基于DSP和APD的水下激光信號采集系統

2．3．3 DSP A／D采集部分電路
模／數轉換模塊ADC有16個通道，可配置為2個獨立的8通道模塊，分別服務于事件管理器A和B，兩個獨立的8通道模塊也可以級聯構成一個16通道模塊。盡管在模數轉換模塊中有多個輸入通道和2個排序器，但僅有1個轉換器。兩個8通道模塊能夠自動排序，每個模塊可以通過多路選擇器(MUX)選擇8通道中的任何一個通道。在級聯模式下，自動排序器將變成16通道。對于每個通道而言，一旦ADC轉換完成，將會把轉換結果存儲到ADCRESULT(結果寄存器)中。本系統采用了級聯和同時順序工作方式，連續轉換模式，雙通道信號采集，具體電路如圖10所示。

開始ADC轉換由事件管理器啟動轉換，每次轉換結果放在ADCRESULT寄存器的高12位，而ADCRESULT寄存器是16位的數字量，所以取數時要對ADCRESULT寄存器的值進行右移4位的操作，實際輸入的模擬電壓值計算公式如下：
ADRESULT=(VOLTInput-ADCLO)／3 X 65 520 (3)
(ADRESULT>>4)一(VOLTInput-ADCLO)／3×4 095 (4)
式中：ADRESULT為結果寄存器中的數字量；VOLTInput是模擬電壓輸入值；ADCLO是ADC轉換的參考電平，實際使用時與AGND相連，ADCLO為0。DSP串口通信部分，采用的是非常成熟的RS 232接口。

3 軟件設計
整個系統的系統信號采集、處理及數據傳輸程序都在DSP上完成，DSP編程工具采用TI公司的DSP集成開發環境CCS 3．3，DSP程序結構化編程，從系統初始化到算法實現劃分成不同的子任務模塊，包括各級初始化函數、外部輸入函數、算法實現函數以及中斷處理函數等，系統根據不同的任務調用不同的子任務模塊。程序主體采用C語言。為保證程序運行效率，中斷向量表和DSP初始化程序采用匯編語言編寫。
DSP上電后，先調用一系列的初始化子任務模塊，具體包括初始化系統控制部分(包括PLL，看門狗以及外設時鐘等)、通用目的數字量I／O(GPIO)功能設置、初始化PIE控制寄存器、映射PIE中斷向量表、初始化SPI／eCAN／SCI通信設置等，然后給I／O口輸出一個高電平，經過激光發射控制模塊電路后，給激光發射器供電，而后啟動中斷，程序交由中斷控制。數據采集模塊由DSP控制內部集成的ADC模塊對經過調理過的光電轉換的電壓信號進行模／數轉換和采樣，并將采集到的數據送入DSP內部對采樣數據進行軟件濾波和前端處理，將處理結果通過SCI串口通信傳入PC機進行后端分析、處理和顯示，程序結構圖如圖11所示。

主程序如下：



4 實驗分析
通過實物測試實驗，選取空氣、玻璃和自來水三種傳輸介質，進行激光的發射和回波接收，采集變換后的信號波形圖如圖12～圖14所示。
圖12顯示的是在干凈的空氣中，激光傳輸探測到目標后產生回波，由于連續激光器的作用，APD接收到光信號，電壓上升，并且保持高電平。

通過玻璃介質，在發射端和接收端分別經過兩個空氣和玻璃的交界面，激光的傳輸角度受到影響，調整角度位置后，系統準確接收到回波信息，如圖13所示。