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基于USB接口的测井电缆数据传输系统研究

李会银  
【摘要】: 测井电缆数据传输系统是测井装备的重要组成部分。随着高性能测井仪器的快速发展,需要从井下传输到地面的数据量越来越大,希望能够在电缆信道上实现数百千位/秒或更高的传输速率。论文从电缆传输特性、编码技术、基于复杂可编程逻辑器件的曼彻斯特编码器、解码器设计、USB接口设计、单片机系统固件软件及设备驱动程序设计几方面研究了测井数据传输系统设计中的关键问题。测井电缆的传输特性随电缆长度、制造材料及工艺、温度等多种因素而变化。测井电缆的传输带宽在100kHz左右,要实现高速数据传输,必须采用多路传输技术或高效率的编码调制技术,为兼容现有测井井下仪器,充分利用现有仪器资源,采用了曼彻斯特编码技术。曼彻斯特码的功率谱形状与信码流的统计特性无关,因此针对特性恒定的传输信道,可以采用简单的频域均衡方法对信道传输特性引起的失真进行补偿;功率谱的带通特性使其特别适合于通过变压器耦合的测井电缆实现数据传输;由于时域波形有许多跃变沿,提取定时信息方便,解码易于实现。为适应传输信道特性的变化,采用数字技术与模拟技术结合,设计了频域均衡器,以获得最佳的电缆特性补偿。根据曼彻斯特编码、解码原理,采用复杂可编程逻辑器件实现了具有并行接口的曼彻斯特编码、解码器,与传统的串行接口芯片相比,它增加了串/并转换移位寄存器、并/串转换移位寄存器、数据缓冲器、数据寄存器、控制寄存器及接口地址译码电路,可直接作为计算机外部接口器件使用,简化了系统设计。传输系统选用PHILIPS公司的USB接口芯片PDIUSBD12和ATMEL公司的单片机AT89C52实现USB接口。为减轻单片机负担,曼彻斯特译码器的输出数据直接写入先进先出存储器(FIFO),FIFO与PDIUSBD12间的数据传送采用直接存储器存取(DMA)技术。软件设计介绍了USB协议及遥测相关功能的固件实现,基于Windows驱动程序模型(WDM)的USB设备驱动程序设计及应用程序设计。最后给出了一个系统应用实例。


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