自人類進(jìn)入工業(yè)社會(huì),石油在社會(huì)發(fā)展上起到了無(wú)可替代的作用,成為了工業(yè)社會(huì)的“血液”。石油普遍深藏在地層中,需要使用各種技術(shù)手段來(lái)探測(cè)、挖掘。提高石油探測(cè)的準(zhǔn)確度、開(kāi)采效率,研制高水平的測(cè)井儀器,對(duì)于勘探新油田、提高石油開(kāi)采量乃至保障國(guó)家發(fā)展都有重要的意義。在石油測(cè)井領(lǐng)域中,井周成像測(cè)井是一個(gè)重要的分支。井周成像測(cè)井能夠以直觀的井壁圖像來(lái)反應(yīng)石油井的狀況,可以清晰明了地看到井壁上裂隙與孔洞的發(fā)育情況,是評(píng)價(jià)石油井的重要手段。井周成像測(cè)井領(lǐng)域中主要使用的測(cè)井方法有超聲成像法與微電阻率掃描法,其中超聲成像法具有分辨率高、成像直觀、攜帶信息多等優(yōu)點(diǎn)。本文主要論述井周超聲成像儀主控系統(tǒng)的硬件電路及軟件程序設(shè)計(jì)。首先總結(jié)井周成像領(lǐng)域近年來(lái)國(guó)內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀與研究態(tài)勢(shì),從井周超聲成像儀的儀器結(jié)構(gòu)上進(jìn)行分析,闡明儀器的工作原理。其次,從儀器的功能需求出發(fā),闡述井周超聲成像儀主控系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案,分析儀器的工作流程。然后分別從儀器主控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)與軟件設(shè)計(jì)兩個(gè)方面來(lái)描述具體的設(shè)計(jì)方案,闡明各個(gè)模塊的工作原理以及功能。從井周超聲成像儀主控系統(tǒng)的功能需求出發(fā),硬件設(shè)計(jì)以PIC單片機(jī)加FPGA為主處理核心。... 

【文章來(lái)源】：電子科技大學(xué)四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

測(cè)井點(diǎn)分布曲線圖

DQ3RESET#/DNUDNUDNUDNUS#DQ1DQ0VSSW#/DQ2FCS_BFLASH FPGAD03D01D00D02DNGD 圖 3-3 Flash 芯片電路連接圖 如圖 3-3 所示，CCLK 為 FPGA 的程序加載時(shí)鐘輸出引腳，F(xiàn)CS_B 為片選引腳，用于使能 Flash 芯片。本方案使用的 FPGA 加載程序模式為主 SPI Flash 串行模式，即 FPGA 在上電后主動(dòng)從外部的 SPI Flash 芯片中加載 bit 流文件，從而配置內(nèi)部邏輯。FPGA 上電后相關(guān)信號(hào)電平變化如圖 3-4 所示。

電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文20主控系統(tǒng)與地面系統(tǒng)通信編碼采用Manchester編碼，Manchester編碼是一種雙極性編碼，相對(duì)于NRZ碼（不歸零碼），Manchester編碼的特點(diǎn)是其利用信號(hào)傳輸時(shí)的電平變化來(lái)代表邏輯0與1，信號(hào)電平從低電平變成高電平時(shí)，則代表邏輯0，信號(hào)電平從高電平變成低電平時(shí)，則代表邏輯1[21]。相同的數(shù)據(jù)，分別使用Manchester編碼與NRZ碼編碼所對(duì)應(yīng)的具體波形如圖3-5所示。圖3-5NRZ碼與Manchester碼波形對(duì)比圖NRZ碼與Manchester碼分別有各自的優(yōu)勢(shì)，適用于不同的場(chǎng)合，優(yōu)缺點(diǎn)如下：NRZ碼的優(yōu)點(diǎn)在于解析簡(jiǎn)單，借助對(duì)應(yīng)的同步時(shí)鐘信號(hào)，接收方根據(jù)相應(yīng)數(shù)據(jù)協(xié)議能夠輕松解析出所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。NRZ碼的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是其波特率與比特率是1:1的，在信號(hào)調(diào)制速率有限的情況下，使用NRZ碼的編碼效率更高，傳輸速率更快。NRZ碼的缺點(diǎn)是當(dāng)信號(hào)傳輸電平長(zhǎng)時(shí)間為高時(shí)，會(huì)出現(xiàn)電荷積累現(xiàn)象，而且也需要發(fā)送接收雙方的時(shí)鐘保持同步，否則就會(huì)接收方解碼錯(cuò)誤的現(xiàn)象。井下環(huán)境復(fù)雜惡劣，地面系統(tǒng)與井下測(cè)井電路之間的通信距離可達(dá)上千米，這種NRZ通信編碼顯然不適用[22]。Manchester碼的優(yōu)點(diǎn)在于不需要額外的同步時(shí)鐘，在固定的碼率下，本身使用信號(hào)的跳變沿進(jìn)行同步，在遠(yuǎn)距離傳輸場(chǎng)合比較穩(wěn)定，適合井下測(cè)井電路與地面通信系統(tǒng)使用。其缺點(diǎn)在于波特率和比特流2:1，編碼效率為50%[23]。調(diào)制速率相同情況下，數(shù)據(jù)傳輸速率僅為NRZ碼的一半。為了降低主控系統(tǒng)的功耗，主控系統(tǒng)不使用傳統(tǒng)的硬件Manchester編解碼芯片HD6408與HD6409，而使用主控系統(tǒng)自帶的FPGA芯片，利用VerilogHDL硬件描述語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)曼碼編解碼功能。為了實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離穩(wěn)定傳輸并隔離終端故障，主控系統(tǒng)在通信電路前端添加了信號(hào)處理電路，主控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)發(fā)送前端添加了上行調(diào)理電路?

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
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本文編號(hào)：3255032