DSP芯片在超聲波鉆井液測漏儀中的應用
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2 DSP的應用
2.1 測漏儀電路結構
測漏儀電路結構如圖2所示。圖中IC1是DSP芯片，這里采用TI公司的TMS320VC33浮點數字信號處理器，它是整個測量電路的核心，其指令周期為17ns，字長為32位，擴展精度為40位，內部存儲器容量為34K×32bit，可尋址空間為16M，具有一個32位的串口、一個DMA通道、兩個定時器、四個外部中斷源；芯片的供電電壓為3.3V，內核供電電壓為1.8V，由IC5提供。由于芯片的運行速度很高，為了防止外部振蕩電路的過高頻率引起射頻干擾，對外接振蕩器采用了內部倍頻技術。
圖2 測漏儀電路結構圖
圖2中的IC2為DS1251存儲器，它是一種非易失性的存儲器，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。為了使TMS320VC33與DS1251能夠交換數據，電路中采用IC3(74LVC164244)實現3.3V與5V電平的轉換。該芯片同時具有3.3V和5V兩種供電電源，與DSP相連的I/O腳電平為3.3V，與存儲器相連的I/O腳電平為5V。
2.3 引導
引導(Boot Loader)是將存儲在外部程序存儲器中的程序代碼一次性地全部加載到DSP芯片內部的高速存儲器中，以實現程序指令的高速運行。TMS320VC33有四種引導方式，其中前三種方式是從外部存儲器引導，第四種方式是從串行口引導。它們都是通過將四個外部中斷引腳
中的某一個設置為低電平而實現的。本文采用表1中所示的第二種引導方式，即DSP從400000H開始引導程序。 表1 引導方式 
中的哪一個為低，并按表1所示的中斷腳與地址的對應關系進行引導。 被引導的用戶程序必須事先經過匯編、連接，以生成DSP能夠認識的機器代碼。在生成的程序代碼前還必須加入一個引導頭。引導頭的具體結構見參考文獻[3]，其作用是：
(1)實現字長為32位的DSP與8位、16位或32位外部程序存儲器的接口。
(2)實現高速DSP與低速ROM的接口。
(3)實現用戶程序與DSP片內存儲空間的匹配。
2.4 數據處理
采用TMS320VC33的定時器1每隔100ms發(fā)送一串數目固定的脈沖型激勵信號，該激勵信號經放大和驅動后再經DSP控制交替地施加到兩只超聲波傳感器上。當一只傳感器處于發(fā)送狀態(tài)時，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又經過放大和整形后送入DSP的引腳，同時利用TMS320VC33的定時器2檢測從發(fā)送到接收所用的時間，進而根據(3)式計算出對發(fā)和對收的時間差，再由(4)式通過浮點運算計算出泥漿流速，并將結果存儲在DS1251中。在存儲數據的同時，利用DS1251片內的時鐘，將該數據所對應的時間也一并存儲在數據區(qū)內。這就為地面將流速與深度對應起來提供了基礎，因為在井下通過DS1251計時的同時，地面也有一套與之同步的計時器對時間與深度進行了相應的記錄。
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