USB技术在32臂井径仪地面系统中的应用研究

摘要

随着测井技术的发展，各种井下仪器上传的数据量越来越大，导致利用RS－232串行接口来传输由井下仪器上传的数据时，经常会出现“瓶颈”问题。32臂井径仪是由我国自行开发的测井仪器，目前市场上针对此仪器的数控产品缺乏，故针对32臂井径仪开发设计一个以USB为数据传输接口，用MUC实现测井信号处理的地面接口系统，对于国内使用32臂井径仪的企业来说，具有一定的实用价值。 本设计选用Cygnal公司内置USB接口(符合USB2.0协议)的高性能微处理器芯片C8051F320。整个硬件部分是单片机应用系统的开发，仅需要外加输入信号处理电路就可实现。这在一定层次上缩小了本接口系统的体积，降低了成本，并符合产品快速开发的原则。 软件设计部分包括了固件程序设计、主机驱动程序设计和曼彻斯特码解码程序设计。本系统将固件设计成全中断驱动的方式，MCU做它的前台事务时，USB传输在后台进行处理。驱动程序是通过Diver Studio生成向导来产生一个USB设备驱动程序的基本框架，然后在这个框架结构中添加自己需要的功能代码来实现USB设备所要实现的功能。曼彻斯特码解码是从曼彻斯特码数据中提取时钟，并利用这个时钟还原二进制数据的过程。这个过程可以分为识别同步头、提取数据信息2个阶段。传统的曼彻斯特码的解码一般采用专用芯片电路实现，数据的串/并转换和信号的合成都通过硬件电路实现，导致电路复杂，系统成本提高。本系统在不影响微处理器完成其它处理任务的情况下，采用微处理器和软件编程的方法来实现曼彻斯特Ⅱ码的解码。这对于目前以硬件为主要手段的现状来说，具有实际意义。 通过井上的现场信号测试，本系统能够实现信号的处理与传输，有效地完成了既定目标，同时也说明所设计的地面接口系统具有一定的实用价值。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1石油测井仪器概述

1.2多臂井径测井仪

1.3研究背景分析

1.4设计思想和主要任务

2 USB 技术

2.1通用串行总线USB

2.2 USB总线结构

2.2.1 USB系统拓扑结构

2.2.2 USB总线逻辑结构

2.2.3 USB通信分层模型

2.3 USB的数据通讯结构

2.3.1 USB总线上数据传输形式

2.3.2二进制数的序列—域

2.3.3基本数据单元—包

2.3.4事务

2.4 USB的传输类型

2.4.1控制传输

2.4.2中断传输

2.4.3批量传输

2.4.4实时传输

2.5 USB数据传输过程

2.6 USB设备的枚举过程

3地面接口系统总体设计方案

3.1系统的总体设计方案

3.1.1硬件系统构成

3.1.2软件系统构成

3.2开发过程中的技术难点

4地面接口系统硬件设计

4.1 USB接口方案

4.1.1标准USB控制器芯片实现

4.1.2利用USB-UART转换器实现

4.1.3单芯片解决方案

4.2芯片C8051F320简介

4.2.1功能部件

4.2.2性能特点

4.2.3引脚及封装

4.2.4电气特性

4.3系统硬件电路设计

4.3.1信号处理部分

4.3.2 USB接口数据传输部分

5地面接口系统软件设计

5.1 USB系统的固件设计

5.1.1固件的设计思想

5.1.2固件的工作流程

5.1.3固件程序的子模块描述

5.2设备驱动程序设计

5.2.1 USB设备驱动程序模型

5.2.2 USB总线软件体系结构

5.2.3 USB总线设备驱动程序装载

5.2.4 USB设备驱动程序开发的一般方法

5.2.5本系统的驱动程序实现过程

5.2.6本系统驱动程序描述

5.3曼彻斯特码软件解码设计

5.3.1曼彻斯特码简介

5.3.2曼彻斯特码解码处理

6系统调试

7结论

致 谢

参考文献

附 录