基于DSP的陣列聲波信號采集與處理系統設計
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系統總體方案設計
陣列聲波測井儀由聲系、電子線路和鋼外殼組成。聲系在最下端,由發出聲波的發射晶體和接收聲波并把其轉換成電信號的傳感器陣列組成。電子線路分為供電模塊、主CPU模塊和采集模塊。其中,主CPU模塊是陣列聲波測井儀的控制部分,它一方面把地面部分傳給采集模塊和聲系的參數傳給采集模塊和聲系,另一方面把采集模塊傳上來的數據傳給地面部分。采集模塊即為陣列聲波采集與處理系統,它的一端接聲系的傳感器陣列,另一端接主CPU,主要功能為在主CPU的控制下把前端傳感器陣列傳過來的信號采樣、數字化并進行一系列的處理,然后把處理結果上傳給主CPU。
根據陣列聲波采集與處理系統的性能要求和可靠性與低功耗設計原則,本設計決定采用以DSP芯片為核心的八通道實現方案,如圖1所示。由于前端傳感器陣列送來的數據信號比較微弱,要先由放大器對信號進行放大,同時此放大器也可以有效地減弱或消除后端ADC對前端模擬聲波輸入信號的影響。放大器之后是ADC,從放大器到DSP形成一個采集與處理的通道,系統中這樣的通道共八個。而圖1中的CPLD是系統的控制邏輯部分。此外,考慮到系統可靠性和實時性的要求,本系統設計成每個通道都有一個DSP處理器而不是八個通道共用一個DSP處理器。
DSP設計
由于整個陣列聲波測井儀的其它芯片均為+5V供電,陣列聲波采集與處理系統作為測井儀中的一部分,如果所選DSP芯片不是+5V供電,則需用電源轉換芯片進行電壓轉換,這不僅使電路變得復雜,而且也不利于系統性能提高。所以本設計選用了TI公司的DSP芯片—TMS320C542(以下簡稱C542)。
C542除具有TMS320C54x的一般優點外,其單周期定點指令執行時間為25ns,運行速度相對較高,能夠完成本系統采集與處理功能;且帶有一個BSP自動緩沖串口和一個TDM時分復用串口,兩者都可用作SP標準同步串口。此外,無論是內核還是I/O引腳工作電壓均為+5V,所以使用時不需電壓轉換芯片。
自舉加載設計
傳統DSP系統程序代碼的引導裝載多以并行EPROM作為應用程序的存儲器方式,其最大弊端在于EPROM不支持在線擦寫,這會對系統的調試帶來很大的不便,特別是對于表貼封裝的存儲器,此方法基本不可用。
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