基于DSP和USB的三維感應(yīng)測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)采集系統(tǒng)

引 言
數(shù)據(jù)采集是DSP最基本的應(yīng)用領(lǐng)域，本文設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)利用TI公司的TMS320F2812 DSP芯片。該芯片的主要特點(diǎn)有：150 MI/s（百萬(wàn)條指令/秒）的執(zhí)行速度使得指令周期減小到6.67ns，從而提高了控制器的實(shí)時(shí)控制能力；采用哈佛總線結(jié)構(gòu)，具有高性能的32位的CPU，在一個(gè)周期內(nèi)能夠?qū)崿F(xiàn)32位×32位或兩個(gè)16位×16位的乘法累加操作，具有快速中斷響應(yīng)與處理能力；TMS320F2812應(yīng)用大量外設(shè)接口簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)；提供了足夠的處理能力，使一些復(fù)雜的實(shí)時(shí)控制算法的應(yīng)用成為可能。

USB是現(xiàn)在應(yīng)用廣泛的一種高速通用串行總線協(xié)議。本文利用Philips公司的PDIUSBD12芯片。將USB協(xié)議應(yīng)用于以DSP為核心的嵌入式系統(tǒng)，可以大大提高DSP系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)的通信能力，從而拓寬DSP的應(yīng)用范圍。本文利用DSP和USB設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，符合三維感應(yīng)測(cè)井多通道數(shù)據(jù)采集的需要。

數(shù)字采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，主要包括DSP、前置放大電路、信號(hào)調(diào)理電路、USB通訊接口，由于三維感應(yīng)測(cè)井有3個(gè)Z軸向接收線圈和7組三分量接收線圈構(gòu)成，所以采用了7組多路開關(guān)。在一個(gè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，A/D轉(zhuǎn)換器是采集系統(tǒng)的核心。在基于TMS320F2812的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，選用了芯片嵌入式的ADC模塊。

圖1 三維感應(yīng)測(cè)井數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

信號(hào)調(diào)理電路

由于本采集系統(tǒng)用于三維感應(yīng)測(cè)井中，它對(duì)信號(hào)采集的精度要求高，因?yàn)楸徊尚盘?hào)頻率較高，采樣通道多，所以結(jié)果分析對(duì)原始數(shù)據(jù)的依賴性強(qiáng)。本設(shè)計(jì)信號(hào)調(diào)理電路分為前置放大器、帶通濾波器、程控增益放大器、陷波器四部分。

前置放大器設(shè)計(jì)

前置放大器的噪聲系數(shù)對(duì)整個(gè)采集系統(tǒng)的噪聲特性具有重要的影響。因?yàn)樗a(chǎn)生的噪聲會(huì)被后續(xù)各級(jí)放大器逐級(jí)放大，所以在選擇放大器時(shí)低噪聲指標(biāo)非常重要。在研制低噪聲放大器時(shí)，應(yīng)該抓住低噪聲這個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)來(lái)分析、計(jì)算并設(shè)計(jì)電路。目前，可用噪聲指標(biāo)比較好的集成電路來(lái)設(shè)計(jì)低噪聲放大電路。

由于測(cè)井時(shí)被采信號(hào)一般為微伏級(jí)，因此本設(shè)計(jì)采用INA128儀用差分放大器，它的最大輸入失調(diào)電壓為50μV，溫度系數(shù)為0.5μV/℃，最大輸入失調(diào)電流為5nA，同時(shí)還有很寬的電源電壓范圍，可以在±2.25V到±18V的供電電壓范圍內(nèi)穩(wěn)定工作。電壓增益可以通過(guò)外接電阻改變，在1腳和8腳之間外接不同的電阻R，電壓增益可以在0-10000的范圍內(nèi)變化，其計(jì)算公式為。當(dāng)電壓增益大于100時(shí)，INA128的輸入共模抑制比達(dá)到120dB，對(duì)輸入信號(hào)的共模干擾起到了很好的抑制作用。