國(guó)產(chǎn)化遙測(cè)儀3514單片機(jī)與曼徹斯特芯片通訊解決方案

蔡志明 胡超宏 游 暢

(川慶鉆探工程公司測(cè)井公司 重慶)

國(guó)產(chǎn)化遙測(cè)儀3514單片機(jī)與曼徹斯特芯片通訊解決方案

蔡志明 胡超宏 游 暢

(川慶鉆探工程公司測(cè)井公司 重慶)

3514XA遙測(cè)儀作為地面與井下儀之間的數(shù)據(jù)、通信接口,具有傳輸效率高、安全可靠、井下儀組合方便的特點(diǎn)。文章主要介紹了曼碼通訊芯片HD15530,ECLIPS-5700測(cè)井系統(tǒng)的3514XA遙測(cè)儀的單片機(jī)與曼碼通訊芯片接口解決方案。

ECLIPS-5700測(cè)井系統(tǒng);3514XA遙測(cè)儀;通訊;數(shù)據(jù)采集;曼徹斯特碼

0 引 言

ECLIPS-5700測(cè)井系統(tǒng),許多儀器已嚴(yán)重老化,目前該儀器配件越來(lái)越難訂購(gòu),改進(jìn)和國(guó)產(chǎn)化ECLIPS -5700測(cè)井儀器具有現(xiàn)實(shí)意議。進(jìn)口原裝3514XA遙測(cè)儀的單片機(jī)是MOTOROLA的MC68HC705C8CS,國(guó)內(nèi)比較少見(jiàn),特別是能耐125℃的高溫軍品幾乎無(wú)渠道購(gòu)買,而能耐125℃的高溫軍品8位單片機(jī)89C52是一個(gè)比較合適的選擇[1]。

1 曼碼通訊芯片 HD15530[2]

HD15530是一款高性能的 COMS器件,滿足1553MIL標(biāo)準(zhǔn)和與其類似的曼切斯特II編碼的協(xié)議。芯片分兩個(gè)獨(dú)立工作的編碼和解碼部分(除主復(fù)位外),編碼部分產(chǎn)生同步脈沖和奇偶校驗(yàn)位及編碼數(shù)據(jù),解碼部分識(shí)別同步脈沖和解碼數(shù)據(jù)、檢測(cè)奇偶校驗(yàn),采用5 V電源,可與CMOS、TTL芯片直接接口。

1.1 HD15530編碼操作

編碼器需要一個(gè)單獨(dú)的兩倍于數(shù)據(jù)率的時(shí)鐘脈沖輸入,片上1個(gè)輔助的對(duì)編碼時(shí)鐘6分頻的計(jì)數(shù)器,用于數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)鐘,編碼移位時(shí)鐘的下降沿,編碼使能信號(hào)使一個(gè)編碼周期開(kāi)始,編碼周期持續(xù)1個(gè)字長(zhǎng)(20個(gè)編碼移位時(shí)鐘周期)。在緊接著的下一個(gè)編碼移位時(shí)鐘的上升沿,同步選擇高電平輸入,激活產(chǎn)生下一個(gè)同步命令頭或低電平輸入產(chǎn)生一個(gè)數(shù)據(jù)同步頭。編碼器準(zhǔn)備接收輸入數(shù)據(jù)時(shí),發(fā)送數(shù)據(jù)SEND DATA(SD)變高,保持16個(gè)編碼移位時(shí)鐘周期,此16個(gè)編碼移位時(shí)鐘周期中,每一個(gè)高到低的下降沿,數(shù)據(jù)可以從串行數(shù)據(jù)輸入口輸入,每個(gè)數(shù)據(jù)位在每一個(gè)低到高上升沿可以被采樣。同步頭和曼切斯特 II編碼數(shù)據(jù)通過(guò)BIPOLAR ONE和BIPOLAR ZERO輸出,16位數(shù)據(jù)后編碼器自動(dòng)在最后加上1個(gè)附加的奇偶校驗(yàn)位。若編碼使能繼續(xù)保持高電平,后續(xù)數(shù)據(jù)將沒(méi)有間隔地被編碼,所以編碼使能信號(hào)必須在16位數(shù)據(jù)完成后變低。任何時(shí)候輸出禁止端輸入低電平將強(qiáng)制雙極性輸出端呈高阻態(tài)。任何時(shí)候的主復(fù)位正脈沖信號(hào)使編碼器放棄編碼發(fā)送,此正脈沖后一個(gè)發(fā)送時(shí)鐘的上升沿將清除內(nèi)部計(jì)數(shù)器和初始化編碼器為下一個(gè)數(shù)據(jù)字的編碼做好準(zhǔn)備。

1.2 HD15530解碼操作

解碼器需要一個(gè)12倍于數(shù)據(jù)率的輸入時(shí)鐘信號(hào),解碼器可以從雙極性端BIPOLAR ONE/ZERO和UNIPOLAR單極性端接收曼碼II數(shù)據(jù)。解碼器獨(dú)立運(yùn)行,持續(xù)監(jiān)視它的數(shù)據(jù)輸入端,一旦有一個(gè)有效的同步特征位和兩個(gè)有效的曼碼數(shù)據(jù)位就啟動(dòng)一個(gè)解碼輸出周。當(dāng)一個(gè)同步特征位被確認(rèn)后,同步頭的類型就顯示在COMMMAND/DATA SYN輸出端,命令同步頭輸出高并持續(xù)16個(gè)解碼移位時(shí)鐘周期,數(shù)據(jù)同步頭就保持電平并持續(xù)16個(gè)解碼移位時(shí)鐘周期。TAKE DATA (TD)接收數(shù)據(jù)輸出端輸出高電平并持續(xù)到解碼數(shù)據(jù)從串行數(shù)據(jù)輸出端輸出完成。解碼輸出數(shù)據(jù)格式位NRZ無(wú)極性歸零碼。解碼移位時(shí)鐘幫助解碼的數(shù)據(jù)位能在每個(gè)上升沿進(jìn)入外部數(shù)據(jù)寄存器。(注意解碼移位時(shí)鐘可能調(diào)整它的相位直到TAKE DATA(TD)接收數(shù)據(jù)輸出端輸出變高)16位數(shù)據(jù)位解碼發(fā)送完后,自動(dòng)作奇偶校驗(yàn)檢測(cè),VALID WORD輸出高電平表示成功接收一個(gè)數(shù)據(jù)字并沒(méi)有校驗(yàn)錯(cuò)誤。此時(shí),解碼器開(kāi)始搜尋下一個(gè)新的同步頭準(zhǔn)備啟動(dòng)下一個(gè)解碼輸出序列。若無(wú)復(fù)位信號(hào),VALID WORD輸出端將在20個(gè)解碼移位時(shí)鐘周期后變低電平,將在一個(gè)有效的同步特征位和兩個(gè)有效的曼碼數(shù)據(jù)位后變低電平。任何時(shí)候DECODER RESET端高電平輸入,在一個(gè)解碼移位時(shí)鐘的上升沿,將終止上述解碼發(fā)送序列,解碼器將初始化啟動(dòng)尋找新的同步頭特征位。

2 單片機(jī)89C52和HD15530通訊

單片機(jī)89C52和HD15530通訊將面臨以下幾個(gè)問(wèn)題:

1)解碼和編碼不能同時(shí)進(jìn)行,讀寫即接收和發(fā)送數(shù)據(jù)的沖突。

2)89C52為8位單片機(jī)而曼碼II為16位字,因此有將16位分成兩個(gè)8位,即低8位和高8位數(shù)據(jù)來(lái)處理的問(wèn)題。

3)軟件命令復(fù)位控制處理。

因此89C52單片機(jī)與HD15530的接收處理設(shè)計(jì)了高8位和低8位命令數(shù)據(jù)地址選通信號(hào),有復(fù)位控制信號(hào),有接收命令中斷輸入信號(hào)位,有發(fā)送數(shù)據(jù)忙標(biāo)志位。

編解碼控制電路如圖1所示,命令或數(shù)據(jù)來(lái)自通信驅(qū)動(dòng)板,進(jìn)入U(xiǎn)DI端,由IC4(HD15530)接受并解碼。串行命令或數(shù)據(jù)進(jìn)入編碼譯碼器IC4,該信號(hào)帶有起始位和校驗(yàn)位,編碼譯碼器的輸出端SDO(SERIAL DATA OUT)應(yīng)有被解碼后的原碼串行數(shù)據(jù)輸出到IC6和IC9并鎖存到IC7和IC10中,同時(shí),在IC4的9腳以及IC14的11腳應(yīng)有相應(yīng)的移位時(shí)鐘,在1個(gè)字接收結(jié)束后,IC4的3腳TD及IC14的6腳,應(yīng)有數(shù)據(jù)寫入脈沖。同時(shí)IC4的1腳在接收完1個(gè)字的數(shù)據(jù)后,應(yīng)輸出一高電平,以表示接收到1個(gè)有效字,產(chǎn)生接受有效中斷信號(hào)/VALID給89C52單片機(jī),對(duì)CPU進(jìn)行中斷,使CPU通過(guò)并行口將所接受到的命令數(shù)據(jù)讀走,在CPU讀取數(shù)據(jù)時(shí),IC7和IC11的1腳,有選通脈沖輸入。

圖1 編解碼控制電路圖

數(shù)據(jù)發(fā)送是CPU通過(guò)并行數(shù)據(jù)線,將數(shù)據(jù)寫到IC8和 IC11中,并在寫入第二個(gè)字節(jié)后啟動(dòng)數(shù)據(jù)發(fā)送。數(shù)據(jù)在移位時(shí)鐘IC4的TD的驅(qū)動(dòng)下,從IC8和IC11中的Q7串行進(jìn)入IC4的SDI(SERIAL DATA IN)在數(shù)據(jù)發(fā)送的過(guò)程中,寄存器IC8和IC11的2腳,有移位時(shí)鐘輸入(IC4的ESC和SD相與非產(chǎn)生的),寄存器IC8和IC11的1腳,應(yīng)有數(shù)據(jù)鎖存脈沖(/VMSB、 /VLSB)),經(jīng)編碼后,從IC4的/BZO輸出到通信驅(qū)動(dòng)板進(jìn)行驅(qū)動(dòng)電纜的數(shù)據(jù)發(fā)送。

3 結(jié) 論

國(guó)產(chǎn)化3514我公司已經(jīng)生產(chǎn)了多支,投入生產(chǎn)兩年多,為公司的生產(chǎn)產(chǎn)生了巨大效益。耐高溫、高壓性能穩(wěn)定,能掛接ECLIPS5700系列儀器,完全能夠取代進(jìn)口的3514XA&XB WTS遙傳短節(jié)儀器。目前,在國(guó)外西方石油儀器公司對(duì)我國(guó)石油測(cè)井儀器進(jìn)口設(shè)置層層壁壘的形式下,國(guó)產(chǎn)化ECLIPS5700的遙傳短節(jié)儀器3514尤其具有深遠(yuǎn)的意義。

[1] 美國(guó)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年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué),控制理論與控制工程專業(yè),碩士學(xué)位,現(xiàn)工作于川慶鉆探工程公司測(cè)井公司,從事石油測(cè)井儀器的研制。郵編400021

2009-12-01 編輯:劉雅銘)

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