基于DSP的阵列声波信号采集与处理系统设计
系统总体方案设计
阵列声波测井仪由声系、电子线路和钢外壳组成。声系在最下端,由发出声波的发射晶体和接收声波并把其转换成电信号的传感器阵列组成。电子线路分为供电模块、主CPU模块和采集模块。其中,主CPU模块是阵列声波测井仪的控制部分,它一方面把地面部分传给采集模块和声系的参数传给采集模块和声系,另一方面把采集模块传上来的数据传给地面部分。采集模块即为阵列声波采集与处理系统,它的一端接声系的传感器阵列,另一端接主CPU,主要功能为在主CPU的控制下把前端传感器阵列传过来的信号采样、数字化并进行一系列的处理,然后把处理结果上传给主CPU。
根据阵列声波采集与处理系统的性能要求和可靠性与低功耗设计原则,本设计决定采用以DSP芯片为核心的八通道实现方案,如图1所示。由于前端传感器阵列送来的数据信号比较微弱,要先由放大器对信号进行放大,同时此放大器也可以有效地减弱或消除后端ADC对前端模拟声波输入信号的影响。放大器之后是ADC,从放大器到DSP形成一个采集与处理的通道,系统中这样的通道共八个。而图1中的CPLD是系统的控制逻辑部分。此外,考虑到系统可靠性和实时性的要求,本系统设计成每个通道都有一个DSP处理器而不是八个通道共用一个DSP处理器。
DSP设计
由于整个阵列声波测井仪的其它芯片均为+5V供电,阵列声波采集与处理系统作为测井仪中的一部分,如果所选DSP芯片不是+5V供电,则需用电源转换芯片进行电压转换,这不仅使电路变得复杂,而且也不利于系统性能提高。所以本设计选用了TI公司的DSP芯片—TMS320C542(以下简称C542)。
C542除具有TMS320C54x的一般优点外,其单周期定点指令执行时间为25ns,运行速度相对较高,能够完成本系统采集与处理功能;且带有一个BSP自动缓冲串口和一个TDM时分复用串口,两者都可用作SP标准同步串口。此外,无论是内核还是I/O引脚工作电压均为+5V,所以使用时不需电压转换芯片。
自举加载设计
传统DSP系统程序代码的引导装载多以并行EPROM作为应用程序的存储器方式,其最大弊端在于EPROM不支持在线擦写,这会对系统的调试带来很大的不便,特别是对于表贴封装的存储器,此方法基本不可用。
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