基于AD7656的信号采集处理板设计

摘要

石油是重要的战略物资，关系到国家经济和军事保障，同时也关系着人们的日常生活。在石油勘探、开发过程中，为了解勘探区域的含油气情况，必须进行测井。随钻测井属于动态测井，指在钻井过程中，通过钻头附近的测井仪器测量所需地质参数，将地层和井身信息实时送到地面进行处理分析，进而指导钻进方位的测井方法，实现钻井、测井和数据传输的同步进行，而被石油钻井作业广泛采用。
　　目前，随钻测井数据的传输，大都采用钻井液压力脉冲的传输方式。但是压力传感器检测到的脉冲信号，受现场测量条件以及长距离传输的影响，会含有大量的噪声信号并且有用信号也会出现大幅衰减。这就要求在计算机解码处理之前，对信号进行一定的预处理，保证数据的有效性和可靠性。测井信号采集处理机，能够对以液压力脉冲形式传输的测井数据，进行隔离、滤波、放大、A/D转换等一系列处理，之后传输至上位机平台解码，供现场钻井工程师分析，指导钻进工作，是随钻测井作业设备中的重要一环。
　　本文设计的基于AD7656的信号采集处理板，具有分辨率高和稳定性好的特点，是测井信号采集处理机的核心，连接安全隔离电路板和数据显示板。要实现的功能是:对经过安全隔离电路板隔离和I/V转换过的信号，进行滤波、放大、A/D转换等处理，在AVR单片机的控制下，将数据存储在片外SRAM中，然后根据上位机的指令，通过RS-232串行通信接口和PC机交互数据，完成信号数据的采集、转换、处理、存储和发送等任务。
　　文中首先对课题研究的背景意义、系统设计以及本文要完成的主要任务做简要概述;之后对信号采集处理机及相关设备进行说明。然后介绍信号采集处理板硬件部分和软件部分详细的实现方案，包括设计思路、工作原理、实现功能、电路原理图、PCB图、程序流程图及实物图等。最后给出系统调试的步骤和原理，展示分析调试结果，说明系统能正常工作，达到设计要求。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 系统设计概述

1．3 本文的主要工作

1．4 论文章节安排

2 测井信号采集处理机及相关设备

2．1 测井信号采集处理机

2．1．1 系统的功能

2．1．2 系统的结构

2．2 测井传感器设备

2．3 上位机监控设备

2．4 本章小结

3 信号采集处理板的硬件设计

3．1 硬件整体设计与实现

3．2 信号调理电路设计

3．2．1 模拟信号调理单元设计

3．2．2 数字信号处理单元设计

3．3 数据处理电路设计

3．3．1 ATmega128的结构和特点

3．3．2 电路中ATmega128的引脚分配情况

3．3．3 ATmega128外围硬件电路设计

3．4 信号采集电路设计

3．4．1 AD7656芯片简介

3．4．2 AD7656在电路中的工作原理

3．4．3 AD7656的电路设计

3．5 数据存储电路设计

3．5．1 锁存器74HC573介绍

3．5．2 存储电路的工作原理

3．5．3 存储器的电路设计

3．6 通讯接口电路设计

3．6．1 RS-232接口及MAX232介绍

3．6．2 RS-232接口的电路设计

3．7 电源模块电路设计

3．7．1 电源芯片介绍

3．7．2 电源电路设计

3．8 印刷电路板的设计

3．8．1 PCB整体布局原则

3．8．2 PCB板设计方案

3．9 本章小结

4 信号采集处理板的软件设计

4．1 软件开发环境

4．2 软件实现功能

4．3 软件设计说明

4．3．1 A／D转换存储程序设计

4．3．2 数据传输程序设计

4．4 本章小结

5 信号采集处理板的调试与分析

5．1 调试步骤

5．2 调试结果

5．3 调试中出现的问题与解决方案

5．4 本章小结

6 总结与展望

参考文献

附录A 核心板原理图

附录B 部分程序

个人简历

致谢