當(dāng)寄存器的值一改變，則信號(hào)處理器執(zhí)行對應(yīng)的程序，更低運(yùn)算頻率的運(yùn)算，如果不滿足條件，則不改變寄存器的值，系統(tǒng)計(jì)數(shù)器繼續(xù)進(jìn)行累加。[0018]請參閱圖2所示，為實(shí)施本發(fā)明的電能計(jì)量信號(hào)處理器的運(yùn)算頻率控制方法的流程圖，該電能計(jì)量信號(hào)處理器的運(yùn)算頻率控制方法，應(yīng)用于面向電能計(jì)量領(lǐng)域的數(shù)字信號(hào)處理器，其首先通過獲取系統(tǒng)計(jì)數(shù)器的指定比特位的值來得到當(dāng)前運(yùn)算步位置，其中該系統(tǒng)計(jì)數(shù)器用以記錄數(shù)字信號(hào)處理器在開始工作后執(zhí)行的指令數(shù)量；之后將該指定比特位的值和一預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較來確定是否到達(dá)指定的運(yùn)算頻率點(diǎn)而決定是否進(jìn)行更低運(yùn)算頻率的運(yùn)算。
[0019]在具體實(shí)施時(shí)，信號(hào)處理器將該指定比特位的值和一預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較來確定是否到達(dá)指定的運(yùn)算頻率點(diǎn)時(shí)，如滿足條件則改變一寄存器的值，當(dāng)寄存器的值一改變，則信號(hào)處理器執(zhí)行對應(yīng)的程序，更低運(yùn)算頻率的運(yùn)算，如果不滿足條件，則不改變寄存器的值，系統(tǒng)計(jì)數(shù)器繼續(xù)進(jìn)行累加。當(dāng)信號(hào)處理器完成當(dāng)前運(yùn)算步之后到進(jìn)行下一次運(yùn)算步之前時(shí)，先停止程序計(jì)數(shù)器的單向累加，并同時(shí)讀取系統(tǒng)計(jì)數(shù)器的指定比特位來得到當(dāng)前是否為運(yùn)算步終點(diǎn)，如果為終點(diǎn)時(shí)，將程序計(jì)數(shù)器復(fù)位，再次啟動(dòng)最高頻率下的信號(hào)處理運(yùn)算。
[0020]以下對實(shí)施本發(fā)明的電能計(jì)量信號(hào)處理器的運(yùn)算頻率控制方法結(jié)合實(shí)例進(jìn)行詳細(xì)的說明。
[0021]在數(shù)字信號(hào)處理過程中，存在同一個(gè)信號(hào)數(shù)據(jù)會(huì)在不同的工作頻率下進(jìn)行運(yùn)算的情況。例如，某一個(gè)信號(hào)輸入在一秒鐘內(nèi)會(huì)被做8次累加運(yùn)算，之后再做I次減法運(yùn)算，如果加法運(yùn)算的工作頻率為8Hz，而減法運(yùn)算的工作頻率為1Hz，此時(shí)則需要進(jìn)行降頻，從而符合運(yùn)算要求并且可以降低功耗，這里指的降頻即為從工作頻率從8Hz的加法運(yùn)算跳轉(zhuǎn)到工作頻率為IHz的減法運(yùn)算，即在做完第8次加法運(yùn)算之后需要跳轉(zhuǎn)到I次減法運(yùn)算的過程，此時(shí)降頻幅度為8倍。傳統(tǒng)的數(shù)字信號(hào)處理器的跳轉(zhuǎn)指令為無條件跳轉(zhuǎn)或者條件跳轉(zhuǎn)，其中條件跳轉(zhuǎn)的輸入來自內(nèi)部通用寄存器或者外部其他存儲(chǔ)體。在嚴(yán)格需要按照特定頻率的跳轉(zhuǎn)需求時(shí)，用戶需要通過計(jì)數(shù)器外設(shè)或者軟件執(zhí)行代碼的長度計(jì)算出頻率并設(shè)置相應(yīng)的跳轉(zhuǎn)條件，然后完成不同工作頻率間的跳轉(zhuǎn)，這對軟件編程提出了相對高的要求。本發(fā)明正是針對此問題提出另一種解決方案。
[0022]再者，電能計(jì)量信號(hào)處理器``通常均設(shè)有一系統(tǒng)計(jì)數(shù)器，該系統(tǒng)計(jì)數(shù)器為16位，該系統(tǒng)計(jì)數(shù)器根據(jù)系統(tǒng)主頻進(jìn)行工作記錄數(shù)字信號(hào)處理器在開始工作后執(zhí)行的指令數(shù)量。該系統(tǒng)計(jì)數(shù)器每個(gè)時(shí)鐘周期加1，假設(shè)系統(tǒng)主頻為32768Hz，當(dāng)系統(tǒng)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到達(dá)32768(即0x8000)時(shí)，表示系統(tǒng)運(yùn)行了 I秒鐘，即每過I秒鐘，系統(tǒng)計(jì)數(shù)器的第15位都會(huì)發(fā)生一次翻轉(zhuǎn)，如此可以認(rèn)為系統(tǒng)計(jì)數(shù)器的第15位的翻轉(zhuǎn)頻率即為1Hz，以此類推，系統(tǒng)計(jì)數(shù)器的第14位的翻轉(zhuǎn)頻率為2Hz，第13位為4Hz，……，本發(fā)明正是利用系統(tǒng)計(jì)數(shù)器各位的翻轉(zhuǎn)頻率的不同實(shí)現(xiàn)頻率跳轉(zhuǎn)的控制。
[0023]在具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，本發(fā)明通過指令的控制實(shí)現(xiàn)頻率跳轉(zhuǎn)的控制，具體有多頻次跳轉(zhuǎn)截取指令、條件跳轉(zhuǎn)指令及停止指令，具體介紹如下。
[0024]其中多頻次跳轉(zhuǎn)截取指令格式如下:
[0025]
【權(quán)利要求】
1.一種電能計(jì)量信號(hào)處理器的運(yùn)算頻率控制系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)包括指令存儲(chǔ)器、信號(hào)處理器及系統(tǒng)計(jì)數(shù)器，其中指令存儲(chǔ)器存儲(chǔ)有該電能計(jì)量信號(hào)處理器的所有控制指令，信號(hào)處理器從該指令存儲(chǔ)器讀取指令，系統(tǒng)計(jì)數(shù)器用以記錄數(shù)字信號(hào)處理器在開始工作后執(zhí)行的指令數(shù)量，信號(hào)處理器首先通過獲取系統(tǒng)計(jì)數(shù)器的指定比特位的值來得到當(dāng)前運(yùn)算步位置，其中該系統(tǒng)計(jì)數(shù)器用以記錄信號(hào)處理器在開始工作后執(zhí)行的指令數(shù)量；之后信號(hào)處理器將該指定比特位的值和一預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較來確定是否到達(dá)指定的運(yùn)算頻率點(diǎn)而決定是否進(jìn)行更低運(yùn)算頻率的運(yùn)算。
2.如權(quán)利要求1所述的電能計(jì)量信號(hào)處理器的運(yùn)算頻率控制系統(tǒng)，其特征在于:該電能計(jì)量信號(hào)處理器的運(yùn)算頻率控制系統(tǒng)還包括一寄存器，信號(hào)處理器將該指定比特位的值和一預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較來確定是否到達(dá)指定的運(yùn)算頻率點(diǎn)時(shí)，如滿足條件則改變一寄存器的值，當(dāng)寄存器的值一改變，則信號(hào)處理器執(zhí)行對應(yīng)的程序，更低運(yùn)算頻率的運(yùn)算，如果不滿足條件，則不改變寄存器的值。
3.一種電能計(jì)量信號(hào)處理器的運(yùn)算頻率控制方法，應(yīng)用于面向電能計(jì)量領(lǐng)域的數(shù)字信號(hào)處理器，其特征在于:該方法首先通過獲取系統(tǒng)計(jì)數(shù)器的指定比特位的值來得到當(dāng)前運(yùn)算步位置，其中該系統(tǒng)計(jì)數(shù)器用以記錄數(shù)字信號(hào)處理器在開始工作后執(zhí)行的指令數(shù)量；之后將該指定比特位的值和一預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較來確定是否到達(dá)指定的運(yùn)算頻率點(diǎn)而決定是否進(jìn)行更低運(yùn)算頻率的運(yùn)算。
4.如權(quán)利 要求3所述的電能計(jì)量信號(hào)處理器的運(yùn)算頻率控制方法，其特征在于:信號(hào)處理器將該指定比特位的值和一預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較來確定是否到達(dá)指定的運(yùn)算頻率點(diǎn)時(shí)，如滿足條件則改變一寄存器的值，當(dāng)寄存器的值一改變，則信號(hào)處理器執(zhí)行對應(yīng)的程序，更低運(yùn)算頻率的運(yùn)算，如果不滿足條件，則不改變寄存器的值，系統(tǒng)計(jì)數(shù)器繼續(xù)進(jìn)行累加。
5.如權(quán)利要求4所述的電能計(jì)量信號(hào)處理器的運(yùn)算頻率控制方法，其特征在于:信號(hào)處理器完成當(dāng)前運(yùn)算步之后到進(jìn)行下一次運(yùn)算步之前時(shí)，先停止程序計(jì)數(shù)器的單向累加，并同時(shí)讀取系統(tǒng)計(jì)數(shù)器的指定比特位來得到當(dāng)前是否為運(yùn)算步終點(diǎn)，如果為終點(diǎn)時(shí)，將程序計(jì)數(shù)器復(fù)位，再次啟動(dòng)最高頻率下的信號(hào)處理運(yùn)算。
6.如權(quán)利要求5所述的電能計(jì)量信號(hào)處理器的運(yùn)算頻率控制方法，其特征在于:該電能計(jì)量信號(hào)處理器的運(yùn)算頻率控制方法通過設(shè)置頻次跳轉(zhuǎn)截取指令、條件跳轉(zhuǎn)指令及停止指令實(shí)現(xiàn)，其中多頻次跳轉(zhuǎn)截取指令包括指令標(biāo)識(shí)，截取位置、截取寬度與比較數(shù)據(jù)四個(gè)部分，其中指令標(biāo)識(shí)的編碼組合是預(yù)先定義好的，而截取位置、截取寬度與比較數(shù)據(jù)三個(gè)部分都是可編程的，即根據(jù)程序的需要進(jìn)行設(shè)置，電能計(jì)量信號(hào)處理器從指令存儲(chǔ)器中讀到指令后，如讀取到多頻次跳轉(zhuǎn)截取指令指令標(biāo)識(shí)的編碼組合時(shí)，則表示此條指令為多頻次跳轉(zhuǎn)截取指令，此時(shí)信號(hào)處理器依照該指令中截取位置從系統(tǒng)計(jì)數(shù)器的相應(yīng)位置獲取信息，截取寬表示了周期的個(gè)數(shù)，比較數(shù)據(jù)表征了具體第幾個(gè)周期，信號(hào)處理器判斷當(dāng)前運(yùn)算步是否為比較數(shù)據(jù)表征的周期的運(yùn)算步，如果是則將一預(yù)定的寄存器的值變?yōu)?，否則為O0
7.如權(quán)利要求6所述的電能計(jì)量信號(hào)處理器的運(yùn)算頻率控制方法，其特征在于:該條件跳轉(zhuǎn)指令包括指令標(biāo)識(shí)與跳轉(zhuǎn)地址二個(gè)部分，其中指令標(biāo)識(shí)的編碼組合是預(yù)先定義好的，從而以此指令進(jìn)行判斷，跳轉(zhuǎn)地址表示需要讓PC指針指向的地址，數(shù)字信號(hào)處理器根據(jù)多頻次跳轉(zhuǎn)截取指令修改寄存器的值，之后依據(jù)寄存器的值判斷是否調(diào)用該條件跳轉(zhuǎn)指令實(shí)現(xiàn)跳轉(zhuǎn)當(dāng)寄存器為I時(shí)，數(shù)字信號(hào)處理器執(zhí)行該條件跳轉(zhuǎn)指令，將PC指針指向該條件跳轉(zhuǎn)指令的跳轉(zhuǎn)地址所表示的地址，當(dāng)寄存器C為O時(shí)，該條件跳轉(zhuǎn)指令的執(zhí)行不改變?nèi)魏螤顟B(tài)，此時(shí)PC指針加1，即執(zhí)行下一條指令。
8.如權(quán)利要求7所述的電能計(jì)量信號(hào)處理器的運(yùn)算頻率控制方法，其特征在于:該停止指令包括指令標(biāo)識(shí)與跳轉(zhuǎn)頻率二個(gè)部分，其中指令標(biāo)識(shí)的編碼組合是預(yù)先定義好的，信號(hào)處理器將系統(tǒng)計(jì)數(shù)器的值和跳轉(zhuǎn)頻率進(jìn)行了邏輯與操作，并判斷操作結(jié)果為跳轉(zhuǎn)頻率時(shí)，復(fù)位PC指針。`
【文檔編號(hào)】G01R22/10GK103454492SQ201310393717
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年9月2日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月2日
【發(fā)明者】孔泉, 楊昆, 趙巖 申請人:萬高(杭州)科技有限公司