DSP芯片在超聲波鉆井液測(cè)漏儀中的應(yīng)用
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2 DSP的應(yīng)用
2.1 測(cè)漏儀電路結(jié)構(gòu)
測(cè)漏儀電路結(jié)構(gòu)如圖2所示。圖中IC1是DSP芯片，這里采用TI公司的TMS320VC33浮點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器，它是整個(gè)測(cè)量電路的核心，其指令周期為17ns，字長(zhǎng)為32位，擴(kuò)展精度為40位，內(nèi)部存儲(chǔ)器容量為34K×32bit，可尋址空間為16M，具有一個(gè)32位的串口、一個(gè)DMA通道、兩個(gè)定時(shí)器、四個(gè)外部中斷源；芯片的供電電壓為3.3V，內(nèi)核供電電壓為1.8V，由IC5提供。由于芯片的運(yùn)行速度很高，為了防止外部振蕩電路的過(guò)高頻率引起射頻干擾，對(duì)外接振蕩器采用了內(nèi)部倍頻技術(shù)。
圖2 測(cè)漏儀電路結(jié)構(gòu)圖
圖2中的IC2為DS1251存儲(chǔ)器，它是一種非易失性的存儲(chǔ)器，其輸出電壓高電平為5V。但TMS320VC33的I/O電平為3.3V，不能承受高電平為5V的TTL信號(hào)。為了使TMS320VC33與DS1251能夠交換數(shù)據(jù)，電路中采用IC3(74LVC164244)實(shí)現(xiàn)3.3V與5V電平的轉(zhuǎn)換。該芯片同時(shí)具有3.3V和5V兩種供電電源，與DSP相連的I/O腳電平為3.3V，與存儲(chǔ)器相連的I/O腳電平為5V。
2.3 引導(dǎo)
引導(dǎo)(Boot Loader)是將存儲(chǔ)在外部程序存儲(chǔ)器中的程序代碼一次性地全部加載到DSP芯片內(nèi)部的高速存儲(chǔ)器中，以實(shí)現(xiàn)程序指令的高速運(yùn)行。TMS320VC33有四種引導(dǎo)方式，其中前三種方式是從外部存儲(chǔ)器引導(dǎo)，第四種方式是從串行口引導(dǎo)。它們都是通過(guò)將四個(gè)外部中斷引腳
中的某一個(gè)設(shè)置為低電平而實(shí)現(xiàn)的。本文采用表1中所示的第二種引導(dǎo)方式，即DSP從400000H開(kāi)始引導(dǎo)程序。 表1 引導(dǎo)方式 
中的哪一個(gè)為低，并按表1所示的中斷腳與地址的對(duì)應(yīng)關(guān)系進(jìn)行引導(dǎo)。 被引導(dǎo)的用戶程序必須事先經(jīng)過(guò)匯編、連接，以生成DSP能夠認(rèn)識(shí)的機(jī)器代碼。在生成的程序代碼前還必須加入一個(gè)引導(dǎo)頭。引導(dǎo)頭的具體結(jié)構(gòu)見(jiàn)參考文獻(xiàn)[3]，其作用是：
(1)實(shí)現(xiàn)字長(zhǎng)為32位的DSP與8位、16位或32位外部程序存儲(chǔ)器的接口。
(2)實(shí)現(xiàn)高速DSP與低速ROM的接口。
(3)實(shí)現(xiàn)用戶程序與DSP片內(nèi)存儲(chǔ)空間的匹配。
2.4 數(shù)據(jù)處理
采用TMS320VC33的定時(shí)器1每隔100ms發(fā)送一串?dāng)?shù)目固定的脈沖型激勵(lì)信號(hào)，該激勵(lì)信號(hào)經(jīng)放大和驅(qū)動(dòng)后再經(jīng)DSP控制交替地施加到兩只超聲波傳感器上。當(dāng)一只傳感器處于發(fā)送狀態(tài)時(shí)，另一只就處于接收狀態(tài)，即每只傳感器每隔200ms完成一次收和發(fā)。接收到的超聲波信號(hào)又經(jīng)過(guò)放大和整形后送入DSP的引腳，同時(shí)利用TMS320VC33的定時(shí)器2檢測(cè)從發(fā)送到接收所用的時(shí)間，進(jìn)而根據(jù)(3)式計(jì)算出對(duì)發(fā)和對(duì)收的時(shí)間差，再由(4)式通過(guò)浮點(diǎn)運(yùn)算計(jì)算出泥漿流速，并將結(jié)果存儲(chǔ)在DS1251中。在存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的同時(shí)，利用DS1251片內(nèi)的時(shí)鐘，將該數(shù)據(jù)所對(duì)應(yīng)的時(shí)間也一并存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)區(qū)內(nèi)。這就為地面將流速與深度對(duì)應(yīng)起來(lái)提供了基礎(chǔ)，因?yàn)樵诰峦ㄟ^(guò)DS1251計(jì)時(shí)的同時(shí)，地面也有一套與之同步的計(jì)時(shí)器對(duì)時(shí)間與深度進(jìn)行了相應(yīng)的記錄。
評(píng)論