基于DSP的陣列聲波信號采集與處理系統(tǒng)設計
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系統(tǒng)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(fā)出聲波的發(fā)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(shù)傳給采集模塊和聲系,另一方面把采集模塊傳上來的數(shù)據(jù)傳給地面部分。采集模塊即為陣列聲波采集與處理系統(tǒng),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(shù)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(jù)陣列聲波采集與處理系統(tǒng)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(xiàn)方案,如圖1所示。由于前端傳感器陣列送來的數(shù)據(jù)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(tǒng)中這樣的通道共八個。而圖1中的CPLD是系統(tǒng)的控制邏輯部分。此外,考慮到系統(tǒng)可靠性和實時性的要求,本系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)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(yōu)點外,其單周期定點指令執(zhí)行時間為25ns,運行速度相對較高,能夠完成本系統(tǒng)采集與處理功能;且?guī)в幸粋€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(tǒng)DSP系統(tǒng)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(tǒng)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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