【正文】 。可控震源和其它地面震源產(chǎn)生的都是弱功率信號(hào),但是可控震源能成功地用于地震勘探，其原因在于它能夠精確地、重復(fù)地產(chǎn)生同一參數(shù)的連續(xù)振動(dòng)信號(hào)。爆炸震源和落重等非爆炸地面震源產(chǎn)生的地震信號(hào)的作用時(shí)間很短,不能人為地控制,統(tǒng)稱為脈沖震源。1958年10月在美國的俄克拉荷馬州（OKLAHOMA）的龐卡(PONCA)城第一次作了用可控震源勘探的公開表演,1961年可控震源開始用于商業(yè)性勘探活動(dòng)?？煽卣鹪粗械膾呙栊盘?hào)發(fā)生器位于整個(gè)系統(tǒng)的最前端，其性能指標(biāo)直接影響著電源干擾引起的諧波畸變，對(duì)地震資料質(zhì)量和分辨率產(chǎn)生較大影響，國內(nèi)外研究人員也相當(dāng)關(guān)注在提高它的幅值和頻率精度方面的創(chuàng)新與發(fā)展。此外，由于地震勘探方法與傳統(tǒng)的電法、重力和磁法等非震地球物理勘查技術(shù)相比具有勘探深度大、精度高的優(yōu)點(diǎn)，因此，可控震源地震勘探技術(shù)在油氣資源和礦產(chǎn)資源勘探中的應(yīng)用也有廣闊前景?？煽卣鹪聪虻叵掳l(fā)射的不是脈沖波，而是持續(xù)時(shí)間很長，頻率和振幅都可控制的震蕩波，對(duì)城市居民和建筑設(shè)施沒有危害，因此，可控震源是城市淺層地震探測最合適的震源。城市活斷層的探測對(duì)于城市規(guī)劃、抗震設(shè)防、減輕地震對(duì)城市設(shè)施的破壞、確保城市安全和人民生命財(cái)產(chǎn)不受到威脅都具有重要的現(xiàn)實(shí)意義?；贒SP的可控震源掃頻信號(hào)的實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)方案第1章 緒論本章首先對(duì)可控震源的發(fā)展作了一個(gè)簡單的概述。淺層高分辨率地震探測是城市活斷層探測手段中最有效、最可靠的方法之一，可以在地表探測到地下活斷層的位置、埋深、產(chǎn)狀和空間展布情況。可控震源目前有液壓式和電磁驅(qū)動(dòng)式兩類。對(duì)于可控震源地震勘探而言，來自地下不同界面的多個(gè)持續(xù)時(shí)間很長的反射掃頻信號(hào)相互交疊在一起，使得在原始地震記錄剖面上不能直接識(shí)別對(duì)應(yīng)不同地下反射界面的反射信息，必須采用相關(guān)處理技術(shù)把接收到的反射地震信號(hào)壓縮轉(zhuǎn)化為脈沖反射地震信號(hào)才可以識(shí)別。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1950年,美國大陸石油公司(CONOCO)開始研究用連續(xù)振動(dòng)地震信號(hào)進(jìn)行地震勘探?？煽卣鹪词┕ば矢?成本低,在鉆井困難地區(qū)尤為明顯；可以在城市、工業(yè)區(qū)使用?？煽卣鹪串a(chǎn)生的是作用時(shí)間和頻率成分可控的連續(xù)振動(dòng)信號(hào),使用脈沖震源得到的地震記錄直接可供解釋。所以可以用數(shù)臺(tái)可控震源同時(shí)工作以增強(qiáng)在地下傳播的信號(hào)強(qiáng)度,并用直接疊加的方法累積能量。 論文主要內(nèi)容本文主要是基于DSP芯片TMS320F2812的可控震源的掃頻信號(hào)發(fā)生器的軟、硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，本文共分為五章。第四章為系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)方案的描述，首先介紹了CCS及Visual C++集成開發(fā)環(huán)境，然后對(duì)系統(tǒng)的軟件流程圖進(jìn)行概述，最后詳細(xì)論述了每個(gè)模塊的軟件實(shí)現(xiàn)方案。它不僅具有可編程性，而且它的實(shí)時(shí)運(yùn)行速度可達(dá)每秒數(shù)以千萬條復(fù)雜指令程序，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過通用微處理器，是數(shù)字化電子世界中日益重要的電腦芯片。一個(gè)典型的DSP系統(tǒng)如圖21所示。第一個(gè)采用CMOS工藝生產(chǎn)浮點(diǎn)DSP芯片的是日本的Hitachi公司，它于1982年推出了浮點(diǎn)DSP芯片。在眾多的DSP芯片種類中，最成功的是美國的德克薩斯儀器公司(Texas Instruments，簡稱TI)的一系列產(chǎn)品。自1980年以來，DSP芯片得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，DSP芯片的應(yīng)用越來廣泛。DSP芯片的引腳數(shù)量從1980年的最多64個(gè)增加到現(xiàn)在的200個(gè)以上，引腳數(shù)量的增加，意味著結(jié)構(gòu)靈活性的增加。 DSP的特點(diǎn)與分類DSP芯片一般具有如下主要特點(diǎn):(1)在一個(gè)指令周期內(nèi)可完成一次乘法和一次加法。(5)快速的中斷處理和硬件I/O支持。DSP的芯片可以按照以下的三種方式進(jìn)行分類:(l)按基礎(chǔ)特性分這是根據(jù)DSP芯片的工作時(shí)鐘和指令類型來分類的。數(shù)據(jù)以定點(diǎn)格式工作的DSP芯片稱之為定點(diǎn)DSP芯片，以浮點(diǎn)格式工作的DSP芯片稱為浮點(diǎn)DSP芯片。專用型DSP芯片為特定的DSP運(yùn)算而設(shè)計(jì)，更適合特殊的運(yùn)算，如數(shù)字濾波，卷積和FFT等。每一個(gè)系列的DSP對(duì)應(yīng)于不同的應(yīng)用。AD以大量消費(fèi)類和準(zhǔn)消費(fèi)類設(shè)備來定位自己的客戶對(duì)象和應(yīng)用方向，用AD的低價(jià)位32bit浮點(diǎn)DSP直接與TI公司的低價(jià)浮點(diǎn)DSP及Motorola公司的24bit定點(diǎn)DSP進(jìn)行競爭。Motorola也致力于發(fā)展DSP技術(shù)，開發(fā)DSP產(chǎn)品，新款DSP提供極小的功率和102K字節(jié)片上SRAM，將滿足多通道數(shù)據(jù)處理等應(yīng)用方案中對(duì)更高性能的信號(hào)傳輸要求，而系統(tǒng)成本相應(yīng)得到降低。3)語音——如語音編碼、語音合成、語音識(shí)別、語音增強(qiáng)、說話人識(shí)別、說話人確認(rèn)、語音郵件、語音存儲(chǔ)等。7)自動(dòng)控制——如引擎控制、聲控、自動(dòng)駕駛、機(jī)器人控制、磁盤控制等；8)醫(yī)療——如助聽、超聲設(shè)備、診斷工具、病人監(jiān)護(hù)等。DSP芯片的內(nèi)部采用程序和數(shù)據(jù)分開的哈佛結(jié)構(gòu)，具有專門的硬件乘法器，廣泛采用流水線操作，提供特殊的DSP指令，可以用來快速地實(shí)現(xiàn)各種數(shù)字信號(hào)處理算法。第3章 系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)第3章 系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì) 概述本系統(tǒng)的主要功能是實(shí)現(xiàn)模擬的掃頻信號(hào)源，其主要原理為首先通過按鍵中斷或上位機(jī)（ARM開發(fā)板或PC機(jī)）中斷控制DSP芯片TMS320F2812產(chǎn)生線性數(shù)字正弦掃頻信號(hào)，然后將此信號(hào)送入D/A轉(zhuǎn)換芯片DAC8565中進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換輸出線性模擬正弦掃頻信號(hào)，經(jīng)過信號(hào)調(diào)理后輸出系統(tǒng)，得到所需的信號(hào)源。 TMS320F2812結(jié)構(gòu)原理介紹 TMS320F2812資源介紹TMS320C28x是TI新推出的TMS32C2000系列中的高端DSP系列，具有32位的尋址能力和運(yùn)算能力。(2)單周期完成3232位的乘法器或者雙16l6位。(l)無論是在RAM還是在FLASH中程序都能以非常高的速度運(yùn)行。(2)高速12位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。(l)具有多通道緩沖串口(McBSP)。TMS320F28xx是作為TMS320LF24xx系列的升級(jí)產(chǎn)品推出來的，它兼容了TMS320LF24xx系列的所有功能，并對(duì)這些功能進(jìn)行了強(qiáng)化。圖32 TMS320F2812引腳封裝圖TMS320F2812功能框圖如圖33所示。其外接晶體時(shí)鐘頻率為30MHz，可以通過修改PLL控制寄存器5倍頻得到CPU所需要的最高的150MHz時(shí)鐘頻率。圖36 TMS320F2812的存儲(chǔ)空間映射TMS320F2812片上有128Kl6位的FLASH、18Kl6位的SRAM、4Kl6位的Boot ROM和1K16位的OTP ROM。 中斷由于TMS320F28x系列DSP片上有非常豐富的外設(shè)，每個(gè)片上外設(shè)均可產(chǎn)生1個(gè)或多個(gè)中斷請(qǐng)求，所以TMS320F28x系列DSP的中斷要比其它系列DSP復(fù)雜。TMS320F28x系列DSP的片上外設(shè)中斷共有96個(gè)，被分為12個(gè)組，每組內(nèi)有8個(gè)片外設(shè)中斷請(qǐng)求。 DAC8565結(jié)構(gòu)原理介紹 D/A轉(zhuǎn)換器概述數(shù)模轉(zhuǎn)換器，又稱D/A轉(zhuǎn)換器，簡稱DAC，它是把數(shù)字量轉(zhuǎn)變成模擬的器件。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖39所示。圖312 DAC8565工作時(shí)序圖 系統(tǒng)硬件接口技術(shù) TMS320F2812最小系統(tǒng)一個(gè)典型的DSP最小系統(tǒng)如圖313所示，包括DSP芯片、電源電路、復(fù)位電路、時(shí)鐘電路及JTAG接口電路。(1)電源及復(fù)位電路設(shè)計(jì)DSP系統(tǒng)一般都采用多電源系統(tǒng)，電源及復(fù)位電路的設(shè)計(jì)對(duì)于系統(tǒng)性能有重要影響。該芯片自帶電源監(jiān)控及復(fù)位管理功能，可以方便地實(shí)現(xiàn)電源及復(fù)位電路設(shè)計(jì)。如果采用外部時(shí)鐘，可將輸入時(shí)鐘信號(hào)直接連到X1／CI。晶振電路如圖316所示。圖317 JTAG接口電路 (4)DSP的串行接口設(shè)計(jì)由于TMS320F2812中SCI接口的TTL電平和PC機(jī)的RS232C電平不兼容，所以連接時(shí)必須進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。圖318 RS232接口電路(5)通用擴(kuò)展口設(shè)計(jì)考慮到系統(tǒng)的通用性問題，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)將F2812所有的非空引腳全部引出，而且按照其功能模塊進(jìn)行有規(guī)律排列，設(shè)計(jì)了5個(gè)雙排接插件將其引出。每按下S3一次，掃描頻率增加一定值，同理，每按下S4一次，掃描頻率減小一定值。其相關(guān)的接口原理圖如圖321所示。在本設(shè)計(jì)中，我們采用的D/A轉(zhuǎn)換器的芯片是DAC8565，它時(shí)一種低功耗、四通道、16位精度電壓輸出型數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器，,2ppm/℃的內(nèi)部參考電源，內(nèi)部還集成串行SPI通訊口，其時(shí)鐘速率可達(dá)50MHz。圖324 數(shù)模轉(zhuǎn)換部分信號(hào)流程 本章小結(jié)本章主要介紹系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)及其功能實(shí)現(xiàn)。轉(zhuǎn)換后模擬信號(hào)經(jīng)過調(diào)理輸出所需線性正弦掃頻信號(hào)。