基于DSP和APD的水下激光信號采集系統

2．3．3 DSP A／D采集部分電路
模／數轉換模塊ADC有16個(gè)通道，可配置為2個(gè)獨立的8通道模塊，分別服務(wù)于事件管理器A和B，兩個(gè)獨立的8通道模塊也可以級聯(lián)構成一個(gè)16通道模塊。盡管在模數轉換模塊中有多個(gè)輸入通道和2個(gè)排序器，但僅有1個(gè)轉換器。兩個(gè)8通道模塊能夠自動(dòng)排序，每個(gè)模塊可以通過(guò)多路選擇器(MUX)選擇8通道中的任何一個(gè)通道。在級聯(lián)模式下，自動(dòng)排序器將變成16通道。對于每個(gè)通道而言，一旦ADC轉換完成，將會(huì )把轉換結果存儲到ADCRESULT(結果寄存器)中。本系統采用了級聯(lián)和同時(shí)順序工作方式，連續轉換模式，雙通道信號采集，具體電路如圖10所示。

開(kāi)始ADC轉換由事件管理器啟動(dòng)轉換，每次轉換結果放在A(yíng)DCRESULT寄存器的高12位，而ADCRESULT寄存器是16位的數字量，所以取數時(shí)要對ADCRESULT寄存器的值進(jìn)行右移4位的操作，實(shí)際輸入的模擬電壓值計算公式如下：
ADRESULT=(VOLTInput-ADCLO)／3 X 65 520 (3)
(ADRESULT>>4)一(VOLTInput-ADCLO)／3×4 095 (4)
式中：ADRESULT為結果寄存器中的數字量；VOLTInput是模擬電壓輸入值；ADCLO是ADC轉換的參考電平，實(shí)際使用時(shí)與AGND相連，ADCLO為0。DSP串口通信部分，采用的是非常成熟的RS 232接口。

3 軟件設計
整個(gè)系統的系統信號采集、處理及數據傳輸程序都在DSP上完成，DSP編程工具采用TI公司的DSP集成開(kāi)發(fā)環(huán)境CCS 3．3，DSP程序結構化編程，從系統初始化到算法實(shí)現劃分成不同的子任務(wù)模塊，包括各級初始化函數、外部輸入函數、算法實(shí)現函數以及中斷處理函數等，系統根據不同的任務(wù)調用不同的子任務(wù)模塊。程序主體采用C語(yǔ)言。為保證程序運行效率，中斷向量表和DSP初始化程序采用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)。
DSP上電后，先調用一系列的初始化子任務(wù)模塊，具體包括初始化系統控制部分(包括PLL，看門(mén)狗以及外設時(shí)鐘等)、通用目的數字量I／O(GPIO)功能設置、初始化PIE控制寄存器、映射PIE中斷向量表、初始化SPI／eCAN／SCI通信設置等，然后給I／O口輸出一個(gè)高電平，經(jīng)過(guò)激光發(fā)射控制模塊電路后，給激光發(fā)射器供電，而后啟動(dòng)中斷，程序交由中斷控制。數據采集模塊由DSP控制內部集成的ADC模塊對經(jīng)過(guò)調理過(guò)的光電轉換的電壓信號進(jìn)行模／數轉換和采樣，并將采集到的數據送入DSP內部對采樣數據進(jìn)行軟件濾波和前端處理，將處理結果通過(guò)SCI串口通信傳入PC機進(jìn)行后端分析、處理和顯示，程序結構圖如圖11所示。

主程序如下：



4 實(shí)驗分析
通過(guò)實(shí)物測試實(shí)驗，選取空氣、玻璃和自來(lái)水三種傳輸介質(zhì)，進(jìn)行激光的發(fā)射和回波接收，采集變換后的信號波形圖如圖12～圖14所示。
圖12顯示的是在干凈的空氣中，激光傳輸探測到目標后產(chǎn)生回波，由于連續激光器的作用，APD接收到光信號，電壓上升，并且保持高電平。

通過(guò)玻璃介質(zhì)，在發(fā)射端和接收端分別經(jīng)過(guò)兩個(gè)空氣和玻璃的交界面，激光的傳輸角度受到影響，調整角度位置后，系統準確接收到回波信息，如圖13所示。