基于TMS320C6201的钢轨超声波探伤系统

控制字0×13来启动A/D转换。采样数据由FPGA存储到IDT7042中,其低12位为采样值。当采集的数据达到2K时,通过FPGA触发DSP的INT7中断,DSP进入中断处理程序,启动DMA,将数据利用DMA传输到外部扩展存储器中。同时,采集的数据传输到双口RAM的另一个块中。由上面的分析可知,由于采样数据为2K时产生一次中断,传输的数据中并非全部为有效超声波信号,其中无效信号的传输会无故消耗系统的资源,增加信号处理的复杂度。所以对有效信号起点的判断非常重要。采用软件方法正确传输有效超声波回波信息,流程图见图4。

　　系统刚进入时,全部传输双口RAM中的2K 信号数据,通过对信号的分析,得出有效信号的起点,下次就可以对有效信号进行传输。这个过程,采集一定的数据帧数后重新进行一次有效起点判断, 实践证明这样可以抑止不断地误差积累。完全一帧信号采集传输完,就进入信号处理部分。

　　3.2　DSP

　　系统选用的是美国TI(Texas Instrument,德州仪器)公司的TMS320C62014DSP芯片。 TMS320C6201是TI公司于1997年开发的一种新型定点DSP芯片。其片内有8个并行的数据处理单元分为相同的2组。其采用甚长指令集结构VLIW (Very Long Instruction Word),将每个指令包分配到8个单元并行处理,具有强大的处理能力。同时, C6201的存储器寻址空间为32位,除芯片内部集成的128Kbyte的内部程序存储器和数据存储器,还可由外部存储接口EMIF(External Memory Inter- face)与高速大容量的同步动态存储器(SDRAM)、同步静态突发存储器(SBSRAM)进行相连,还可以方便与用于程序存储的静态存储器(SRAM)、只读存储器(EPROM,FLASH)相连。

　　同时C6201内部集成有多种外围设备(peripherals),便于控制及和片外的存储器、串行设备等进行通讯。其4通道的自加载的DMA协处理器,可用于数据的DMA传输。多通道缓冲串口(McBSP)支持多种方式的传输接口,但利用DMA为其服务时,串口数据读写具有自动缓冲能力。在开发工具上,C6000独有的汇编使得开发者可以采用线性汇编语言得到近似标准汇编的性能, 降低了开发难度。其JTAG端口支持为进行系统软件调试提供了方便。TI公司提供集成开发环境 Code Compose Studio,为在有限的开发周期内完成复杂开发任务提供了一个强大的保障。 DSP处理器对采集后传输到缓冲区中的每帧数据进行处理。其中包括每通道的数据处理及帧数据处理,判别的结果及波形数据存储在和前端显示用单片机通讯的缓冲区中。利用软件中断进行和单片机的数据通讯。当判别有损伤时,通过外部扬声器进行报警,同时在通讯帧中进行标识。

　　3.3　前端显示MCU设计

　　各个通道的超声波信号经过DSP处理后,可以判断损伤的类型(上斜,下斜,横孔等),在发现损伤后,DSP通过I0进行报警,同时处理后的数据传入下位机系统。下位机采用PIC16F877单片机,通过 SPEI协议与DSP的McBSP (Multi - channel Buffered Serial Port)进行通讯。McBSP是TI公司 C6000系列的多通道缓冲串口,具有收发独立的帧信号和时钟信号,当利用DMA为McBSP服务时, 串口数据读写具有自动缓冲能力。其支持SPI协议, SPI的4个接口信号是:串行数据输入(D(R)/SDI, 主设备输入,从设备输出)、串行数据输出(D(S)/ SDO,主设备输出,从设备输入)移位时钟(SCK),从设备使能(SS)。

　　SPI接口的最大特点是由主设备信号的出现与否界定主从设备的通讯。一旦检测到主设备时钟信号,数据开始传输。数据信号无效后,传输结束。在这期间,要求从设备必须被使能(SS信号保持有效)。我们将McBSP作为主控端(Master),PIC16F877作为从属端(Slave),连结图如图5所示。今传输的内容根据我们自己定义的协议由单片机通过液晶显示和损伤部分信号存入NVRAM中。液晶控制模块选用SED1330,由单片机进行控制显示。在软件实现上,开辟了DSP与前端MCU的通讯缓冲区,DSP端设立了软件中断,调用McBSP进行数据传输,DSP端缓冲区中数据通过SPI传输到MCU缓冲区中。MCU端通过一个48 ms定周期中断进行数据显示,同时允许中断嵌套。MCU在定周期中将缓冲区中传输的结果通过自己定义的协议进行解释,并将要显示的结果放在逻辑缓冲区中,在经过转换成物理缓冲区,最后进行显示。

　　4　结论

　　利用更高性能的处理器作为仪器仪表的核心,同时在数据采集的基础上加上实时数据处理,增加智能模式识别功能,是新一代的数字化仪器发展方向。本文介绍的基于DSP的钢轨声波探伤仪系统是基于先进的信号处理器技术、数据采集技术和数据处理技术的有机结合。愿本文对大家在嵌入式系统研究方面有所启发。

　　参考文献

1王敬东、王晓蕾、李永敏、徐贵华.新颖的便携式数字化超声波探伤仪.自动化仪器仪表测控技术,1999