基于DSP和光缆通信的远程高速数据采集及处理系统的设计与应用

２ 系统软件的设计
远程数据卡的实时系统控制软件包括两部分：采集卡上ＤＳＰ控制及数据处理软件；上位机接收并处理ＤＳＰ发送来的数据的实时处理控制软件。 固化在采集板上的ＤＳＰ处理程序是软件部分的主体，程序主流程图如图２所示。 软件采用模块化的设计方法，其中包括采集卡的初始化、定时器处理、数据采集控制、数据处理,以及接收和发送数据几个模块。采集卡启动ＤＳＰ芯片首先通过ＢＯＯＴ ＬＯＡＤＥＲ程序将存储在ＦＬＡＳＨ中的程序代码转移到ＲＡＭ中，高速运行程序。程序首先进行初始化，然后由ＤＳＰ本身完成对数据的自动采集，计算机并不参与采集的具体过程。采集后的数据暂时存储在ＲＡＭ中，当采集到一定数量的一组数据，由ＤＳＰ芯片对数据根据需要进行处理。例如，对信号进行互相关、自相关、功率谱、互谱、压缩算法等分析计算，减少传输过程以及上位机的负担。经过处理获得数据，ＤＳＰ芯片将其按照一定的协议送至传输总线，控制串行化器通过光端机将其传送至上位主机，以进一步分析、处理数据。ＤＳＰ程序使用ＣＣＳ集成开发环境开发，编程语言使用Ｃ语言与汇编语言相结合的方法，程序整体使用Ｃ语言编写以提高程序开发周期。对于实时性要求强或比较复杂的算法，为提高ＤＳＰ代码芯片的执行效率，使用汇编语言编写。 上位机的软件编写包括ＰＣＩ卡驱动程序和应用程序两部分。在Ｗｉｎｄｏｗｓ操作系统下，普通用户不能进行直接读写物理地址和读取系统分配的资源信息的底层硬件操作，因此，在硬件设施完备的基础上，编写ＰＣＩ接口卡的驱动程序，是上位机工作软件中的一个重要环节。使用Ｊｕｎｇｏ公司的Ｗｉｎｄｒｉｖｅｒ开发工具编写本ＰＣＩ卡的驱动程序。该程序为一般的用户应用程序提供了一个很好的底层硬件接口，对于实时性要求不很严格的情况下，应用程序能够直接对底层硬件进行操作。由于本系统的数据采集工作完全由采集卡上的ＤＳＰ自动控制完成，计算机对采集卡的控制只是一些工作方式的控制选择，因此对于ＰＣＩ卡的时序要求并不十分严格，使用Ｗｉｎｄｒｉｖｅｒ开发ＰＣＩ卡的驱动程序完全可以满足需要。 用户应用程序使用高级语言进行开发，通过Ｗｉｎｄｒｉｖｅｒ提供的接口，程序控制者可以利用对ＰＣＩ卡的操作向采集卡发出控制命令，同时接收ＰＣＩ卡送来的采集数据信息，对数据进一步处理、存储。
３ 试验结果
在实际的油井测量实验中，选用１ＭＨｚ的超声波信号，对５．５英寸的套管井进行测量，用１０ＭＨｚ的采样率对超声波信号进行采样。采集接收到的超声波数据，计算机上得到的数据经过转换和处理，可以为超声波测井提供充分的依据。如图３所示。

４ 设计中需要注意的问题
采集卡的设计过程中，主要问题在于硬件电路的设计。ＤＳＰ芯片是高速数据处理芯片，外部总线的速率若达到４０ＭＨｚ，内部的时钟则可以达到更高。因此设计上要充分考虑ＤＳＰ芯片引脚的外接方式和工艺特性。采集卡上有数字和模拟两种信号系统，在设计时要将数字信号和模拟信号电气上相互隔离，距离要尽量远，减少两种信号之间相互干扰。在每个元件的电源引脚附近都要加上一个小滤波电容，减小电源的不稳定因素。系统的电源设计要使用响应快、稳定性好、精度高的电源芯片，电源输出加上大的滤波电容以提高整个电路板的稳定性。尽量选用贴片封装的元件，减小元件本身散热量的同时增加电路焊接的可靠性以及抗干扰性。元件分布版面设计时，元件在电路板上的质量分布要均匀，以增加电路板的机械性能。 本文介绍了一种基于ＤＳＰ芯片、通过光缆进行数据传递的高速远程数据采集系统，设计了一套完整的远程高速数据采集方案。该方案在强大的ＤＳＰ处理器控制下利用高速Ａ／Ｄ芯片完成多路模拟信号的分时采集工作，采集后的数据可以进行实时处理与高速传输。将该数据采集卡应用于油田超声波测井系统，对超声波测井信号进行高速采集，送至计算机进行数据分析处理，为测井工作提供了充足的数据基础。