自然伽马能谱测井仪地面系统的研究

摘要

目前，国内外的石油测井仪器种类众多，不同地面系统与各个测量模块之间的数据通信模式多样。国外测井仪器的更新速度很快，并且很多井下仪器都各自配备独立的地面控制系统，这种设备兼容性差的现象普遍存在。另外，传统的自然伽马能谱测井仪存在总线传输速率低、设备功耗大等问题，这些现状要求我们采用高性能的数据处理芯片技术，实现地面系统与各种井下仪器之间数据实时、准确的传输，并进一步研究高效、高可靠性的总线技术。因此，开发一种新型的、扩展性强的新型自然伽马能谱测井系统就显得尤为重要。 首先，本文从国内外石油测井仪器的背景入手，简要介绍自然伽马能谱测井仪的工作原理、自然伽马能谱测井仪地面系统的概念及国内外地面系统的发展现状。结合DSP应用技术和多总线接口技术背景，将其应用于地面系统的研究中，从而提出本文的研究方向。 其次，介绍DSP技术的发展及特点，以实现地面系统基于TMS320LF2407芯片的特性作为研究重点。概述TMS230LF2407芯片的基本结构，同时，阐述TMS320LF2407控制器的芯片特性、内部功能以及外围电路相关芯片的功能特性。 再次，提出地面系统硬件电路的设计方案，分别对地面系统的三个主要模块:遥测模块、深度模块以及信号处理模块进行硬件电路的设计。本课题研究涉及到基于DSP与CPLD应用技术的控制系统、前置信号处理系统、多总线接口以及驱动电路等硬件电路设计。 最后，经过实验初步调试实现了自然伽马测井仪地面系统与井下仪器的通信，通过多种总线实现与上位机的数据传输，将数据采集和传输节点连接到地面CAN网络，从而完成地面预处理设备对命令的发送和数据的上传。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 课题背景及研究意义

1．2 自然伽马能谱测井仪地面系统的发展现状

1．2．1 自然伽马能谱测井仪的概述

1．2．2 自然伽马能谱测井地面系统的介绍

1．2．3 石油测井仪器的发展现状

1．2．4 总线技术的发展与概述

1．3 本文的研究工作

第二章 DSP技术

2．1 DSP芯片的发展及特点

2．2 DSP芯片TMS320LF2407的基本结构

2．3 TMS320LF240X芯片概述

2．3．1 中央处理单元

2．3．2 存储器单元的结构组织与外部存储器扩展

2．3．3 片内外设总线接口

2．4 本章小结

第三章 地面系统遥测模块硬件电路设计

3．1 遥测模块系统硬件电路的设计与研究

3．2 DSP最小系统硬件电路

3．2．1 DSP供电电源

3．2．2 DSP时钟电路

3．2．3 复位电路

3．2．4 JTAG扫描逻辑仿真电路

3．3 外扩存储器硬件电路设计

3．4 多总线接口硬件电路设计

3．4．1 电平转换电路

3．4．2 基于USB总线接口电路

3．4．3 基于CAN总线接口电路

3．4．4 串行通信总线接口驱动电路

3．5 本章小结

第四章 自然伽马能谱测井仪深度模块的设计

4．1 深度模块设计方案

4．2 深度模块控制部分硬件电路设计

4．3 深度信号前端处理电路

4．4 本章小结

第五章 自然伽马能谱测井仪信号处理模块设计

5．1 曼彻斯特编码信号

5．2 信号处理模块硬件电路设计

5．3 本章小结

第六章 自然伽马能谱测井仪地面系统软件调试

6．1 DSP软件开发工具

6．1．1 DSP软件开发流程

6．1．2 CCS集成开发环境

6．2 数据处理模块的软件设计

6．2．1 A／D模块软件设计

6．3 数据通信模块的软件设计

6．3．1 CAN总线接口程序设计

6．3．2 SPI串行口总线接口程序设计

第七章 系统的调试与实现

7．1 硬件电路的制作

7．2 系统软件的下载

第八章 结论与展望

致谢

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文