基于dsPIC30F6010A实现3516适配短节

本文介绍以dsPIC30F6010A单片机为核心器件，充分利用单片机的自身资源，包括定时器、输入捕捉模块、高速运算的特点，实现3516适配短节，用输入捕捉模块实现曼码的软件编解码，定时器实现5道计数，A/D采集等在硬件和软件设计做了详细论述。

【关键词】dsPIC30F6010A 3516 曼码 软解码 软编码

3516适配短节是5700井下仪器挂接3700仪器的中间短节，可以下挂电阻率仪器、脉冲类仪器和井径仪器，同时也是测量5700电法的必备遥传短节。进口3516适配短节是在90年代设计，通讯方式M2（曼彻斯特码）编解码采用专用芯片HD-15530实现，模拟道和脉冲道测量电路复杂，系统维护成本提高。考虑到目前单片机功能不断提高，内置外设不断丰富，完全可以采用新型单片机来实现M2曼码的软编解码功能，采用单片机内部计数器做为脉冲信号计数，利用单片机控制片外A/D和多路开关实现对模拟信号的多路采集。基于dsPIC30F6010A单片机实现3516仪器设计，电路简单，易于维护。

1 dsPIC30F6010A简介

Microchip公司的dsPIC30F6010A是高性能的16位数字信号控制器（DSC），包括有广泛的DSP功能和高性能的16位微控制器（MCU）架构。dsPIC30F6010A处理器采用改进的哈佛架构，具有独立的程序和数据存储器总线。该单片机的主要资源包括： 144KB FLASH，8KB RAM，4KB EEPROM；工作速度最高可达30MI/s；5个16位定时器/计数器；16位捕捉输入功能；2个UART、2个SPI、1个I2C总线和2个CAN总线；最大I/O引脚数为68个。

2 仪器硬件

系统以dsPIC30F6010A单片机为主控芯片，利用片内资源，实现M2曼码编解码，模拟信号采集，脉冲信号计数和仪器工作模式切换等功能。具体为：利用片内输入捕捉模块实现M2命令软解码；利用片内定时器2和I/O口RE5、RE7脚输出，实现M2数据软编码；利用片上I/O和外部数据总线，通过控制片外A/D实现10道模拟信号的采集；利用片内5个计数器实现5道脉冲测量；通过片上I/O口控制继电器实现仪器工作状态的切换。

工作原理：

（1）M2命令处理：M2（曼码）命令从命令总线引入至变压器，经DS78C20J处理成标准曼码UDI信号，然后送到单片机输入捕捉模块的CEX0脚，并触发输入捕捉模块0中断，在中断响应程序记录相邻触发时间差，单片机程序根据M2格式进行软解码。根据接收到命令字（命令的第一个字）的高8位，判断是否为3516命令（0x14xx或0x00xx），单片机执行相应的处理程序。命令字包括数据采集命令、数据发送命令、刻度命令（包括零刻、高刻、测井）和仪器状态命令。

（2）M2数据发送：当3516仪器收到数据发送命令时，单片机进入数据发送子程序，根据曼码特性进行编码，用RE口产生曼码信号BZO、BOO和控制信号MR，最后经DS1633H和变压器发送M2格式数据。曼码信号经M2数据总线，输出至3514仪器。

（3）数据采集：当数据采集命令送至3516仪器后，仪器对脉冲和模拟信号进行采集和处理。5道脉冲信号经整形后，进入片内计数器（16位计数方式）进行计数。脉冲计数时，单片机先停止计数器工作，然后读取寄存器数据，取完数据后清零计数器寄存器，然后进入下个计数周期，再重新开始计数。采集的脉冲道数据存储到片内RAM中，并按3516数据格式存放。10道模拟信号经低通滤波处理、增益放大和多路开关后，送到A/D（AD976），单片机通过数据总线读取A/D采集到的数据。由于只有一个A/D芯片，单片机采用分时方式对每道依次采集，并自动选择通道增益（2倍或16倍）。采集的模拟道数据存储到片内RAM中，并按3516数据格式存放。

（4）工作模式设置：在3516仪器中，工作模式有多种，如刻度、换挡等。单片机利用内部的P2口，通过对继电器控制，实现工作模式的切换。

3 软件设计

在dsPIC30F6010A软件中，支持C语言和汇编语言编程，为了增加程序的可移植性和可读性，本次设计使用C语言编程。

程序先解码M2命令，当命令是3516命令时，即Cmd_Flag=1，执行相应的子程序，完成命令响应。主程序的流程图如图1所示。

在软件设计中，曼码的软编解码编程核心，下面主要介绍这两部分。

3.1 M2命令解码

M2命令解码利用dsPIC30F6010A中的输入捕捉模块0（边沿触发捕捉模式）来实现对M2命令的捕获。曼码数据经电路整形成UDI信号，其在上升沿和下降沿时触发CEX0的中断，程序根据相邻上升沿、下降沿的时间差，先找出命令同步头，再解码16位命令数据和校验位。先根据校验位判断解码是否正确，再根据命令字判断数据是否为3516命令，如果两者都正确，则设置命令到达标志。M2命令解码流程图如图2所示。

在图2中，S1-S7，代表当前命令解码状态（status）。Thiswide_num表示相邻触发沿的时间差，数值代表半位的个数，比如Thiswide_num=3代表3个半位。数据Bit_Cnt表示解码数据位个数，当Bit_Cnt=16时，表示命令数据解码完成。当CmdSync_Flag=1代表奇偶校验位正确，表示解码成功。解码具体过程如下：

在初始化时，将状态设置为S1。当有脉冲沿触发中断时，中断响应程序先计算Thiswide_num，，根据status状态进入相应的处理程序，同时把当前捕获时间（IC0TIME_now）保存为上次时间（IC0TIME_last）。

（1）当status=S1状态时：如果是上升沿触发，置status=s2；如果是下降沿触发，则不变。

（2）当status=S2时，当触发沿为上升沿并且Thiswide_num=3时，代表找到第一个同步头，status=S3。

（3）当status=S3状态时，当触发沿为下降沿并且Thiswide_num=3或Thiswide_num=4时，代表找到第二个同步头，到此命令同步头解码完成。当Thiswide_num=3时，置status=S4，说明到了第一个数据位的开始位置；当Thiswide_num=4时，置status=S5，表示到了第一个数据位的中间位置，开始取数，Bit_Cnt++。

（4）当status=S4状态时，当Thiswide_num=l，表示到了数据位的中间位置，开始取数，Bit_Cnt++。如果Bit_Cnt=16时，代表16位命令数据解码完成，置status=S6，否则置status=S5。

（5）当status=S5状态时，当Thiswide_num=1，表示到了数据位开始位置，置status=S4；当Thiswide_num=2，表示到了数据位的中间，开始取数，Bit_Cnt++。如果Bit_Cnt=16时，代表16位命令数据解码完成，置status=S6，否则置status=S5。

（6）当status=S6状态时，当Thiswide_num=1，代表在奇偶校验位开始，置status=S7；当Thiswide_num=2，代表在奇偶校验位中间，取奇偶校验位，然后判断校验位是否，如果正确，代表解码成功，设置CmdSync_Flag=1，并且置status=S1，进入下一个命令解码循环。

（7）当status=S7状态时，代表在奇偶校验位中间，取奇偶校验位，然后判断校验位是否，如果正确，代表解码成功，设置CmdSync_Flag=1，并且置status=S1，进入下一个命令解码循环。

3.2 M2数据编码

利用dsPIC30F6010A的定时器2进行精准计时，通过单片机的I/O口发送需要的高低电平，来实现M2数据编码功能。将片内定时器2设置为软件定时器模式，定时时间是半位宽度时间（即12微秒），在定时器中断响应程序中发送半位电平。

在曼码格式中，数据同步占6个半位（即000111），一位数据占两个半位（数据1为10，数据0为01），奇偶校验位也占两个半位。编码数据发送时，先发射数据同步，再取数据（从高位到低位），然后发射奇偶校验位，形成BOO和BZO信号。为保证发送频率稳定，软件程序开定时器之前时，先将数据以字为单位，按半位（12微妙）为周期转换一个34字节数组，用0x00代表输出低电平，用0x01代表输出高电平。在片内定时器2中断响应程序中，只需查询数组当前字节状态，选择输出高低电平。

4 结束语

本文介绍的基于dsPIC30F6010A实现3516适配短节，充分利用单片机自身资源，实现了M2（曼码）的软编解码，同时也实现了10道模拟信号A/D采集，5道脉冲信号采集和继电器控制，电路十分简单，易于维护，所列程序都实际应用于3516仪器中，思路清晰、完整可靠，为3516设计者提供一个新的思路。

参考文献

[1]BakerAtlasAPR1L.3516XA WTS Slam Adapter.1998.

[2]Microchip.dsPIC30F6010A/6015Data sheet[DB/OL].http：//ww1.microchip.com/downloads/cn/DeviceDoc/cn530931.pdf.

[3]李媛媛，孙敬华，曹丙霞.基于AD7862和dsPIC30F的数据采集系统[J].电子设计工程，2010，18（2）.

[4]马秀妮，梁羽佳.曼彻斯特码地面解码方法与实现[J].石油仪器，2009，23（4）.

作者简介

车行（1984-），男，2006年毕业于西安电子科技大学，获得大学本科学历。现为中电科22所工程师，从事硬件设计工作。

作者单位

中国电子科技集团公司第二十二研究所 河南省新乡市 453003