基于DSP+FPGA的光柵地震檢波器的信號處理
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3 DSP的軟件細(xì)分
采用大數(shù)可逆計數(shù)與小數(shù)細(xì)分計數(shù)的軟件細(xì)分技術(shù)。其中大數(shù)計數(shù)是對莫爾條紋整周期數(shù)進(jìn)行可逆的加減計數(shù)，這部分功能有采集模塊中的FPGA來完成，小數(shù)計數(shù)是對莫爾條紋不到一個周期信號細(xì)分結(jié)果進(jìn)行計數(shù)，其功能由DSP來完成。運算的結(jié)果為大數(shù)計數(shù)結(jié)果乘以光柵柵距與小數(shù)計數(shù)結(jié)果乘以細(xì)分當(dāng)量之和，其中細(xì)分當(dāng)量為光柵柵距除以細(xì)分倍數(shù)。該模塊的硬件原理圖如圖5所示。
通過DSP的地址選通線依次選通讀取FPGA中三個數(shù)據(jù)緩存區(qū)中的數(shù)據(jù)，緩存區(qū)分別存放兩路模擬信號的數(shù)字量與加減計數(shù)器的累加計數(shù)值，然后利用公式R=N*w+K*L求出任意一點諧振子的幅值并輸出。式中N為整周期的累加計數(shù)值，W為光柵柵距，K為細(xì)分計數(shù)，L=W／M，M為細(xì)分倍數(shù)。該細(xì)分模塊主要是完成對細(xì)分計數(shù)K值、和幅值R值的求取，并完成對幅值的數(shù)字量轉(zhuǎn)換并輸出。
其中細(xì)分方法也就是對K值的求取采用了八卦限幅值分割法，根據(jù)上述方法設(shè)計了細(xì)分倍數(shù)可變的細(xì)分算法，利用DSP C語言的專用庫函數(shù)實現(xiàn)了純計算的算法。細(xì)分算法流程如圖6所示。
由幅值細(xì)分法可知，軟件細(xì)分算法設(shè)計的關(guān)鍵問題是根據(jù)兩路信號的比值對該點的相位角的正確定位。該點的位置有兩種情況，一種是落在各象限的邊界上，另一種是落在各象限之中。根據(jù)細(xì)分邊界條件判斷該點的采樣數(shù)據(jù)是否發(fā)生在四個象限的分界線上，如果判斷此次換向發(fā)生在象限的分界線上，則細(xì)分?jǐn)?shù)為固定值，并且通過象限的正負(fù)關(guān)系就可以確定具體細(xì)分?jǐn)?shù)值，不需要進(jìn)行復(fù)雜的計算。如果該點不是發(fā)生在象限分界線上，則需根據(jù)象限正負(fù)關(guān)系判斷換向發(fā)生的具體象限，不同象限對應(yīng)不同計算公式。細(xì)分算法程序如下：
static int subdiv(int*input，int*input1)一設(shè)置指針形參用來讀取兩路波形采樣值
{
程序初始化，定義各種變量標(biāo)志字。
float ADSIN_X，ADCOS_X，ABSIN_X，ABCOS_X；一定義存儲變量存放采樣值與絕對值
int m=0，n=0，k=0，d=0，i=0；一設(shè)置標(biāo)志字判斷采樣值正負(fù)
ADSIN_X=*input；-從緩存區(qū)讀取sin采樣值
ADCOS_X=*input1；-從緩存區(qū)讀取cos采樣值
ABSIN_X=fabs(ADSIN_X)；-求取sin絕對值
ABCOS_X=fabs(ADCOS_X)；-求取COS絕對值
根據(jù)采樣值，寫標(biāo)志字
if(ADSIN_X>0) m=1； else m=0；
if(ADCOS_X>0) n=1； else n=0；
if((ABSIN_X-ABCOS_X)>0)k=1；else if((AB-SIN_X-ABCOS_X)
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然后利用公式R=N×ω+d×L求出任意一點諧振子的幅值并輸出。式中N為整周期的累加計數(shù)值，W為光柵柵距，d為細(xì)分計數(shù)，L=ω／m，m為細(xì)分倍數(shù)。
4 結(jié)束語
設(shè)計的光柵地震檢波器充分結(jié)合了FPGA的強(qiáng)大控制功能和DSP高速運算處理功能，實現(xiàn)了信號的同步采集、高倍細(xì)分和實時復(fù)現(xiàn)。減少了單一處理器的負(fù)荷，提高了系統(tǒng)的速度和穩(wěn)定性，為光柵震動信號處理提出了一個新思路。由于硬件雙口RAM接口時序復(fù)雜，成本高也會給系統(tǒng)帶來不穩(wěn)定性，因此本文在FPGA中設(shè)計了一軟RAM。對于振動信號幅值的計算則是在對整周期的莫爾條紋進(jìn)行計數(shù)的同時，利用軟件細(xì)分法實時地計算出非整周期的莫爾條紋信號所代表的小數(shù)值，并實時將二者相加后乘以莫爾條紋當(dāng)量(每個莫爾條紋所代表的位移量)，即可得到信號的實時振動幅值。
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