【正文】 編解碼測試、通信誤碼率測試、陀螺采樣通道測試和測井命令測試等。 通過USB接口接收并處理主機(jī)發(fā)送的命令和數(shù)據(jù)，并將命令和數(shù)據(jù)加上同步頭和校驗(yàn)位，然后進(jìn)行曼徹斯特碼后發(fā)往井下儀器；216。在這種模式中，廢除了機(jī)器周期的概念，指令以時(shí)鐘周期為運(yùn)行單位。216。此外，捕捉/比較模塊4還提供看門狗定時(shí)器（WDT）功能。 CCL信號處理CCL信號[2]是井下儀器深度確定的重要參考信號之一，它是一個(gè)低頻信號，跟電纜速率有關(guān)。當(dāng)磁化的電纜經(jīng)過井口的線圈和放大電路后便產(chǎn)生磁標(biāo)記信號。電路各點(diǎn)波形與碼盤旋轉(zhuǎn)方向的對應(yīng)關(guān)系如圖12(b)所示所示。CH451允許DCLK 引腳的串行時(shí)鐘頻率大于10MHz，從而可以實(shí)現(xiàn)高速串行輸入輸出。本系統(tǒng)，因此由公式()和()可得：帶通濾波電路的上限截至頻率，下限截至頻率。；l 為了適應(yīng)各種不同類型外圍設(shè)備的要求，USB提供了四種不同的數(shù)據(jù)傳送類型；l USB使得多個(gè)外圍設(shè)備可以跟主機(jī)通信。圖 21 監(jiān)控模塊結(jié)構(gòu) 本章小結(jié)系統(tǒng)板在保證系統(tǒng)設(shè)計(jì)功能的前提下，盡可能的采用以軟件代替硬件的技術(shù)，并且采用了高集成度的芯片，大幅度減少了硬件設(shè)備；使用體積小、重量輕的開關(guān)電源，電路采用模塊化結(jié)構(gòu)、低功耗CMOS 器件及省電運(yùn)行方式。通過r結(jié)構(gòu)體上位機(jī)可以很方便的控制接口箱的狀態(tài)，r結(jié)構(gòu)體結(jié)構(gòu)如表3所示。同步字分命令同步和數(shù)據(jù)同步。圖 30 深度信號處理流程利用比較器中斷服務(wù)程序計(jì)數(shù)和相位判別的深度信號處理，在一路信號的上升沿中斷服務(wù)程序里禁止本身再次中斷而打開另外一路信號的上升沿中斷，這種方式可以避免井下儀器在靜止時(shí)由于電纜顫動而產(chǎn)生反復(fù)加減計(jì)數(shù)，無謂浪費(fèi)CPU機(jī)時(shí)?！窈竺姘搴竺姘迨荲I的代碼部分，也是VI的核心，主要由圖標(biāo)、連線和框圖構(gòu)成，這些圖標(biāo)、連線和框圖實(shí)際上就是一些常量、變量、函數(shù)、VIs 和Express VIs，正是它們構(gòu)成了VI的主題。這樣，在LabVIEW中被連接的方框圖之間的數(shù)據(jù)流控制著程序的執(zhí)行次序，而不像文本程序受到順序執(zhí)行的約束。USB軟件系統(tǒng)中應(yīng)用程序的開發(fā)，一般書籍和文章都有比較詳細(xì)的介紹，本文主要介紹USB設(shè)備驅(qū)動程序的開發(fā)。USBTMC設(shè)備符合 VISA USB INSTR類函數(shù)能夠理解的協(xié)議，該類USB設(shè)備與LabVIEW通信時(shí)無需配置NIVISA，而USB RAW設(shè)備和LabVIEW通信時(shí)則需要配置NIVISA 后才能與LabVIEW通信。還可以通右鍵單擊該控件，在彈出的下拉列菜單Select VISA ClassI/O Session中選擇自己關(guān)心的某類設(shè)備，則其他設(shè)備就會被屏蔽掉。 圖 34 USB RAW設(shè)備操作步驟 陀螺測斜系統(tǒng)測試軟件開發(fā)本節(jié)介紹陀螺測斜系統(tǒng)測試軟件， 測試內(nèi)容主要分三部分，第一部分是USB讀寫測試；第二部分是接口板測試，包括AD采樣測試、曼徹斯特編解碼測試；第三部分是陀螺儀測試，主要包括通信誤碼率測試和各種陀螺操作命令的測試。Bulk In 端點(diǎn)和 Bulk Out 端點(diǎn)分別存儲在 VI_ATTR_USB_BULK_IN_PIPE 屬性VI_ATTR_USB_BULK_OUT_PIPE 屬性之中。USBD確保每一個(gè)設(shè)備能分配到它所要求的資源，支持USB設(shè)備配置。 LabVIEW運(yùn)行機(jī)制從運(yùn)行機(jī)制上看，LabVIEW——這種語言的運(yùn)行機(jī)制就宏觀上講已經(jīng)不再是馮 LabVIEW中的基本概念用LabVIEW開發(fā)出的應(yīng)用程序被稱作VI（Virtual Instrument的英文縮寫，即虛擬儀器），所有的LabVIEW應(yīng)用程序包括前面板（Front Panel）、后面板（Block Diagram） 兩部分[23]。在井上檢查結(jié)果0x4000、0x5000――0x6000給控制信號CTR置0位：若置0正確送回0x0001H，否則陀螺錯(cuò)誤0送回0x0002H0x7000給控制信號CTR置1位：若置1正確送回0x0001H，否則陀螺錯(cuò)誤1送回0x0002H0x8000給力反饋信號FC置“0”：關(guān)閉定時(shí)器2，置FC為0，送回0x0001H0x9000給力反饋信號FC置“1”：開啟定時(shí)器2，置FC為1，送回0x0001H0xA00X測試數(shù)據(jù)采集通道：其中X= 07，采集選中通道，并送回采樣結(jié)果 深度信號處理深度信號由光電碼盤產(chǎn)生，其信號模型如圖28所示。因此，為了保證通信緩沖區(qū)中上位機(jī)未讀取采樣幀不被新的采樣幀覆蓋，造成數(shù)據(jù)幀丟失，上位機(jī)每3S要從通信緩沖區(qū)中讀取24幀采樣數(shù)據(jù)。接口板USB接口的端點(diǎn)2作為OUT端點(diǎn)接收上位機(jī)發(fā)送的命令，并對命令進(jìn)行處理，命令字長4個(gè)字節(jié)，具體格式如表2所示。上拉電阻可以被用軟件使能/禁止，可以根據(jù)軟件選擇的速度設(shè)置（全速或低速）出現(xiàn)在D+或D引腳[11]。其他普通的外圍連接標(biāo)準(zhǔn)，如SCSI設(shè)備等必須在關(guān)掉主機(jī)的情況下才能增加或移走外圍設(shè)備；l USB支持PNP。在測井電纜上除了傳輸曼徹斯特編碼信號和CCL信號外，還要給井下儀器供電，工頻干擾和開關(guān)電源開關(guān)頻率干擾也難免會耦合進(jìn)來，同時(shí)幾千米的測井電纜的分布參數(shù)也不容忽視，這些分布參數(shù)將使曼徹斯特信號產(chǎn)生畸變[17]。DIN用于提供串行數(shù)據(jù)，高電平表示位數(shù)據(jù)1，低電平表示位數(shù)據(jù)0，串行數(shù)據(jù)輸入的順序是低位在前，高位在后。增量值碼盤的編碼圖案由一系列等間距輻射狀透光窄縫組成，用來獲取精密光學(xué)投影的光學(xué)窄縫有兩組，它們相互錯(cuò)開1/4個(gè)節(jié)距，一個(gè)節(jié)距等于一個(gè)窄縫的寬度和一個(gè)間距之和。與傳統(tǒng)的差分放大器只擁有一個(gè)接近電源電壓的操作范圍不同， AD629的輸出可以自由調(diào)校至比電源電壓高或低250伏的水平，這樣就算該器件被應(yīng)用在一些突變電壓達(dá)500伏的應(yīng)用中也不會受到損壞。 圖 7 C8051F340內(nèi)部ADC結(jié)構(gòu)C8051F340需要采樣的模擬信號包括：井下陀螺儀供電電壓（0～300V），井下陀螺儀供電電流（0～300mA，疊加有二百多伏的共模電壓），電纜張力（0～10V），CCL信號（3～+3V，～10Hz），磁標(biāo)記信號（200mV～200mV，～10Hz，疊加有十幾伏的共模電壓）。通過軟件不僅可以配置比較器的正向回差電壓和負(fù)相回差電壓，而且還可以配置比較器的響應(yīng)時(shí)間，允許用戶在低功耗和高速之間選擇。同時(shí)，他還具有4K的片上XRAM，極大的方便了大批量數(shù)據(jù)處理。圖 6 C8051F340結(jié)構(gòu)C8051F340內(nèi)核采用Silicon Labs公司的CIP51微控制器內(nèi)核[11,12,13]。 實(shí)時(shí)監(jiān)測并顯示井下儀器的供電電壓和供電電流，以防止供電電源異常而燒毀井下儀器，同時(shí)也為地面操作人員調(diào)整井下儀器的供電壓或電流提供依據(jù)；216。全文共分六章，第一章介紹課題背景來源，課題的意義，課題的目標(biāo)和論文內(nèi)容安排。第一個(gè)庫是圖形設(shè)備接口（GDI），另一個(gè)是設(shè)備驅(qū)動程序。1. 結(jié)構(gòu)小型化、便攜化：原陀螺測斜地面系統(tǒng)功能強(qiáng)，硬件配置齊全，能夠滿足陀螺測斜作業(yè)的需要；但是它的體積龐大，運(yùn)輸安裝極為不便，影響了它的推廣使用。圖4為某型號陀螺測斜接口箱結(jié)構(gòu)?！?井下部分負(fù)責(zé)采集數(shù)據(jù)，然后將其傳送給下位機(jī)系統(tǒng)。第四階段是成像測井階段。為了尋找石油和天然氣，一般要根據(jù)地質(zhì)科學(xué)的研究，先在有利于石油和天然氣生產(chǎn)和存儲的地區(qū)進(jìn)行地質(zhì)調(diào)查和地球物理勘探，找出可能存儲石油和天然氣的各種地質(zhì)構(gòu)造。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。數(shù)控測井儀實(shí)質(zhì)上是一臺以計(jì)算機(jī)為中心的遙控遙測系統(tǒng)，各種下井儀器作為計(jì)算機(jī)的外設(shè)，通過電纜通訊系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換和計(jì)算機(jī)對下井儀的控制。主要完成對下位機(jī)系統(tǒng)各個(gè)接口的管理和控制功能，并實(shí)現(xiàn)對測井?dāng)?shù)據(jù)的處理、顯示、存儲、打印和回放等功能。圖 2 陀螺測斜井下系統(tǒng)地面系統(tǒng)是一套專用的便攜式計(jì)算機(jī)測控、信號采集系統(tǒng)，它可對井下儀器實(shí)時(shí)控制，數(shù)據(jù)采集和處理，實(shí)時(shí)顯示、打印、存儲測井?dāng)?shù)據(jù)，并在測井現(xiàn)場完成測井資料的處理工作，主要由筆記本電腦、測控接口箱、電源、打印機(jī)幾部分構(gòu)成。測井?dāng)?shù)據(jù)的記錄方式也由最早的手工照相記錄，發(fā)展到60年代末的數(shù)字磁帶機(jī)記錄，再到后來的的在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)測井?dāng)?shù)據(jù)的處理、記錄、繪制曲線等[2]。設(shè)備無關(guān)性：即為Windows編寫的應(yīng)用程序可以在多種類型的硬件設(shè)備上繪制圖形和輸出，這也是Windows的主要特點(diǎn)之一。此接口需要完成的功能主要有：電壓、電流，張力，磁標(biāo)記，CCL信號的采樣；馬丁代克信號的處理；與上位機(jī)和井下儀的通信。這種結(jié)構(gòu)的突出優(yōu)點(diǎn)是控制靈活、便于維護(hù)，能夠充分利用和發(fā)揮軟件的強(qiáng)大功能，減少了硬件規(guī)模，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)大大簡化，系統(tǒng)的體積大大縮小，成本大大降低，而系統(tǒng)的功能卻有所增強(qiáng)，具有很高的性能價(jià)格比。和高達(dá)48MIPS的指令執(zhí)行速度，保證了各路模擬信號的完全采集、快速深度計(jì)數(shù)的和實(shí)時(shí)接收并處理主機(jī)發(fā)送的命令和數(shù)據(jù)，這保證了對井下儀的實(shí)時(shí)控制和對數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集和處理。 程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器：CIP51 有標(biāo)準(zhǔn) 8051 的程序和數(shù)據(jù)地址配置。端口I/O引腳中的20個(gè)引腳可用作ADC的輸入；另外，片內(nèi)溫度傳感器的輸出和電源電壓（VDD）也可以作為ADC的輸入。 模擬信號采樣設(shè)計(jì)C8051F340的ADC0子系統(tǒng)[11]集成了兩個(gè)模擬多路選擇器和一個(gè) 200ksps 的 10 位逐次逼近型 ADC，ADC集成了跟蹤保持電路和可編程窗口檢測器。陀螺儀電流信號處理陀螺儀供電流是差分信號，同時(shí)在次差分信號疊加有很高的共模電壓，有時(shí)達(dá)到200V以上， 在原數(shù)控測井系統(tǒng)中曾經(jīng)發(fā)現(xiàn)隔離放大器被燒毀的現(xiàn)象。圖 14 上位機(jī)恢復(fù)磁標(biāo)記信號圖 深度信號處理陀螺測斜系統(tǒng)中深度測量是必不可少的，因?yàn)橄到y(tǒng)需要根據(jù)深度測量信息對其他測量模塊所采集數(shù)據(jù)進(jìn)行對應(yīng)，本設(shè)計(jì)的深度模塊可以實(shí)現(xiàn)光電碼盤（馬丁代克）深度系統(tǒng)的測量。CH451 內(nèi)置RC振蕩電路，可以動態(tài)驅(qū)動8位數(shù)碼管或者64位LED，具有BCD譯碼、閃爍、移位等功能；同時(shí)還可以進(jìn)行64 鍵的鍵盤掃描；CH451 通過可以級聯(lián)的串行接口與單片機(jī)等交換數(shù)據(jù)；并且提供上電復(fù)位和看門狗等監(jiān)控功能。此外，由于方波周期內(nèi)正、負(fù)電平各占一半，因而不存在直流分量，非常利于基帶傳輸，而且編解碼也非常方便，因此選用曼徹斯特碼作為接口箱和井下儀器通信的碼型。USB系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)[2,20,21]：l USB為所有的USB外設(shè)提供了單一的、易于操作的標(biāo)準(zhǔn)的連接類型。外部振蕩器也可以與4倍時(shí)鐘乘法器配合使用來產(chǎn)生USB時(shí)鐘。 C8051F340主程序設(shè)計(jì)C8051F340在上電后，其內(nèi)核與外部引腳是剝離的，必須通過一系列的配置才能工作，其配置過程和主程序流程如圖23所示。當(dāng)上位機(jī)發(fā)送讀通信緩沖區(qū)命令時(shí)，程序會將StartFrame指向的通信緩沖區(qū)中的一個(gè)數(shù)據(jù)幀填入U(xiǎn)SB 端點(diǎn)1的FIFO RAM中，將數(shù)據(jù)發(fā)送給上位機(jī)，同時(shí)StartFrame指針右移一位，當(dāng)移動到通信緩沖區(qū)末尾時(shí)，重新回到緩沖區(qū)開始；當(dāng)單片機(jī)的ADC采集完一幀數(shù)據(jù)且允許組幀時(shí)便將該幀采樣數(shù)據(jù)放到NextEmptyFrame指向的通信緩沖區(qū)幀中，同時(shí)NextEmptyFrame會右移一幀，當(dāng)移動到通信緩沖區(qū)末尾時(shí)，重新回到緩沖區(qū)開始。圖 28 曼徹斯特解碼流程圖 下位機(jī)對陀螺儀的操作井下陀螺儀處在被動的工作方式，只有在接收到遙測命令時(shí)采作相應(yīng)操作。它可以增強(qiáng)用戶構(gòu)建自己的科學(xué)和工程系統(tǒng)的能力，提供了實(shí)現(xiàn)儀器編程和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的便捷途徑?？驁D的使用是保證其結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)特征的重要手段?？蛻趄?qū)動程序一般是編寫USB軟件的重點(diǎn)。NIVISA 支持三種類型的USB管道：控制、批量和中斷。 Automation Explorer(MAX)中查看，或利用LabVIEW中的VISA Resource Name控制件或VISA Resource Find函數(shù)得到。如果已經(jīng)知道了VISA設(shè)備的名字，此處可以用一個(gè)常量代替，如果不知道，則可以在該數(shù)據(jù)端口單擊右鍵，在彈出菜單中選擇CreatConstant，則可自動生成一個(gè)VISA Resource Name 控件，在前面板中選擇所要打開的VISA設(shè)備即可；duplicate session用于設(shè)定VISA設(shè)備是否可以重復(fù)打開；access mode用于設(shè)定VISA設(shè)備打開的模式；error in 端點(diǎn)用于接收VISA Open函數(shù)之前的錯(cuò)誤流，并加上自身的錯(cuò)誤傳遞到error out端口。2. 安裝INF文檔，并安裝使用INF文檔的USB設(shè)備。 VISA簡介VISA (Virtual Instrument Software Architecture) 是一個(gè)用來與各種儀器總線進(jìn)行通訊的高級應(yīng)用編程接口（API）。同時(shí)LabVIEW還是一個(gè)開放的開發(fā)平臺，它可以方便地調(diào)用Windows平臺提供的動態(tài)鏈接庫和用戶自定義的動態(tài)鏈接庫中的函數(shù)，它還提供了CIN (Code Interface Node) 節(jié)點(diǎn)使得用戶可以使用由C或C++語言編譯生成的函數(shù)，同時(shí)它還直接支持動態(tài)數(shù)據(jù)交換 (DDE) 、結(jié)構(gòu)化查詢語言 (SQL) 、TCP、UDP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議等。圖標(biāo)至少有一個(gè)輸入端口接收其它圖標(biāo)的數(shù)據(jù)或一個(gè)輸出端口向其它圖標(biāo)傳遞數(shù)據(jù)。C8051F340單片機(jī)一方面是通過USB接口上位機(jī)即工業(yè)控制計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，接收上位機(jī)的命令，根據(jù)上位機(jī)的命令字來配置接口箱的參數(shù)或把采集到的數(shù)據(jù)送給上位機(jī)；另一方面它還要和井下儀器利用曼徹斯特碼進(jìn)行通信，向井下儀器轉(zhuǎn)發(fā)上位機(jī)發(fā)送的命令，同時(shí)還要接收井下儀器發(fā)送的數(shù)據(jù)，并對接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)等一系列初步處理后放到陀螺數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中等待上位機(jī)讀取。程序流程如圖26所示。 //數(shù)據(jù)塊類型 unsigned int user_data。采用C8051F340單片機(jī)后，大大提高了系統(tǒng)板上時(shí)鐘速度，使系統(tǒng)板上最高時(shí)鐘可達(dá)48M，此時(shí)訪問片內(nèi)XRAM的速度小于100ns，連續(xù)讀寫USB端點(diǎn)FIFO的速度1Mbyte/S，充分發(fā)揮了USB接口的性能。C8051F340片內(nèi)集成了USB接口，但只支持低速傳輸和中速傳輸兩種速度模式，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示。圖 18 解碼回路電路圖從井下儀做比較器輸入端的交流小信號分析所得的幅頻特性和相頻特性如圖19所示。為了節(jié)約單片機(jī)引腳，三片C