引 言
数据收集是DSP|0″>DSP最基本的运用领域，本文规划的数据收集体系运用TI公司的TMS320F2812 DSP芯片。该芯片的首要特色有：150 MI/s（百万条指令/秒）的履行速度使得指令周期减小到6.67ns，然后进步了操控器的实时操控才能；选用哈佛总线结构，具有高性能的32位的CPU，在一个周期内可以完结32位×32位或两个16位×16位的乘法累加操作，具有快速中止响应与处理才能；TMS320F2812运用很多外设接口简化了电路规划；供给了满意的处理才能，使一些杂乱的实时操控算法的运用成为可能。
USB|0″>USB是现在运用广泛的一种高速通用串行总线协议。本文运用Philips公司的PDIUSBD12芯片。将USB协议运用于以DSP为中心的嵌入式体系，可以大大进步DSP体系与核算机的通讯才能，然后拓展DSP的运用规模。本文运用DSP和USB规划的数据收集体系，契合三维感应测井多通道数据收集的需求。
数字收集体系规划
数据收集体系的结构框图如图1所示，首要包含DSP、前置扩大电路、信号调度电路、USB通讯接口，因为三维感应测井有3个Z轴向接纳线圈和7组三重量接纳线圈构成，所以选用了7组多路开关。在一个数据收集体系中，A/D转化器是收集体系的中心。在根据TMS320F2812的数据收集体系中，选用了芯片嵌入式的ADC模块。
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图1 三维感应测井数据收集体系结构框图 |
信号调度电路
因为本收集体系用于三维感应测井中，它对信号收集的精度要求高，因为被采信号频率较高，采样通道多，所以成果剖析对原始数据的依赖性强。本规划信号调度电路分为前置扩大器、带通滤波器、程控增益扩大器、陷波器四部分。
前置扩大器规划
前置扩大器的噪声系数对整个收集体系的噪声特性具有重要的影响。因为它所发生的噪声会被后续各级扩大器逐级扩大，所以在挑选扩大器时低噪声目标非常重要。在研发低噪声扩大器时，应该捉住低噪声这个要害目标来剖析、核算并规划电路。现在，可用噪声目标比较好的%&&&&&%来规划低噪声扩大电路。
因为测井时被采信号一般为微伏级，因而本规划选用INA128仪用差分扩大器，它的最大输入失调电压为50μV，温度系数为0.5μV/℃，最大输入失调电流为5nA，一起还有很宽的电源电压规模，可以在±2.25V到±18V的供电电压规模内安稳作业。电压增益可以经过外接电阻改动，在1脚和8脚之间外接不同的电阻R，电压增益可以在0-10000的规模内改动，其核算公式为。当电压增益大于100时，INA128的输入共模按捺比到达120dB，对输入信号的共模搅扰起到了很好的按捺作用。
用MAX267 规划带通滤波器
在三维感应测井中所设定的有用信号的带宽为20kHz到250kHz，因而选用MAX267规划一种带通增益扩大器。MAX267内部含有2个独立的二阶开关电容带通滤波器，它有12个可编程输入端，其间F0~F4为滤波器中心频率设置输入端，别离接低电平或高电平，可以将中心频率设置为时钟频率的1/10，别的Q0~Q6为品质因数设置输入端，别离接低电平或高电平，可以在0.5~64 之间设置滤波器的品质因数。因而，不需求外加任何元件，而仅需外部时钟就可以完结带通滤波功用，运用极为便利。带通特性曲线如图2所示。
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图2 带通特性曲线 |
其传递函数 G(S)为：
在上式中，HOPB是ω=ω0时的输出带宽值，且ω0 =2πf。
fL和fH别离为：
其间 
程控增益扩大器规划
程控扩大器是在DSP的操控下，将初级扩大的信号扩大到ADC的转化区间内，以进步仪器的动态规模和灵敏度。考虑到器材的低频噪声特性和进步共模按捺比等要素，挑选了PGA204、PGA205组合，其共模按捺最高可达120dB。本规划选用了两级程控反向差分的办法，而且两级程控扩大选用直接耦合差动衔接的办法。原理如图3示。
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图3 两级程控扩大级联原理图 |
其间两个级联的榜首级程控差分扩大器由两片PGA205完结，两片PGA205的输出别离作为PGA204的正负输入端，于是就构成了第二级程控差分扩大器。PGA204的可控扩大倍数为1，10，100，1000；PGA205的可控扩大倍数为1，2，4，8。所以，级联后程控扩大部分的可控扩大倍数可有16种组合办法。
陷波器规划
50Hz的工频搅扰是数据收集体系中不可避免的，它会严峻影响到前方和主放的安稳性。所以此处运用高性能器材MC33171构成50Hz陷波器，MC33171具有宽频带和较高的转化速率。图4为根据MC33171的50Hz陷波器电路，在图示的元件数值下，经过改动两个电阻R的值和一个%&&&&&%C的值，可取得陷波频率，其数值为：f=1/4πRC。取R=16K，C=0.1μF可得陷波频率为50Hz。
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图4 陷波器电路 |
A/D采样规划
TMS320F2812的ADC模块
TMS320F2812芯片中集成了一个12位A/D转化模块。为了满意体系多传感器的需求，F2812的A/D转化模块有16个通道，可装备为两个8通道模块，这样就形成了两个A/D转化器。在内部逻辑的操控下，用户可一起发动这两个或是其间某一个A/D转化模块。
F2812的ADC模块是嵌入式的，它与传统的A/D比较具有以下特色：A/D模块的硬件资源装备好了之后，用户可以用软件指令随时发动A/D采样，并取得A/D转化的成果。同传统A/D不同的是，收集功用单元的硬件资源装备还有一部分是经过软件完结的。
在TMS320F2812芯片中，A/D转化单元的模仿电路包含前向模仿多路开关（MUX）、采样/坚持（S/H）电路、A/D转化内核以及其他模仿辅佐电路。A/D转化单元的数字电路包含可编程转化序列器、成果寄存器、与模仿电路的接口等。图5为ADC模块的构成框图。
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图5 ADC模块构成框图 |
ADC模块功用包含：
1）内置双采样/坚持（S/H）的12位A/D转化模块，模仿输入为0-3V。
2）一起或次序采样形式。
3）快速转化时刻，可运行在25MHz的数模转化时钟或12.5MSPS。
4）多输入通道达16通道。
5）主动排序才能。一次可履行多达16通道的“主动抓换”。
6）两个独立的可挑选8个模仿通道的排序器（SEQ1和SEQ2）可独立作业于双排序器形式，或级联后作业在可挑选16个模仿转化通道的排序器形式。
7）可别离拜访的16个成果寄存器用来保存转化成果。
输入模仿电压转化为数字值可由下式得到：
其间，ADCLO是A/D转化低电压参阅值。
8）运用多个触发信号发动数模转化（SOC），比方：
? S/W：软件当即发动。
? EVA：时刻管理器EVA（在EVA中有多个时刻源可以发动转化）。
? EVB：时刻管理器EVA（在EVB中有多个时刻源可以发动转化）。
9）在双排序形式下，EVA和EVB触发器可各自独立的动身SEQ1和SEQ2。
10）中止操控办法灵敏，可在每次转化完毕或每隔一次转化完毕宣布中止。
数据收集体系A/D采样规划
本体系信号输入规划为24路。DSP自身的A/D输入通道是16路，所以要外接多路模仿转化器进行扩展。在电路规划中，运用3条DSP的A/D输入通道ADCINA0- ADCINA2，每一通道挂接一片8输入1输出多路模仿转化器4051，这样就可以扩展为24路模仿信号输入。为了减小信号通道之间切换带来的串扰，需在通道切换后加扩大器减小信号输入阻抗，为了减小A/D转化发生的差错，用两路己知信号电平输入引进信号参阅，进步收集精度。图6展现了TMS320F2812内嵌的A/D转化模块与输入信号之间的接口。
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图6 A/D模块与信号接口 |
关于每一个转化，CONVxx位确认采样和转化的外部模仿量引脚。运用次序采样形式时，CONVxx的4位都用来确认输入引脚，最高位确认选用哪个采样并坚持缓冲器，其他3位界说偏移量。例如，假如CONVxx的值是0001b，ADCINA1就被选为输入引脚。假如CONVxx的值是1111b，ADCINB7被选为输入引脚 。
TMS320F2812 ADC的精度校对
抱负情况下，F2812的ADC模块转化方程为y =x ? mi，x=输入电压×4095/3，y为输出计数值。在实践中，ADC的差错不可避免，界说有增益差错和失调差错的转化方程为y=x ? ma±b，式中ma为实践增益，b为失调差错。F2812的ADC抱负状况与实践转化精度较差的首要原因是存在增益差错和失调差错，因而有必要对这两种差错进行补偿。校对办法如下：选用ADC的恣意两个通道作为参阅输入通道，别离供给给它们已知的直流参阅电压作为输入（两个电压不能相同），经过读取相应的成果寄存器获取转化值，求得校对增益和校对失调，再运用这两个值对其他通道的转化数据进行补偿，然后进步了ADC模块转化的精准度。图7显现了怎么运用方程获取ADC的校对增益和校对失调。
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图7 抱负转化与实践ADC转化 |
TMS320F2812与PDIUSBD12接口规划
TMS320F2812与PDIUSBD12之间选用并口衔接办法，而且都作业在3V电压下，给PDIUSBD12分配一个片选，可以经过读写地址对其进行操作，它们之间的电气衔接不需求特别处理，依照管脚功用一一对应衔接即可。图8是TMS320F2812与PDIUSBD12的硬件衔接图。
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图8 TMS320F2812与PDIUSBD12的硬件衔接图 |
体系软件规划
该数据收集体系可以经过USB接口直接与PC机相连，在CCS集成开发环境下经过JTAG接口来调试、烧写程序，可运用C言语来完结。
主程序流程
图9是体系主程序流程图。在体系上电之后，先对DSP的时钟等体系参数进行初始化，然后对片上A/D、I/O、存储器设备等进行初始化，再对USB设备初始化，之后程序进入循环等候主机经过USB口发送指令，然后对指令进行相应处理。
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图9 体系主程序流程图 |
A/D转化流程
在运用TMS320F2812的内嵌A/D转化器进行数据收集时，首要对A/D进行初始化，而且设置中止程序进口地址，经过Timer中止的装备操控采样频率。在敞开中止后，程序进入中止服务子程序，它将A/D转化成果读入数组Ad_data1[ ]中，并重新发动A/D，进行数据转化，如此循环往复。流程图如图10所示。
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图10 体系程序流程图 |
完毕语
本文运用TMS320F2812与PDIUSBD12相结合，规划了一套三维感应测井探测器的数据收集体系。其接口电路简略，收集精度高，可完结对24路通道的一起采样和次序采样，而且能对单通道实施屡次采样。体系还选用了USB接口，收集到的数据经过处理后，经过USB上传到主机，由上层软件进一步处理，然后可以更有效地测得油井中的油气散布。
