到的数据与单片机U14发送的数据不一致，单片机可以判断存在发送冲突，单片机便退出发送状态，进入接收状态，等待总线空闲时重新发送数据。
[0034]CAN收发器U15采用差分方式进行通信，将具有差分发送和接收功能的两个总线端与CAN总线连接，总线两端并联一个匹配电阻R43，一般为120欧姆。高频信号传输时，信号波长相对传输线较短，信号在传输线终端会形成反射波，干扰原信号，在传输线末端加终端电阻，使信号到达传输线末端后不反射，并且提高了数据传输时的抗干扰能力和可靠性。在上位机开发出CAN通讯界面，将控制系统的信息在CAN通讯界面上显示出来。
[0035]图3为图1所示伽马能谱测井通讯电路中CAN总线的标准帧格式示意图。在标准帧格式里，CAN通讯帧包括:数据帧、远程帧、出错帧、超载帧，如图3所示，CAN的数据帧包括帧起始、仲裁段、控制段、数据段、循环冗余校验码CRC段、ACK段和帧结束。
[0036]在编程时，首先要对CAN通讯协议里的每一帧针对上述7段信息进行配置，然后发送数据。
[0037]图4为图1所示伽马能谱测井通讯电路中CAN通讯电路实现程序流程示意图。通过C语言编程可实现上位机向单片机发送指令，单片机收到指令向上位机发送数据的过程这些指令和数据可以在上位机的CAN通讯界面上显示出来。如图4所示，该CAN通讯电路的工作流程如下:
[0038]步骤S401、开始进程；
[0039]步骤S402、对单片机的时钟和端口进行配置，用于提供工作时钟和确定端口状态；
[0040]步骤S403、CAN初始化，用于初始化CAN外围设置，配置CAN收发器的传出速率，为消息对象配置信息；
[0041]步骤S404、单片机自动中断，接收指令；
[0042]步骤S405、单片机判断接收指令标志是否为I ;若是1，则执行步骤S406，若不是1，则执行步骤S408 ；
[0043]步骤S406、单片机发送数据后，执行步骤S407 ;
[0044]步骤S407、判断是否等待接收指令；若是，则再次执行步骤S405，若否，则重复执行步骤S407 ；
[0045]步骤S408、结束进程。
[0046]图5为图1所示的伽马能谱测井通讯电路中单片机与FPGA之间的UART通讯电路结构示意图。如图5所示，该UART通讯电路包括单片机U14与FPGAU20H。由于UART通讯接口固定为单片机U14的P0.4管脚和P0.5管脚，所以图5中单片机U14的接口 P0.4 (UART0_T)和 P0.5 (UART0_R)分别和 FPGA 中 UART0_T 和 UART0_R 相连。
[0047]其中，UART收发器包括:发送模块、接收模块、波特率产生模块。发送模块用于接收单片机发送的指令，把数据按UART通讯协议输出，首先输出一个低电平的起始位，然后从低到高输出8个数据位，接着是可选的奇偶校验位，最后是高电平的停止位。接收模块用于完成实时检测线路，当线路产生下降沿时，即认为线路有数据传输，启动接收数据进程进行接收数据，按从低位到高位接收数据。波特率产生模块实质是分频器，用于为单片机U14和FPGA U20H之间的通讯提供时钟信号。
[0048]用Verilog HDL语言和C语言分别编程完成FPGA U20H和单片机U14之间UART收发器的设计，使两者之间通过UART进行通讯。此时需注意单片机中UART收发器通讯设置的波特率和FPGA中UART收发器通讯设置的波特率需保持一致才能进行UART通讯。最终实现单片机U14向FPGA U20H发送指令，FPGA U20H收到指令向单片机U14发送数据。
[0049]图6为图1所示伽马能谱测井通讯电路中单片机与FPGA之间的UART通讯帧格式示意图。
[0050]UART作为异步串口通信协议的一种，工作原理是将传输数据的每个字符一位接一位地传输，其通信协议采用1+8+1+1/1.5模式。如图6所示，UART通讯帧格式包括I个比特的起始位，8个比特的数据位，I个比特的校验位，I个比特或1.5比特的停止位，其余的为空闲位；起始位为低电平，停止位为高电平，空闲位为高阻状态。
[0051]本实用新型的通讯电路不仅实现了最大限度的共享测井数据，提高信息实施处理能力，而且与传统自然伽马能谱测井电路相比减少了硬件和连线规模。其中，CAN通讯和UART通讯都具有各自的优点。单片机与上位机之间采用CAN通讯，具有高速的数据传输速率IMbit/s，而且能够检测出错误，具有很高的抗干扰能力；FPGA与单片机之间采用UART通讯，可以实现全双工传输和接收。
[0052]以上所述的【具体实施方式】，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的【具体实施方式】而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.一种伽马能谱测井通讯电路，其特征在于，包括:单片机、上位机和现场可编程门阵列FPGA，其中， 所述单片机与所述上位机通过第一总线连接，所述上位机通过所述第一总线向所述单片机发送指令；所述单片机收到指令后通过所述第一总线向所述上位机发送数据； 所述单片机与所述FPGA通过第二总线连接，所述单片机通过所述第二总线向所述FPGA发送指令；所述FPGA收到指令后通过所述第二总线向所述单片机发送数据。2.根据权利要求1所述的通讯电路，其特征在于，所述第一总线为控制器局域网络CAN总线，所述CAN总线设置有CAN收发器，所述单片机的第一管脚和第二管脚分别与所述CAN收发器相应的第一通讯管脚和第二通讯管脚相连。3.根据权利要求2所述的通讯电路，其特征在于，所述CAN收发器具有差分发送和接收功能的两个总线端口，所述两个总线端口分别连接所述CAN总线，与所述两个总线端口连接的两条CAN总线并联一个匹配电阻。4.根据权利要求2所述的通讯电路，其特征在于，所述CAN总线的通讯帧包括:数据帧、远程帧、出错帧、超载帧，其中，所述数据帧包括帧起始、仲裁段、控制段、数据段、循环冗余校验码段、应答段和帧结束中的一种或多种；在编程时，针对所述CAN总线中的一个或多个通讯帧进行配置后，发送数据。5.根据权利要求1所述的通讯电路，其特征在于，所述第二总线为通用异步收发传输器UART总线，所述单片机的第三管脚和第四管脚分别与所述FPGA中相应的第一通讯管脚和第二通讯管脚相连。6.根据权利要求5所述的通讯电路，其特征在于，所述UART总线设置有UART收发器，所述UART收发器包括:发送模块，接收模块和波特率产生模块；其中， 所述发送模块，用于在接收到指令后，把相应的数据按UART通讯协议输出；其中，先输出I个低电平的起始位，然后从低到高输出8个数据位，然后输出可选的奇偶校验位，最后输出高电平的停止位； 所述接收模块，用于实时检测线路，接收数据；其中，当有数据传输时，启动接收数据进程，按从低位到高位接收数据； 所述波特率产生模块，用于为所述单片机和所述FPGA之间的通讯提供时钟信号。7.根据权利要求6所述的通讯电路，其特征在于，所述单片机中所述UART收发器通讯设置的波特率和所述FPGA中所述UART收发器通讯设置的波特率需保持一致。8.根据权利要求6所述的通讯电路，其特征在于，所述UART通信协议采用1+8+1+1/1.5模式，其中，起始位包含I个比特位、数据位包含8个比特位、校验位包含I个比特位、停止位包含I个或1.5个比特位，其余的为空闲位。9.一种伽马能谱测井系统，其特征在于，包括如权利要求1所述的通讯电路。
【专利摘要】本实用新型涉及一种伽马能谱测井通讯电路及其系统，该通讯电路包括：单片机、上位机和现场可编程门阵列FPGA，其中，单片机与上位机通过第一总线连接，上位机通过第一总线向单片机发送指令；单片机收到指令后通过第一总线向上位机发送数据；单片机与FPGA通过第二总线连接，单片机通过第二总线向FPGA发送指令；FPGA收到指令后通过第二总线向单片机发送数据。本实用新型的通讯电路不仅可以最大限度的共享测井数据，提高信息实施处理能力，而且与传统自然伽马能谱测井电路相比减少了硬件和连线规模。
【IPC分类】G05B19/042
【公开号】CN204945702
【申请号】CN201520569469
【发明人】马卫卫, 徐德龙, 贺洪斌, 汪正波, 张铮, 王秀明
【申请人】中国科学院声学研究所
【公开日】2016年1月6日
【申请日】2015年7月31日