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一种低速脉冲编码同步启动的单片机实现方法 王永建 （海阔公司 武汉 430079） 【摘要】本文着重介绍了一种低速脉冲编码（PCM）数据传输同步启动的单片机实现方法，这种利用单片机实现的同步启动方法在石油测井的数据处理设备脉冲编码遥测井下仪中有着广泛的应用和发展前景，通过单片机的实现不但提高了设备的可靠性，而且对以后设备的升级维修带来诸多便利。 【关键词】脉冲编码 微处理器 机器周期 译码 引言 石油测井设备脉冲编码遥测井下仪（简称PCM）是一种用于对来自各种测井信号（模拟量和数字量）进行量化、编码、打包调制成双极性归零脉冲用电缆上传至地面数控设备（计算机）的井下仪。仪器每秒上传10帧数据，每帧传21个字，每个字16bit，传输速率为8kb/s；系统同步启动为对计算机发送的周期性逻辑组信号（计算机发送的系统控制信号）进行识别译码，首先接收到二组正确的逻辑信号时，PCM就产生一个启动信号开始上传一帧数据，上传完毕自动复位，仪器又等待下一组启动信号的到来并上传数据，也就是每接收一次控制信号就上传一帧21个字的数据信号。 原理描述 对计算机发送的逻辑信号，以往的方法是用分立CMOS元件进行译码，具体电路如图一所示： 图一 分立元器件电路原理图 其中信号1、信号2是经极性分离后的逻辑控制信号，信号3为上传完数据后其它电路送来的复位信号，信号4为放大的逻辑控制信号，信号5、信号6为送到其它仪器的控制信号。电路对信号1和信号2进行译码，当计算机发送的是一个正确的逻辑控制信号时启动信号变为低电平，解除对系统的复位状态，经过一个4ms的延时后开始上传数据，数据是在逻辑信号1100的2个0之间的52ms内传送的，传送完数据后信号3送来一个高电平复位信号使启动信号的高电平为低电平，系统停止上传数据，具体波形图如图二所示,其中所有脉宽均为1ms。 图二 分立元器件输入输出波形图 图二中，为防止长时间工作引起的电缆充电，计算机发送的逻辑控制信号用+V代表“1”，用-V代表“0”，因此可看作是逻辑0110序列，由于D11（CD4094）刚加电有个初始状态，所以当第二组逻辑控制信号0110送来时（即D11的输出，电路才在这个0110的第一个0之后4ms产生一个启动信号，开始上传数据信息，在以后每来一个0110，系统就在此时上传一帧数据，4ms延时是由D10(CD4538) 的RC管脚上的电阻电容决定的（40K×0.1U＝4ms），这个4ms是从检测到上升沿时开始计时的，用于其它仪器在此时的数据传送；此外D10还有一个作用就是在数据上传期间3脚被禁止，从而禁止D11的3脚产生时钟（上传的数据同时也加在D11的输入上），这样通过对时钟信号的禁止避免了数据对译码器的干扰。由以上的分析我们不难看出，采用分立元件进行译码，不但电路繁琐、维修复杂、不利于技术必威体育官网网址，而且由于仪器通常工作在高温高压强腐蚀性的恶劣环境中，过多的使用分立元件也使电路的可靠性大大降低。 单片机的实现方法 3.1单片机选择 考虑到仪器受空间的影响和设备的实用性，我们选择了Cygnal公司推出的C8051F005芯片，此芯片是完全集成的混合信号系统级芯片（SOC），具有与传统8051兼容的Cygnal公司的专利CIP-51微控制器内核，与MCS8051指令完全兼容。提供22个中断源和7个复位源，除了具有传统8051微处理器的功能外，它还包括有其它功能：ADC、可编程增益放大器、DAC、电压比较器、电压基准、温度传感器、SMBus/I2C、UART、SPI、定时器、可编程计数器/定时器阵列（PCA）、内部振荡器、看门狗定时器及电源监视器等。它的优点也十分突出：如指令执行速度大大提高，机器周期最快可以为1个时钟周期，全指令集运行速度平均为原来的9.5倍；具有支持FLASH程序存储器的基于JTAG接口的在系统编程能力，使得传统的8位单片机仿真调试实现彻底的变革；另外还有I/O从固定方式到交叉开关的配置；片内设置一个可编程的时钟振荡器（无需外部器件）等等，如此多的功能为以后功能的扩展奠定了基础，如仪器内部在井下的温度探测、取代现有仪器中的ADC、定时控制电路等。 3.2硬件原理设计 硬件电路设计如图三（示意图）所示 图三 单片机改进原理图 如图，将图二中的信号2从P3.3（INT1）脚输入，信号1从P3.2（INT0）脚输入，P1.5输出为图一中的“启动信号”，P1.0、P1.1、P1.2、P1.3的输出经CD4066变换后2脚输出为图二中的信号6，10脚为图二中的信号5，和原电路相比器件大大减少，这对测井设备有限的空间十分有利。 3.3软件原理设计 软件设计以查询法为例加以说明，采用汇编语言进行源程序的编写。首先是对芯片初始化，考虑到芯片在刚上电操作时默认为内