Geum.ru

Аналитический активационный комплекс на основе портативного нейтронного генератора для анализа примесей в металлах

Вид материалаДокументы

Содержание


Системы телеметрии аппаратуры инк
Рис. 2. Осциллограмма отклика детектора на единичный нейтрон
Рис. 3. Структурная схема “упаковщика”
Подобный материал:
1   2   3   4   5   6   7   8   9   10

Литература




  1. Алексанян А.А., Бальян Р.Х., Сиверс М.А.,Томашевич С.В., Уткин М.А. Мощные транзисторные устройства повышенной частоты. – Л.: Энегоатомиздат, 1989.
  2. Булатов О.Г., Иванов В.С., Панфилов Д.И. Полупроводниковые зарядные устройства емкостных накопителей энергии. - М.: Радио и связь, 1986.
  3. Глебов Б.А. Магнитно-транзисторные преобразователи напряжения для питания РЭА. – М.: Радио и связь, 1981.С.95.
  4. Козырев В.Г. и др. Транзисторные генераторы гармонических колебаний в ключевом режиме. - М.: Радио и связь, 1985.
  5. Микросхемы для импульсных источников питания и их применение. - М.: Додэка, 2000.
  6. Бассет Дж. Импульсные источники питания: тенденции развития. – М.:Электроника т.61, № 1, 1988, с.72-77.
  7. Ли Ф.К. Высокочастотные квазирезонансные преобразователи. – М.: ТИИЭР, т.76, № 4, 1988, с.83-97.



УДК 621.398.4 : 621.398.67


СИСТЕМЫ ТЕЛЕМЕТРИИ АППАРАТУРЫ ИНК
С ПРИМЕНЕНИЕМ ТЕХНОЛОГИИ СИГНАЛЬНЫХ ПРОЦЕССОРОВ


В. Ю. Корнеев, И. А, Титов, М.В. Шипунов


В статье рассмотрены задачи, решаемые с помощью сигнального процессора в аппаратуре ИНК. Предложен метод повышения его производительности.


В связи с интенсивным развитием аппаратуры цифровой обработки сигналов в последнее время появилась возможность построения скважинных приборов на базе цифровых сигнальных процессоров (DSP).

Высокая производительность DSP (рис. 1) обеспечивается возможностью исполнения процессором нескольких команд одновременно и периферийными устройствами, не требующими постоянного участия в своей работе процессорного ядра.


Блок

вычислителей


Блок

периферийных

устройств

Блок генераторов

адресов


ОЗУ программ

ОЗУ данных



Риc. 1. Структурная схема DSP


DSP состоит из следующих основных блоков:
  • блока вычислителей, обеспечивающего исполнение арифметических и логических команд;
  • ОЗУ программ для хранения текста программы и необходимых для вычислений констант. Наличие такого блока позволяет загружать программу в DSP каждый раз после включения питания;
  • ОЗУ данных для хранения обрабатываемых данных;
  • блока интерфейса памяти, позволяющего подключить к процессору внешнее ОЗУ или ПЗУ. Во внешнем ПЗУ может быть размещена программа, обеспечивающая загрузку ОЗУ программ из внешнего источника. Такая схема загрузки DSP полезна в случае необходимости изменения алгоритма работы системы без доступа к аппаратуре;
  • блока генераторов адресов, обеспечивающего доступ к ОЗУ данных и ОЗУ программ;
  • блока периферийных устройств, состоящего из таймеров, последовательных портов и т. д.

Обладая малыми габаритными размерами и энергопотреблением, DSP имеют достаточную производительность для решения следующих задач в аппаратуре ИНК:
  • оцифровки и записи в ОЗУ сигнала с детектора нейтронов. Фактически в ОЗУ данных хранится “осциллограмма” сигнала с детектора нейтронов. Так как увеличение частоты дискретизации требует увеличения объёма ОЗУ (при сохранении постоянного временного интервала оцифровки сигнала), это обстоятельство накладывает ощутимые ограничения на тип выбираемого процессора;
  • обработки записанного в ОЗУ сигнала, позволяющей реализовать различные алгоритмы фильтрации, коррекции нелинейностей детекторов.
  • двусторонней связи с наземной аппаратурой через модем, которая позволяет:
  • загрузить программное обеспечение по каротажному кабелю. Такой подход даёт возможность оперативно изменять алгоритм работы программы без доступа к аппаратуре скважинного прибора;

- передать осциллограммы сигнала с детектора нейтронов в наземную аппаратуру;

- передать результаты обработки осциллограммы;

- принять команды управления режимами работы скважинного прибора.


По результатам анализа отклика детектора, полученного осциллографом TDS220, на единичный нейтрон (рис. 2) были выбраны следующие параметры оцифровки сигнала:
  • частота дискретизации 10 МГц;
  • разрядность 8 бит.




Рис. 2. Осциллограмма отклика детектора на единичный нейтрон



При выборе процессора учитывались следующие требования:
  • максимальный объём ОЗУ данных;
  • максимальная производительность при минимальной тактовой частоте;
  • минимальная потребляемая мощность;
  • наличие последовательного порта и таймера;
  • питание от источника +5 В.

Возможен выбор между двумя классами процессоров:DSP c “фиксированной точкой” и DSP с “плавающей точкой”. Наиболее полно удовлетворяют изложенным выше требованиям процессоры с “плавающей точкой”. Однако их применение затрудняется большой рассеиваемой мощностью, высокой стоимостью как самих приборов, так и отладочных средств. Разумный компромисс представляют собой процессоры с “фиксированной точкой”, при этом потеря объёма ОЗУ данных и производительности может быть компенсирована оптимизацией программы и хранением данных в упакованном виде.

Для проведения работы был выбран процессор ADSP 2181 фирмы Analog Devices, имеющий следующие параметры:
  • время исполнения инструкции 25 нс;
  • ОЗУ программ 16 К слов (24 разряда);
  • ОЗУ данных 16 К слов (16 разрядов);
  • таймер 1;
  • последовательные порты 2;
  • возможность подключения внешней статической памяти.


Из опыта эксплуатации аппаратуры ИНК известно, что время оцифровки может быть ограничено 2 мс после срабатывания генератора нейтронов. Следовательно, при записи одного слова, полученного с АЦП, в одну ячейку памяти требуется 20 К слов. Данный вариант не реализуем, так как необходимый объём памяти больше доступного. Эффективным средством экономии памяти является упаковка двух слов с АЦП в одно 16-ти разрядное слово DSP. Можно выделить три варианта решения задачи:
  • программная упаковка требует нескольких команд и не позволяет обеспечить частоту дискретизации 10 МГц;
  • аппаратная упаковка удовлетворяет требованиям к производительности, но усложняет схему прибора;
  • программно-аппаратная упаковка удовлетворяет требованиям к производительности и усложняет схему в меньшей степени.


В
озможная структурная схема такого устройства представлена на рис 3.

Рис. 3. Структурная схема “упаковщика”



Устройство работает следующим образом:

ax0 = io(adc)


При выполнении этой команды на выводе RD DSP появляется низкий логический уровень, который запускает процесс n-го преобразования в АЦП. Через промежуток времени, равный длительности исполнения команды, вывод RD переходит в единичное состояние. Одновременно с этим, результат n-1-го измерения с шины данных АЦП защелкивается в регистре.

nop

На выходе АЦП появляется результат n-го измерения.


ax0 = io(adc)

Вывод RD DSP переходит в низкий логический уровень, который запускает процесс n+1-го преобразования в АЦП. Через промежуток времени, равный длительности исполнения команды, вывод RD переходит в единичное состояние. Одновременно с этим, результат n-го измерения с шины данных АЦП защелкивается в регистре.

dm(i0,m0) = ax0

На выходе АЦП выдается результат n+1-го измерения. На выводе RD DSP появляется низкий логический уровень, который запускает процесс n+2 преобразования в АЦП. Результат n-го преобразования с выхода регистра и результат n+1-го преобразования с выхода АЦП записывается в ОЗУ данных DSP по адресу, содержащемуся в регистре i0. Значение в регистре i0 автоматически увеличивается на единицу. Через промежуток времени, равный длительности исполнения команды, вывод RD переходит в единичное состояние. Одновременно с этим, результат n+1-го измерения с шины данных АЦП защелкивается в регистре.

Выполняя данную последовательность команд необходимое число раз, мы получаем в ОЗУ данных упакованную “осциллограмму” сигнала с детектора, занимающую n/2 ячеек памяти DSP. При дальнейшей обработке потребуются дополнительные затраты времени на распаковку, однако этот процесс требует меньших затрат производительности и может быть выполнен программно.

Применение DSP позволило создать “инструмент”, не только решающий перечисленные выше задачи, но и дающий “осциллограммы” сигналов с высоким разрешением (от различных детекторов), а так же облегчающий создание и отладку алгоритмов их обработки.