摘要：為實現對雙M—Z型光纖微振動傳感器的振動信號進行實時檢測和處理，提出一種基于FPGA和DSP的數據采集和實時處理系統。通過描述系統的硬件設計原理和寄存器配置，以及軟件框架和流程，介紹了系統的設計和實現方法。經驗證，該系統實現對微振動傳感器的實時數據采集并實時進行信號處理，能滿足微振動傳感器系統對實時性的要求。該系統具有可重構性，方便實現不同算法。
關鍵詞：光纖微振動傳感；數據采集；FPGA；C6747

隨著光纖技術的不斷發展，光纖微振動傳感器越來越多地應用于周界安防、石油和天然氣管道和通信線路監測等系統中。光纖微振動傳感器是利用光纖是傳感介質的一種分布式光纖傳感系統，其中光纖既是傳感介質，又是光傳輸介質。它可以在傳感光纖布設長度內，對一定準確度范圍內的突發事件進行遠程和實時的監測。國內科研單位先后開展了對于光纖微振動傳感器的相關研究工作，取得了一定的成果，實現對振動進行定位并報警，但模／數存在誤報警的問題。對振動信號進行模式識別是一種降低誤報警率的方法。國內各研究單位對光纖傳感器的振動模式識別也開展了一些研究，但都是基于PC端的離線處理，滿足不了系統實時性和小型化的要求。本文設計的基于FPGA和DSP的光纖微振動傳感器數據采集和實時處理系統滿足系統對實時性和小型化的要求，能夠實現在線對光纖微振動傳感器進行數據采集和實時模式識別算法處理。

1 系統設計
本文設計的系統對基于雙M—Z型干涉儀的光纖微振動傳感器的信號進行采集和處理，系統功能框架圖如圖1所示，由光電轉換模塊、模／數轉換模塊、FPGA模塊和DSP模塊組成。光纖微振動傳感器的輸出信號經光電模塊從光信號轉換為電信號；然后通過模／數轉換模塊，把模擬信號轉化成數字信號；FPGA模塊控制模／數轉換模塊的時鐘，把數字信號采集入FPGA內的FIFO緩沖器，FIFO的半滿信號線和DSP模塊相連，會觸發DSP的EDMA事務，把數據從FIFO轉移到DSP的存儲器SDRAM；并且存儲器中的數據長度達到系統設定值時觸發DSP的模式識別算法處理函數。

2 硬件設計
2．1 光電轉換和模／數轉換
光電轉換模塊采用SPF1200SF-D08型號的PINFET探測模塊。該PINFET工作波長為1 000～1 650 nm，采用正負5 V供電。PIN管的反偏高、輸出阻抗與FET的高輸入阻抗得到很好地匹配，減少了外部干擾和雜散電容，大大降低了熱噪聲，而且配合采用AD8065的前置放大電路可以很好地匹配A／D轉換電路輸入電平范圍。
模／數轉換模塊采用ADI公司的AD923512 bADC，其體積小，功耗低，耐高過載。AD9235有3種不同最大采樣頻率的型號，別是20 MS／s，40 MS／s，60 MS／s。該系統采用的是20 MS／s，其采樣時鐘由FPGA的DCM輸出，由專用的差分ADC驅動芯片AD8138將單端信號轉換為差分信號作為AD9235的輸入。采樣時鐘和FIFO的寫時鐘配合，把模／數轉換的數據寫進FPGA內的FIFO。
2．2 DSP模塊
DSP模塊采用T1公司生產的TMS320C6747型號，時鐘頻率為300 MHz，是浮點、低功耗應用處理器。其中主要功能是完成數據的EDMA轉移和算法處理，硬件設計主要包括EMIF接口和EDMA3控制器。
2．2．1 EMIF接口
C6747通過它的2個EMIF接口：EMIFA和EMIFB，可連接外部存儲器，或其他外設。C6747的EMIFA接口時鐘頻率可達100 MHz，既可接SDRAM也可接FLASH。本系統通過EMIFA接口外接1片16 MB的NOR FLASH S29GL128M，在CE2地址空間內實現代碼的存儲，配置寄存器CE2CFG=0x04842 32D；EMIFA接口同時還和FPGA內的FIFO相連，使FPGA內的FIFO空間映射到DSP的CE3地址空間，CS3控制FPGA端的FIFO，CE3CFG=0x0484 222D。
C6747的EMIFB接口的時鐘頻率可達133 MHz，只可接SDRAM。本系統通過EMIFB接口外接2片SDRAM芯片IS42S16160B組成64 MB的存儲器，用于存放實時采集的數據和算法運算過程中的臨時數據；配置寄存器之前需先置SDCFG．TIMUNLOCK為1，然后才可更改其他寄存器：SDREF=0x00 000410，SDTIM1=0x10912A10；SDTIM2=0x70090005，SDCFG=0x00010421。