国产化遥测仪3514单片机与曼彻斯特芯片通讯解决方案

蔡志明 胡超宏 游 畅

(川庆钻探工程公司测井公司 重庆)

国产化遥测仪3514单片机与曼彻斯特芯片通讯解决方案

蔡志明 胡超宏 游 畅

(川庆钻探工程公司测井公司 重庆)

3514XA遥测仪作为地面与井下仪之间的数据、通信接口,具有传输效率高、安全可靠、井下仪组合方便的特点。文章主要介绍了曼码通讯芯片HD15530,ECLIPS-5700测井系统的3514XA遥测仪的单片机与曼码通讯芯片接口解决方案。

ECLIPS-5700测井系统;3514XA遥测仪;通讯;数据采集;曼彻斯特码

0 引 言

ECLIPS-5700测井系统,许多仪器已严重老化,目前该仪器配件越来越难订购,改进和国产化ECLIPS -5700测井仪器具有现实意议。进口原装3514XA遥测仪的单片机是MOTOROLA的MC68HC705C8CS,国内比较少见,特别是能耐125℃的高温军品几乎无渠道购买,而能耐125℃的高温军品8位单片机89C52是一个比较合适的选择[1]。

1 曼码通讯芯片 HD15530[2]

HD15530是一款高性能的 COMS器件,满足1553MIL标准和与其类似的曼切斯特II编码的协议。芯片分两个独立工作的编码和解码部分(除主复位外),编码部分产生同步脉冲和奇偶校验位及编码数据,解码部分识别同步脉冲和解码数据、检测奇偶校验,采用5 V电源,可与CMOS、TTL芯片直接接口。

1.1 HD15530编码操作

编码器需要一个单独的两倍于数据率的时钟脉冲输入,片上1个辅助的对编码时钟6分频的计数器,用于数据发送时钟,编码移位时钟的下降沿,编码使能信号使一个编码周期开始,编码周期持续1个字长(20个编码移位时钟周期)。在紧接着的下一个编码移位时钟的上升沿,同步选择高电平输入,激活产生下一个同步命令头或低电平输入产生一个数据同步头。编码器准备接收输入数据时,发送数据SEND DATA(SD)变高,保持16个编码移位时钟周期,此16个编码移位时钟周期中,每一个高到低的下降沿,数据可以从串行数据输入口输入,每个数据位在每一个低到高上升沿可以被采样。同步头和曼切斯特 II编码数据通过BIPOLAR ONE和BIPOLAR ZERO输出,16位数据后编码器自动在最后加上1个附加的奇偶校验位。若编码使能继续保持高电平,后续数据将没有间隔地被编码,所以编码使能信号必须在16位数据完成后变低。任何时候输出禁止端输入低电平将强制双极性输出端呈高阻态。任何时候的主复位正脉冲信号使编码器放弃编码发送,此正脉冲后一个发送时钟的上升沿将清除内部计数器和初始化编码器为下一个数据字的编码做好准备。

1.2 HD15530解码操作

解码器需要一个12倍于数据率的输入时钟信号,解码器可以从双极性端BIPOLAR ONE/ZERO和UNIPOLAR单极性端接收曼码II数据。解码器独立运行,持续监视它的数据输入端,一旦有一个有效的同步特征位和两个有效的曼码数据位就启动一个解码输出周。当一个同步特征位被确认后,同步头的类型就显示在COMMMAND/DATA SYN输出端,命令同步头输出高并持续16个解码移位时钟周期,数据同步头就保持电平并持续16个解码移位时钟周期。TAKE DATA (TD)接收数据输出端输出高电平并持续到解码数据从串行数据输出端输出完成。解码输出数据格式位NRZ无极性归零码。解码移位时钟帮助解码的数据位能在每个上升沿进入外部数据寄存器。(注意解码移位时钟可能调整它的相位直到TAKE DATA(TD)接收数据输出端输出变高)16位数据位解码发送完后,自动作奇偶校验检测,VALID WORD输出高电平表示成功接收一个数据字并没有校验错误。此时,解码器开始搜寻下一个新的同步头准备启动下一个解码输出序列。若无复位信号,VALID WORD输出端将在20个解码移位时钟周期后变低电平,将在一个有效的同步特征位和两个有效的曼码数据位后变低电平。任何时候DECODER RESET端高电平输入,在一个解码移位时钟的上升沿,将终止上述解码发送序列,解码器将初始化启动寻找新的同步头特征位。

2 单片机89C52和HD15530通讯

单片机89C52和HD15530通讯将面临以下几个问题:

1)解码和编码不能同时进行,读写即接收和发送数据的冲突。

2)89C52为8位单片机而曼码II为16位字,因此有将16位分成两个8位,即低8位和高8位数据来处理的问题。

3)软件命令复位控制处理。

因此89C52单片机与HD15530的接收处理设计了高8位和低8位命令数据地址选通信号,有复位控制信号,有接收命令中断输入信号位,有发送数据忙标志位。

编解码控制电路如图1所示,命令或数据来自通信驱动板,进入UDI端,由IC4(HD15530)接受并解码。串行命令或数据进入编码译码器IC4,该信号带有起始位和校验位,编码译码器的输出端SDO(SERIAL DATA OUT)应有被解码后的原码串行数据输出到IC6和IC9并锁存到IC7和IC10中,同时,在IC4的9脚以及IC14的11脚应有相应的移位时钟,在1个字接收结束后,IC4的3脚TD及IC14的6脚,应有数据写入脉冲。同时IC4的1脚在接收完1个字的数据后,应输出一高电平,以表示接收到1个有效字,产生接受有效中断信号/VALID给89C52单片机,对CPU进行中断,使CPU通过并行口将所接受到的命令数据读走,在CPU读取数据时,IC7和IC11的1脚,有选通脉冲输入。

图1 编解码控制电路图

数据发送是CPU通过并行数据线,将数据写到IC8和 IC11中,并在写入第二个字节后启动数据发送。数据在移位时钟IC4的TD的驱动下,从IC8和IC11中的Q7串行进入IC4的SDI(SERIAL DATA IN)在数据发送的过程中,寄存器IC8和IC11的2脚,有移位时钟输入(IC4的ESC和SD相与非产生的),寄存器IC8和IC11的1脚,应有数据锁存脉冲(/VMSB、 /VLSB)),经编码后,从IC4的/BZO输出到通信驱动板进行驱动电缆的数据发送。

3 结 论

国产化3514我公司已经生产了多支,投入生产两年多,为公司的生产产生了巨大效益。耐高温、高压性能稳定,能挂接ECLIPS5700系列仪器,完全能够取代进口的3514XA&XB WTS遥传短节仪器。目前,在国外西方石油仪器公司对我国石油测井仪器进口设置层层壁垒的形式下,国产化ECLIPS5700的遥传短节仪器3514尤其具有深远的意义。

[1] 美国阿特拉斯公司.3514XA&XB WTS Common Remote Maintenance Manual.July 2002

[2] Intersil Corporation.CMOS Manchester Encoder-Decoder HD-15530.March 1997

[3] Philips Semoconductors.80C51-Based 8-Bit Microcontrollers.1994

P631.8+3

B

1004-9134(2010)04-0072-02

蔡志明,男,1971年生,2005年毕业于中国石油大学,控制理论与控制工程专业,硕士学位,现工作于川庆钻探工程公司测井公司,从事石油测井仪器的研制。邮编400021

2009-12-01 编辑:刘雅铭)

·经验交流·