1、 本科生畢業(yè)設(shè)計鉆井傾斜角及方位角微機(jī)測量儀digital instrument of dip angle and azimuth of drilling學(xué)生姓名霍兆權(quán)所在專業(yè)電氣工程及其自動化所在班級電氣1081申請學(xué)位工學(xué)學(xué)士指導(dǎo)教師劉丹職稱副教授副指導(dǎo)教師職稱答辯時間2012 年 6 月 2 日目 錄設(shè)計總說明IINTRODUCTIONII第一章 緒論11.1鉆井測量系統(tǒng)研究的意義11.2鉆井測量系統(tǒng)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1國內(nèi)鉆井測量系統(tǒng)研究現(xiàn)狀2國外鉆井測量系統(tǒng)研究現(xiàn)狀21.3本文主要的研究內(nèi)容3第二章 系統(tǒng)總體設(shè)計42.1系統(tǒng)總體方案42.2傳感器類型選擇42.3單片機(jī)選擇62.4數(shù)據(jù)傳

2、輸方式選擇7第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計83.1硬件設(shè)計整體方案83.2硬件各部分設(shè)計8單片機(jī)最小系統(tǒng)電路8USB-TTL驅(qū)動電路10T-Flash驅(qū)動電路11L3G4200D驅(qū)動電路12MMA7455驅(qū)動電路13電源電路14第四章 下位機(jī)軟件設(shè)計及調(diào)試154.1下位機(jī)軟件整體方案設(shè)計154.2軟件各模塊設(shè)計16STC12C5608AD的SPI模塊16MMA7455讀寫模塊18L3G4200D讀寫模塊19T-Flash卡讀寫模塊23內(nèi)部EEPROM模塊24串口通信及下位機(jī)通信協(xié)議模塊26定時采集模塊29第五章 上位機(jī)軟件設(shè)計325.1上位機(jī)整體方案設(shè)計325.2上位機(jī)各模塊設(shè)計33上位機(jī)界面設(shè)計及控件

3、使用33串口接收數(shù)據(jù)和配置下位機(jī)33數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換及存儲35數(shù)據(jù)濾波36數(shù)據(jù)處理36出錯處理38第六章 系統(tǒng)樣機(jī)測試406.1系統(tǒng)樣機(jī)測試總體方案406.2上位機(jī)和下位機(jī)聯(lián)合測試40下位機(jī)數(shù)據(jù)校正和傳輸40下位機(jī)配置設(shè)置41上位機(jī)數(shù)據(jù)濾波及處理42出錯處理調(diào)試42第七章 設(shè)計總結(jié)43鳴 謝44參考文獻(xiàn)45附 錄46附錄 A46A1 元件清單46A2 下位機(jī)原理圖47A3 系統(tǒng)硬件連接圖48附錄 B49B1 下位機(jī)程序代碼49B2 上位機(jī)程序代碼62設(shè)計總說明數(shù)字化數(shù)據(jù)采集和存儲可以提高數(shù)據(jù)的處理效率和可靠性，很多優(yōu)秀的數(shù)據(jù)處理算法也可以比較方便的實現(xiàn)。本文針對傳統(tǒng)鉆井傾角和方位角以照相和人工處理

4、繁瑣方法加以大大的改進(jìn)，提出使用數(shù)字式三軸陀螺儀和數(shù)字式三軸加速度傳感器，實時測量鉆井相應(yīng)深度下的傾斜角和方位角?？紤]到測量過程中采用有線或無線傳輸數(shù)據(jù)的困難及高成本，轉(zhuǎn)而采用大容量的TF卡來離線記錄數(shù)據(jù)，從而大大簡化數(shù)據(jù)傳輸及存儲的問題。本系統(tǒng)由8位單片機(jī)STC12C5608AD為控制核心，采用L3G4200D數(shù)字式3軸陀螺儀，MMA7455數(shù)字式3軸加速度傳感器，以一定的下降速度，通過設(shè)定采集時間的方法，對一定深度的鉆井通過定時測量來測量出整個鉆井各個部分的傾斜角和方位角的信息，并采用特殊格式記錄到TF卡，采集完成可以通過串口或讀卡器上傳數(shù)據(jù)到電腦上，使用相應(yīng)的上位機(jī)處理數(shù)據(jù)。由于單片機(jī)只

5、需完成采集和記錄數(shù)據(jù)的功能，不需要進(jìn)行對硬件要求很高的各種浮點運(yùn)算，大大簡化下位機(jī)的設(shè)計和成本。本設(shè)計可以在陸上或海上復(fù)雜電磁環(huán)境的鉆井平臺上。關(guān)鍵詞： 傾斜角；方位角；陀螺儀；加速度傳感器；上位機(jī)INTRODUCTIONDigital data acquisition and storage can improve the data processing efficiency and reliability, many excellent data processing algorithm can also be more convenient realization. This artic

6、le in view of the traditional drilling to take a picture and azimuth Angle and artificial processing method can greatly improve red tape, and puts forward three axis gyro and use digital digital three axis acceleration sensors, real-time measuring drilling depth of the dip Angle and the correspondin

7、g azimuth Angle. Considering the measuring process using wired or wireless data transmission difficulty and high cost, in turn, the capacity of the TF card to record data and, thus greatly simplified data transmission and storage problem.The system is composed of eight STC12C5608AD microcontroller a

8、s control core, the L3G4200D digital 3 axis gyro, MMA7455 digital 3 axis acceleration sensors, down at a certain speed, through the method of setting the collection period, to certain depth of drilling through the timing measurements to measure the whole drilling all aspects of the dynamically azimu

9、th of information, and the use of special format record to the TF card, collect the complete can through a serial port or deposit card reader data to a computer, use the corresponding PC processing data. Because single chip just completed acquisition and record the data function, do not need to unde

10、rtake all kinds of high demand for hardware of floating point calculation, which can simplify the design of a machine under and cost. This design can on land or at sea the electromagnetic environment of complex drilling platforms.KEYWORDS: dip angle ；azimuth ；gyroscope sensor ；acceleration sensor ；u

11、pper computer 畢業(yè)設(shè)計題目電氣工程及其自動化，200811631114，霍兆權(quán)指導(dǎo)教師：劉丹第1章 緒論1.1 鉆井測量系統(tǒng)研究的意義鉆井測量系統(tǒng)主要任務(wù)是測量鉆井的傾斜角和方位角。通常是先完成一部分作業(yè)，達(dá)到一定深度后，測量傾斜角和方位角是否符合設(shè)計的要求，然后繼續(xù)完成剩下的作業(yè)。當(dāng)然更高的技術(shù)是采用實時測量，從而對鉆頭位置設(shè)置閉環(huán)，達(dá)到自動高精度的鉆井。在4500m以下的深井、超深井以及高陡構(gòu)造、易斜難鉆地區(qū)的油氣直井鉆探中，垂直鉆井技術(shù)是決定鉆井質(zhì)量高低的一項關(guān)鍵技術(shù)1。對鉆井的傾斜角及方位角測量十分重要。井斜是指一口井偏離了鉛直線。它是鉆井工程中的經(jīng)典問題，直接影響著鉆井

12、井身質(zhì)量和鉆井速度。井斜的危害隨著井深的增加而愈加嚴(yán)重。例如，使井眼偏離設(shè)計井位，使地質(zhì)資料失真，引發(fā)諸如卡鉆、鉆柱磨損折斷等工程事故，影響固井質(zhì)量等，最終使得油氣鉆采周期延長、成本增加。因此對于直井的井身質(zhì)量通常都有井斜角、井斜變化率和井底水平位移的要求，國外井斜控制標(biāo)準(zhǔn)主要是限制井眼斜率，國內(nèi)主要是以井斜角和方位角作為控制標(biāo)準(zhǔn)，對于定向井尤其是叢式井組的直井段，井斜角的要求更高2。從20世紀(jì)20年代開始，經(jīng)歷了氫氟酸加浮動磁針、機(jī)械照相、陀螺儀式測斜儀，由于早期的測斜儀存在著精度低、只能單點測量、測量周期長、抗擾動性能差等缺點，目前一種以磁通門傳感器與重力加速度傳感器為主的新一代鉆井測斜儀

13、出現(xiàn)。然而其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，安裝困難，很難保證安裝誤差控制在要求的范圍內(nèi)3。通過采用3軸加速度傳感器，陀螺儀，地磁場傳感器，可以通過卡爾曼濾波等濾波算法可以得到高精度的傾斜角和方位角數(shù)據(jù)。但由于鉆井地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，電磁場干擾極大，地磁場傳感器測量數(shù)據(jù)不能用作對陀螺儀的測量結(jié)果進(jìn)行修正，所以只能采用對陀螺儀的數(shù)據(jù)濾波，重力傳感器修正的方法提高動靜態(tài)特性。本設(shè)計的研究對鉆井測量系統(tǒng)的效率和精度的提高有十分重要的意義。1.2 鉆井測量系統(tǒng)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1 國內(nèi)鉆井測量系統(tǒng)研究現(xiàn)狀在上世紀(jì)80年代以前，我國主要依賴國外的測斜儀器，然而費(fèi)用高、維修周期長，卻從客觀上刺激了我國測斜儀的研制工作。進(jìn)入90

14、年代，以精密機(jī)械、電子技術(shù)、計算機(jī)應(yīng)用為基礎(chǔ)的新穎的鉆井測斜儀陸續(xù)在國內(nèi)問世。1993年北京石油勘探開發(fā)科學(xué)研究院與航天部33設(shè)計研究所研制出我國第一代有線隨鉆測量儀（50型）。該系統(tǒng)可適時地測量傾斜角、方位角、裝置角、地磁傾角、地磁場強(qiáng)度、井底環(huán)溫和井深，并可打印記錄4。該系統(tǒng)也成功地在華北油田和冀東油田完成定向井5口。在2000年三季度西安石油勘探儀器總廠也順利完成了DEV43XA井斜測井儀的制造，其測量核心采用的是三個磁力計和三個加速度計作為井斜角和方位角的測量儀器5。2000年以來，鄭州士奇測控技術(shù)有限公司開發(fā)了FDZ一50×32型自浮式電子單多點測斜儀。它是一種先進(jìn)的磁性測

15、斜儀，可以替代機(jī)械單點和自浮式機(jī)械單點測斜儀，既能測單點，又能測多點它使用三軸磁力計和雙軸重力加速度來測量井斜角和方位角。蘭州科慶儀器儀表有限責(zé)任公司的組合式井斜方位多功能測井儀6。2003年08月08號申請專利。組合式井斜方位多功能測井儀是由一個撓性陀螺儀、一個框架陀螺儀與三個加速度計配接而成。撓性陀螺儀與三個加速度計配接完成儀器的傾斜角、方位角、方向角的點測量?？蚣芡勇輧x與三個加速度計完成傾斜角、方位角、方向角的連續(xù)測量，并以高精度的撓性陀螺的點測方位初始化框架陀螺的初始方位并消除框架陀螺的漂移。05年中國石化集團(tuán)勝利石油管理局鉆井工藝研究院也研制出了井斜及方位伽馬隨鉆測量儀7。并申請專利

16、。該儀器將方位伽馬測量功能與井斜測量功能集成在同一個短節(jié)中，因此在鉆井過程中，不但能夠?qū)崟r測量地層巖性，還能夠分辨上下界面巖性特征，有效發(fā)現(xiàn)儲層的上部蓋層，捕捉進(jìn)入油氣儲集層的最佳時機(jī)，并且在分辨上下界面巖性特征的同時。能夠?qū)崟r無滯后測量該點的井斜及鉆具狀態(tài)，有利于根據(jù)地質(zhì)信息及時調(diào)整井眼軌跡，控制鉆具穿行在油藏最佳位置，適合于在石油工程中進(jìn)行地質(zhì)導(dǎo)向。08年5月26號國內(nèi)首套具有自主知識產(chǎn)權(quán)的多參數(shù)隨鉆測斜系統(tǒng)（CGLWD）也在四川成功應(yīng)用，該系統(tǒng)可以同時測量儀器周圍的側(cè)向環(huán)形電阻率、方位電阻率以及方位自然伽馬等地層地質(zhì)參數(shù)，以及無線隨鉆測量系統(tǒng)測量的井斜、方位、工具面等井眼工程參數(shù)8。1.

17、2.2 國外鉆井測量系統(tǒng)研究現(xiàn)狀從1927年schlumberger兄弟第一次成功在法國實施了電纜測井，人們就有了將其用于“隨鉆”中的想法，隨著隨鉆測井技術(shù)的發(fā)展，對井斜的動態(tài)測量也有了較大的突破，到了60年代后期，Redwine和Osborne開發(fā)出一套“隨鉆單電極電阻率測井”儀器，遙測儀器也應(yīng)用而生并開發(fā)出正泥漿脈沖的機(jī)械式傾角計，來測量井斜角和方位角9。從70年代開始隨鉆測井技術(shù)逐漸受到了人們的充分關(guān)注和發(fā)展，在三十多年間的發(fā)展，隨鉆測量技術(shù)日趨完善，其研制并在現(xiàn)場使用的儀器已達(dá)到了系列化。較為成熟的測量系統(tǒng)更有以下幾種：SlimPulse回收式MWD系統(tǒng)該系統(tǒng)由斯倫貝謝公司開發(fā)，在意大

18、利Villafor2tunaTrecate油田應(yīng)用時，解決了深水平井作業(yè)面臨的高溫、高壓難題，鉆成了井深6421m、井斜角89.6°的水平井，創(chuàng)造了在垂深6062 m、井斜角85°90°的條件下水平鉆進(jìn)184 m的世界紀(jì)錄10。MWD(HEL MWD)系統(tǒng)由Prccision Drilling Computalog公司開發(fā)的用于惡劣環(huán)境的MWD(HEL MWD)系統(tǒng)包括定向探測器、高溫方位伽馬儀、環(huán)境惡劣度測量和井眼環(huán)空壓力探測器，能在180°C、172 MPa的井下環(huán)境中穩(wěn)定工作。目前，該系統(tǒng)已在墨西哥和美國進(jìn)行了廣泛的現(xiàn)場試驗，在鉆井液密度達(dá)1.87

19、 kg/L、井下溫度超過170°C的井中成功作業(yè)11。電磁隨鉆測量系統(tǒng)(EM/MWD)TrendSET該系統(tǒng)由Wealherford公司開發(fā)，2004年1月開始進(jìn)行商業(yè)應(yīng)用。其特點是：可滿足欠平衡環(huán)境下的惡劣鉆井條件或過平衡應(yīng)用的一些基本要求；比常規(guī)MWD工具更可靠、數(shù)據(jù)傳輸速度更快；在高阻層、無水層或鹽層區(qū)域作業(yè)時，地面測量系統(tǒng)能識別并過濾較弱的信號，深井工作能力較強(qiáng)，傳輸深度達(dá)到3292m；經(jīng)過500 h以上的現(xiàn)場試驗，各部件完好無損。Gravity重力MWD系統(tǒng)由美國PathFinder能源服務(wù)公司開發(fā)出的，這套系統(tǒng)采用了一種新的MWD測量方法，不采用磁通門測量方位，而是通過測

20、量兩組加速度計一傳感器之間(相距30.48 m)的底部鉆具組合的固有彎曲來獲得方位的相對變化12。該系統(tǒng)采用高速鉆井液一脈沖遙測技術(shù)，不受磁干擾，對測量時的并下移動極不敏感，可用于不能進(jìn)行正常陀螺測量的工作環(huán)境。適用于套管鉆井、鉆穿套管鞋與套管開窗、重入作業(yè)、具有強(qiáng)磁干擾的地?zé)嵘?、救險井及防碰情況下鉆直井、分支片和繞障井。Gravity重力MWD系統(tǒng)可用于8534.8 m以上深的井13。gMWD系統(tǒng)2005年3月15日，美國科學(xué)鉆井公司開發(fā)出了gMWD系統(tǒng)。該系統(tǒng)摒棄了電纜設(shè)計，將一種高精度的陀螺定向系統(tǒng)集成到MWD中，大大提高了安全性能。在得克薩斯的一臺陸地鉆機(jī)上使用，創(chuàng)造了測量總進(jìn)30.4

21、8×10000m的隨鉆陀螺測量紀(jì)錄。Orienteer MWD無線隨鉆測量儀該測量儀由英國Geolink公司(被Sondex公司收購)生產(chǎn)，自1996年進(jìn)入中國市場以來，已經(jīng)成為國內(nèi)最大的MWD儀器供應(yīng)商。Orienteer2WD采用負(fù)脈沖傳輸方式，具有堅固耐用、工作可靠、抗惡劣環(huán)境，安裝、測試簡單，模塊化設(shè)計，運(yùn)輸方便，維修方便，維護(hù)成本低等特點14。同時國際上三大石油鉆井服務(wù)公司之一哈里伯頓公司自1992年開始商業(yè)性生產(chǎn)FEWD測斜儀一RGD系統(tǒng)之后由于1996年新開發(fā)了“探路者”隨鉆測量系統(tǒng)（High-speeddirectional survey系統(tǒng)），將定向工程參數(shù)傳感器與

22、地質(zhì)參數(shù)測量傳感器相結(jié)合。該系統(tǒng)的主要特點是：耐高溫(150)，耐沖擊(500G)，耐震動(20G)井下裝有側(cè)向振動傳感器，可及時了解井下鉆具所處狀態(tài)。井下儀器采用鋰電池供電，可連續(xù)工作400小時。所有儀器可通過“濕聯(lián)結(jié)”裝置相互聯(lián)結(jié)，以滿足不同作業(yè)需要。所有井下測量短節(jié)均帶有儲存器，測得信息既可以井下儲存，也可隨時傳向地面。1.3 本文主要的研究內(nèi)容本設(shè)計主要研究鉆井方位角和傾斜角的測量，測量方法采用單片機(jī)控制，數(shù)據(jù)需要數(shù)字化，存儲，可視化。工作環(huán)境為溫度-40到+70,傾斜角，設(shè)計方位角精度為，定時測量整個鉆井的傾斜角和方位角。數(shù)據(jù)顯示要求上位機(jī)顯示，有必要的可視化和相應(yīng)的參數(shù)設(shè)置。根據(jù)這

23、個要求，下文針對這個要求提出總體方案，并提供下位機(jī)硬件和軟件，上位機(jī)軟件數(shù)據(jù)處理等等內(nèi)容。最終結(jié)果以下位機(jī)硬件和配套的上位機(jī)程序為課題的最終成果。第2章 系統(tǒng)總體設(shè)計2.1 系統(tǒng)總體方案本設(shè)計主要任務(wù)在于數(shù)據(jù)測量，存儲，處理和可視化顯示。數(shù)據(jù)測量和存儲的任務(wù)由單片機(jī)組成的下位機(jī)來完成，而數(shù)據(jù)處理涉及數(shù)據(jù)標(biāo)度變換，數(shù)字濾波，不同傳感器的數(shù)據(jù)融合濾波，對陀螺儀還要進(jìn)行浮點積分，乘除法運(yùn)算等等，就算采用比較高級的32位單片機(jī)或DSP處理器，都顯得有點吃力，而且開發(fā)也比較復(fù)雜，成本高。所以采用VB編寫的上位機(jī)，把存儲在T-Flsah卡上的數(shù)據(jù)通過串口或者讀卡器上載到電腦上處理，極大的簡化數(shù)據(jù)處理，同時

24、也大大簡化硬件電路和軟件的設(shè)計。圖像化顯示可謂是VB的強(qiáng)項，用VB開發(fā)開發(fā)可視化上位機(jī)可以大大縮短開發(fā)周期。由于本設(shè)計使用的器件比較特殊，在使用比較廣泛的仿真軟件如Proteus，Multisim上找不到相應(yīng)的模型，所以設(shè)計思路采用先對各模塊采用開發(fā)板實現(xiàn)底層驅(qū)動，選擇合適精度的器件或者芯片，然后把各模塊組合在一起，畫電路圖，做實物，以串口為調(diào)試和通信的接口，完成下位機(jī)特定的協(xié)議，把該下位機(jī)當(dāng)做一個測量的器件，在VB的編程里可以看做一個對象，然后以VB的編程思想編寫上位機(jī)處理程序。2.2 傳感器類型選擇傳感器的選擇問題集中在使用模擬式還是數(shù)字式上。模擬式傳感器根據(jù)物理化學(xué)原理把被測量轉(zhuǎn)換為電壓

25、或電流信號，很多都沒有補(bǔ)償和信號處理，必須另外設(shè)計模擬電路加以處理，而且分散性大，舉例來說，如果要用模擬式的電子陀螺儀，3軸的校正就是一個很困難的問題，算法及硬件都變得很復(fù)雜。而采用數(shù)字式傳感器，如L3G4200D，本身帶硬件濾波，可編程補(bǔ)償，溫度補(bǔ)償?shù)鹊裙δ?。雖然價格相對較高，但穩(wěn)定性高，所以選擇數(shù)字式的陀螺儀L3G4200D和數(shù)字式加速度傳感器MMA7455。1、L3G4200D陀螺儀測量的是角速度，而本設(shè)計需要的傾斜角及方位角等信息是角度。根據(jù)物理學(xué)相關(guān)知識，只需對角速度進(jìn)行積分，就可以得到相應(yīng)軸的角度。但是，角速度值參考坐標(biāo)都是傳感器本身，或者說是下位機(jī)自身是陀螺儀角速度的參考坐標(biāo)，我

26、們需要的是正北方向為方位角（角速度）參考方向，所以需要對角速度進(jìn)行坐標(biāo)變換。現(xiàn)在先來討論三維下任意一矢量（點）繞過原點的任意矢量旋轉(zhuǎn)的坐標(biāo)變換。我們把旋轉(zhuǎn)軸V和要旋轉(zhuǎn)的三維圖形先以X軸為旋轉(zhuǎn)軸，把V旋轉(zhuǎn)到ZOX平面的V,接著把V繞Y軸旋轉(zhuǎn)，使V與Z軸重合。這樣，就可以把三維圖形繞Z軸按需要的旋轉(zhuǎn)角度旋轉(zhuǎn)。最后就把旋轉(zhuǎn)軸和繞Z軸旋轉(zhuǎn)后的三維圖形逆變換就可以完成要求。相關(guān)圖示如圖2-1組圖所示。繞X軸到ZOX面 繞Y軸到Z軸圖2-1 任意軸變換為Z軸圖示由于變換過程中涉及很多矩陣變換，這里不加證明給出三維某一向量（點）下以某一過原點的向量旋轉(zhuǎn)的坐標(biāo)變換。為待變換的三維點,為變換后的三維點。那么就可

27、以采用在空間積分的方法，根據(jù)現(xiàn)有的三個旋轉(zhuǎn)軸單位的坐標(biāo)，分別對它們進(jìn)行在3個旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸上進(jìn)行變換，得到即為陀螺儀新的空間位置，如圖2-2所示。假設(shè)以絕對坐標(biāo)的x軸為正北方向，某時刻相對坐標(biāo)系的x1軸如圖2-3所示。根據(jù)三維代數(shù)幾何知識，方位角計算公式為其中x1,y1為相對坐標(biāo)z軸上的單位長度向量在絕對坐標(biāo)的坐標(biāo)值。同理，也可以通過計算相對坐標(biāo)z軸的單位長度向量與絕對坐標(biāo)的z軸的夾角來計算傾斜角。但由于采用加速度傳感器計算的結(jié)果穩(wěn)態(tài)性能更好，所以不采用該辦法計算傾斜角，但可用作對傾斜角的修正量。圖2-2 三維下的角速度積分模型 圖2-3 方位角圖示2、MMA7455在沒有其他外力的作用下，測量出

28、來的是重力在3軸上的分量。事實上，我們只需要X軸與重力的夾角，也就是我們期望的傾斜角。根據(jù)牛頓的力學(xué)原理，可以把重力在三維坐標(biāo)上正交分解，而且可以知道化簡得：所以在和形成的三角形上，其中的一條直角邊就是，那么，傾斜角傾斜角的三維展示如圖2-4所示圖2-4 傾斜角圖示2.3 單片機(jī)選擇單片機(jī)可謂是整個下位機(jī)的核心，選擇好了可以大大簡化下位機(jī)的硬件設(shè)計，提高系統(tǒng)可靠性。單片機(jī)選擇綜合多方面的考慮，有一下三個方案。方案一：嵌入式ARM系列32位單片機(jī)，如LPC2138，STM32等等。有豐富的片內(nèi)外設(shè)，如SPI，串口，ADC,PWM等等，個別還帶有DSP核，混合交火數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)，高級的ARM系列單

29、片機(jī)還支持浮點運(yùn)算及豐富的指令，支持多級流水線，主頻高達(dá)幾百兆，運(yùn)算速度快，程序ROM及數(shù)據(jù)RAM都很大，適合高級的嵌入式開發(fā)。方案二：增強(qiáng)型8位單片機(jī)，如ATMEGA系列，STC12系列，也有豐富的片內(nèi)外設(shè)，如SPI，Watch Dog，PWM，ADC等等。STC12C5608AD系列還帶有512字節(jié)的SRAM，4K的數(shù)據(jù)ROM，很適合本設(shè)計需要對T-Flash卡等大容量內(nèi)存卡讀寫，因為這些內(nèi)存卡每次的讀寫的基本單位是512字節(jié)，而且本設(shè)計需要把整個單片機(jī)系統(tǒng)構(gòu)建成一個對象，斷電時需要保存一些設(shè)置，無疑內(nèi)部數(shù)據(jù)ROM十分方便設(shè)計。方案三：普通51單片機(jī)，需要比較多的外圍器件，如外部SRAM，

30、如果選用模擬的傳感器還要加入AD模塊，使整個系統(tǒng)復(fù)雜化，不利于提高可靠性和抗電磁干擾能力。首先可以剔除的是方案三，普通單片機(jī)主頻低，運(yùn)算速度低，片內(nèi)外設(shè)不足，而且沒有明顯的價格優(yōu)勢。雖然現(xiàn)在高級的嵌入式ARM系列單片機(jī)在數(shù)據(jù)運(yùn)算和布爾量處理能力都很強(qiáng)，可以進(jìn)行圖形化顯示及復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算，但是價格相對增強(qiáng)型8位單片機(jī)來說成本高很多，而且開發(fā)難度高。對于本設(shè)計只需采集數(shù)據(jù)，傳輸數(shù)據(jù)來說有點大材小用。增強(qiáng)型8位單片機(jī)使用1T周期指令，可以使用更高的主頻，速度已經(jīng)可以適合比較復(fù)雜的硬件系統(tǒng)，開發(fā)簡單方便，性價比高，所以最終決定采用方案二增強(qiáng)型8位單片機(jī)，型號是STC12C5608AD。2.4 數(shù)據(jù)傳輸

31、方式選擇本設(shè)計由于要對鉆井的傾斜角及方位角進(jìn)行連續(xù)多點測量，數(shù)據(jù)量極大。對數(shù)據(jù)可以采用即時處理后采集后處理。綜合各種考慮，有以下兩個方案。方案一:采用即時傳輸。串口直接傳輸數(shù)據(jù)給上位機(jī)，需要長距離傳輸，可采用485中繼達(dá)到幾千米傳輸距離要求17。也可以采用無線中繼傳輸，采用鉆井專用的無線通信通信系統(tǒng)，深度也能達(dá)到上千米。方案二:采用離線存儲數(shù)據(jù)。現(xiàn)在的大容量存儲器如SD卡，T-Flash卡體積極小，存儲容量大，可達(dá)幾十GB，且支持SPI傳輸協(xié)議，可以很方便的對數(shù)據(jù)進(jìn)行讀寫。通過對比兩個方案，根據(jù)本設(shè)計要求和目的，本設(shè)計只需把一段鉆井的傾斜角和方位角信息采集，而不需要根據(jù)結(jié)果進(jìn)行實時的控制，方案

32、一無論是采用有線或者無線都要考慮到鉆井電磁干擾極大的難題，而方案二只需對采集的設(shè)備進(jìn)行電磁屏蔽，就可以得到很好的效果，而且成本低，實現(xiàn)簡單。所以數(shù)據(jù)傳輸方式采用方案二。第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1 硬件設(shè)計整體方案本設(shè)計目的是將測量的數(shù)據(jù)送給電腦的上位機(jī)程序進(jìn)行處理，所以下位機(jī)硬件設(shè)計只需包含信號采集，數(shù)據(jù)存儲，數(shù)據(jù)傳輸，還有基本狀態(tài)顯示功能。對下位機(jī)的設(shè)置由串口及內(nèi)部數(shù)據(jù)ROM配合使用。硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖3-1所示。讀卡器STC12C5608AD陀螺儀L3G4200D加速度傳感器MMA7455T-Flash卡LED指示燈及相關(guān)按鍵SPISPISPISPITTLUSB上位機(jī)（電腦）下位機(jī)圖3-1

33、 硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖3.2 硬件各部分設(shè)計3.2.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路STC的8位單片機(jī)系列與普通51單片機(jī)的啟動電路相同，而且可以通過串口進(jìn)行ISP在線下載程序16，使用十分方便。STC 8位單片機(jī)內(nèi)部有內(nèi)部晶振，但是頻率易受環(huán)境溫度的影響，結(jié)合本設(shè)計需要和電腦進(jìn)行串口通信，選擇晶振為11,。0592M，配上上電復(fù)位的RC電路，就可以讓STC 8位系列單片機(jī)工作。本設(shè)計選用STC12C5608AD型號的單片機(jī)，具體參數(shù)如下所示。STC12C5608AD系列單片機(jī)是宏晶科技生產(chǎn)的單時鐘/機(jī)器周期(1T)的單片機(jī)，是高速/低 功耗/超強(qiáng)抗干擾的新一代8051單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051,但

34、速度快8-12倍。內(nèi)部集 成MAX810專用復(fù)位電路,4路PWM, 8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換,針對電機(jī)控制，強(qiáng)干擾場合19。1. 增強(qiáng)型8051CPU，IT,單時鐘/機(jī)器周期，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)80512. 工作電壓：STC12C5620AD系列工作電壓：5.5V-3.5V (5V單片機(jī)） STC12LE5620AD系列工作電壓：3.6V-2.2V (3V單片機(jī)）。3. 工作頻率范圍：035MHz,相當(dāng)于普通8051的0420MHz。4. 用戶應(yīng)用程序空間30K/28K/24K/20K/ 16K/ 12K/8K/4K字節(jié)。5. 片上集成768字節(jié)RAM。6. 通用I/O口（27/23/15個

35、）復(fù)位后為:準(zhǔn)雙向口/弱上拉（普通8051傳統(tǒng)I/O口） 可設(shè)置成四種模式：準(zhǔn)雙向口/弱上拉，強(qiáng)推挽/強(qiáng)上拉，僅為輸入/高阻，開漏 每個I/O 口驅(qū)動能力均可達(dá)到20mA,但整個芯片最大不要超過55mA。7. ISP (在系統(tǒng)可編程）/ IAP (在應(yīng)用可編程），無需專用編程器，無需專用仿真器 可通過串口（P3.0/P3. 1)直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完成一片。8. 有EEPR0M功能。9. 看門狗。10. 內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路（外部晶體20M以下時，可省外部復(fù)位電路）11. 時鐘源：外部高精度晶體/時鐘，內(nèi)部R/C振蕩器。用戶在下載用戶程序時，可選擇是使用內(nèi)部R/C振蕩器還是外

36、部晶體/時鐘 常溫下內(nèi)部R/C振蕩器頻率為：5.2MHz6.8MHz。精度要求不高時，可選擇使用內(nèi)部時鐘，但因為有制造誤差和溫漂，以實際測試為準(zhǔn)。12. 共6個16位定時器。兩個與傳統(tǒng)8051兼容的定時器/計數(shù)器,16位定時器TO和T1,沒有定時器2, PCA模塊可再實現(xiàn)4個16位定時器。13. 2個時鐘輸出口，可由TO的溢出在P1.0輸出時鐘，可由T1的溢出在PI. 1輸出時鐘。14. 外部中斷9路，下降沿中斷或低電平觸發(fā)中斷,PCA模式可分別或同時支持上升沿中斷/下 降沿中斷，Power Down模式可由外部中斷喚醒，5/P3.2，5fT/P3.3，T0/P3.4，T1/P3.5, RxD

37、/P3.0, PCA0/P3.7, PCA1/P3.5, PCA2/P2.0, PCA3/P2.4。15. PWM(4路）/PCA (可編程計數(shù)器陣列,4路）也可用來當(dāng)4路D/A使用 也可用來再實現(xiàn)4個定時器。也可用來再實現(xiàn)4個外部中斷(上升沿中斷/下降沿中斷均可分別或同時支持）。16. A/D轉(zhuǎn)換 10位精度ADC共8路。17.通用全雙工異步串行口(UART),由于STC12系列是高速的8051,也可再用定時器軟件實現(xiàn)多串口。18. SPI同步通信口，主模式/從模式。19. 工作溫度范圍：-40+85°C(工業(yè)級）/075。C (商業(yè)級）。20.封裝：LQFP-32，SOP-32/

38、28/20, SKDIP-28, PDIP-20，TSSOP-20 (超小封裝6.4mm X 6.4mm), LQFP32/SOP32"27個I/O 口，SOP28/SKDIP28有23個I/O 口，SOP20/TSSOP20/PDIP20有 15個I/O口，I/O口不夠時，可用2到3根普通I/O口線外接74HC595/164/165 (均可級聯(lián)）來擴(kuò) 展I/O口，還可用A/D做按鍵掃描來節(jié)省I/O口，或用雙CPU,三線通信，還多了串口。由于采用該單片機(jī)，所以不用再擴(kuò)展如SRAM,EEPROM模塊，硬件電路將得到大大的簡化！單片機(jī)最小系統(tǒng)電路圖如圖3-2所示。圖3-2 單片機(jī)最小系統(tǒng)

39、3.2.2 USB-TTL驅(qū)動電路由于現(xiàn)在許多電腦都舍棄了9針串口接口，特別是筆記本就沒有考慮使用串口。而工業(yè)控制中，很多設(shè)備都是用串口通信的。為了解決這個問題，有通過以太網(wǎng)為上層網(wǎng)絡(luò)，串口為下層網(wǎng)絡(luò)的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，但是該網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜，成本高。如果是簡單的幾個串口硬件，一般使用USB TO TTL 或 USB TO COM結(jié)構(gòu)的通信方式。而前者直接與單片機(jī)TTL電平串口直接連接，省去的MAX232等9針串口電平電路，使電路達(dá)到極大的簡化。在電腦上看，USB-TTL設(shè)備就是一個串口（COM）設(shè)備，使用者可以完全按照串口協(xié)議來使用，十分方便。本設(shè)計使用CP2102芯片實現(xiàn)USB和TTL串口的電平和協(xié)議

40、轉(zhuǎn)換，具體參數(shù)如下。CP2102其集成度高，內(nèi)置USB2.0全速功能控制器、USB收發(fā)器、晶體振蕩器、EEPROM及異步串行數(shù)據(jù)總線（UART），支持調(diào)制解調(diào)器全功能信號，無需任何外部的USB器件。CP2102與其他USB-UART轉(zhuǎn)接電路的工作原理類似，通過驅(qū)動程序?qū)C的USB口虛擬成COM口以達(dá)到擴(kuò)展的目的。 特性：1.內(nèi)含USB收發(fā)器，無需外界電路器；2.內(nèi)含時鐘電路，無需外接電路器；3.內(nèi)含上電復(fù)位電路；4.片內(nèi)電壓調(diào)節(jié)可輸出3.3V電壓；5.符合USB2.0規(guī)范的要求；6.SUSPEND引腳支持USB狀態(tài)掛起 ；7.異步串行數(shù)據(jù)總線兼容所有握手和調(diào)制調(diào)節(jié)器接口信號 ；8.支持的數(shù)據(jù)

41、格式為數(shù)據(jù)位8、停止位1、2和校驗位；9.內(nèi)涵512字節(jié)接收緩沖器和512字節(jié)發(fā)送緩沖器 ；10.支持硬件或者X-ON/X-OFF 握手。由于該芯片已被廣泛使用，而且模塊化程度高，所以本設(shè)計直接購買現(xiàn)有的模塊化產(chǎn)品，插上電腦的USB口后，只需接上下位機(jī)的VCC,GND,TXD,RXD即可實現(xiàn)串口通信，在下位機(jī)電路板上以留有相應(yīng)的接口，以連接電腦。查閱該芯片手冊，有如圖3-3所示典型電路。圖3-3 CP2102典型應(yīng)用電路3.2.3 T-Flash驅(qū)動電路T-Flash卡為SD卡的小型化版，在手機(jī)，數(shù)據(jù)存儲，多媒體應(yīng)用中使用廣泛。發(fā)展到現(xiàn)在，已經(jīng)有高達(dá)32GB（TF卡）、64GB（SD卡）的大容

42、量，數(shù)據(jù)安全性高的產(chǎn)品。相比傳統(tǒng)的EEPROM，F(xiàn)lashROM的速度快，容量大，數(shù)據(jù)可靠性高，而且支持SD和SPI模式下讀寫。由于8位單片機(jī)本身速度不高，內(nèi)存不足，而且考慮到STC12C5608AD本身就用硬件SPI，所以采用SPI模式速度更快，效率更高。而電腦，嵌入式單片機(jī)一般采用SD模式。要用SPI與SD/MMC卡通信，需要根據(jù)相關(guān)的時序操作。相關(guān)驅(qū)動問題可查閱本文T-Flash卡的軟件設(shè)計。在硬件設(shè)計上，只需給T-Flash卡提供3.3V電壓，在下位機(jī)控制板上留有與其連接的SPI口即可。為畫出TF卡的接口，查閱TF卡相關(guān)資料，達(dá)到如圖3-4所示的管腳分布和如表3-1管腳說明 圖3-4

43、TF卡管腳分布 表3-1 TF卡說明由于3.3V的TTL電平跟5V的CMOS電平在電平邏輯上是兼容的，SPI連接上沒有電平轉(zhuǎn)換的必要，可以直接連接，電路圖可以得到簡化。設(shè)計上采用插件模塊設(shè)計，方便調(diào)試，插件電路如圖3-5所示，控制板上接口如圖3-6所示。 圖3-5 TF卡插件 圖3-6 TF卡接口3.2.4 L3G4200D驅(qū)動電路數(shù)字陀螺儀根據(jù)克里奧利力原理，對傳統(tǒng)機(jī)械式陀螺儀改進(jìn)的半導(dǎo)體測量器件。它測量的物理量是角速度。本設(shè)計使用TI（意法半導(dǎo)體）的L3G4200D三軸數(shù)字式陀螺儀，最大精度為16位有符號數(shù)，內(nèi)部有相應(yīng)高通濾波器和溫度補(bǔ)償?shù)鹊葹V波補(bǔ)償功能，輸出精度和穩(wěn)定性都很高，通常用于飛

44、行器自動平衡系統(tǒng)，手機(jī)轉(zhuǎn)動應(yīng)用中。相關(guān)參數(shù)如下所述。三軸數(shù)字輸出陀螺儀L3G3200D，封裝尺寸較現(xiàn)有傳感器縮減近一半，讓外觀尺寸不斷縮小的手機(jī)、平板電腦等智能消費(fèi)電子設(shè)備擁有先進(jìn)的運(yùn)動感應(yīng)功能。沿用非常堅固的單一感應(yīng)結(jié)構(gòu)，全新3x3.5x1mm陀螺儀展現(xiàn)出優(yōu)異的穩(wěn)健性和抗機(jī)械應(yīng)力性能以及出色的溫度穩(wěn)定性，能夠為沿三個正交軸的運(yùn)動進(jìn)行高性能的測量。 意法半導(dǎo)體全新陀螺儀為解決電池供電便攜設(shè)備的電源限制問題而設(shè)計，整合關(guān)閉和睡眠兩個省電模式，內(nèi)置智能電源管理所需的先入先出（FIFO）存儲塊。新陀螺儀的工作電壓范圍為2.4V至3.6V，三個可選量程：±250/500/2000dps。 L

45、3G3200D陀螺儀在中斷線和數(shù)據(jù)準(zhǔn)備線上輸出16位數(shù)據(jù)，集成用戶可選帶寬的低通和高通濾波器。該產(chǎn)品的工作溫度范圍為-40至+85，并集成8位數(shù)據(jù)輸出溫度傳感器。由于芯片封裝小巧，焊接水平和工藝要求較高，所以采購現(xiàn)有商業(yè)模塊進(jìn)行調(diào)試，在控制板留有相應(yīng)的接口，該模塊采用典型電路，如圖3-7所示,控制板提供的SPI接口電路如圖3-8所示。 圖3-7 L3G4200D典型應(yīng)用 圖3-8 控制板L3G4200D接口3.2.5 MMA7455驅(qū)動電路數(shù)字式加速度傳感器一般采用半導(dǎo)體壓電效應(yīng)原理制造而成，由于重力影響，測量出來的結(jié)果也包含了重力加速度部分。本設(shè)計就是利用重力加速度在三個軸上的分量的大小來測

46、量鉆井的傾斜角的。MMA7455由Motorola公司生產(chǎn)的數(shù)字式三軸有符號8位精度加速度測量芯片，相關(guān)參數(shù)如下所述。MMA745是一款數(shù)字輸出（I2C/SPI)、低功耗、緊湊型電容式微機(jī)械加速 度計，具有信號調(diào)理、低通濾波器、溫度補(bǔ)償、自測、可配置通過中斷引腳（INT1 或INT2)檢測Og、以及脈沖檢測（用于快速運(yùn)動檢測）等功能。Og偏置和靈 敏度是出廠配置，無需外部器件。客戶可使用指定的Og寄存器和g-Select量程 選擇對Og偏置進(jìn)行校準(zhǔn)，量程可通過命令選擇3個加速度范圍（2g/4g/8g)。 MMA745XL系列具備待機(jī)模式，使它成為以電池為電源的手持式電子器件的理想選擇21。MM

47、A7455數(shù)字三軸加速度傳感器模塊核心為飛思卡爾公司的MMA7455L 數(shù)字三軸加速度傳感器，該模塊設(shè)計使用官方推薦設(shè)計，板卡線路經(jīng)過高電磁兼 容設(shè)計和優(yōu)化，具有輸出精確，體積小，工作可靠，各種標(biāo)識清晰，擴(kuò)展性好等 特點。MMA7455L芯片安裝在帶DIP插腳的印刷電路板（PCB)上，它允許客 戶將其集成到特定的設(shè)計應(yīng)用對產(chǎn)品進(jìn)行評估。這樣客戶就能夠在他們自己硬件 和軟件環(huán)境內(nèi)靈活地評估器件。特性：Z軸自測；低壓操作：2.4V-3.6V；用于偏置校準(zhǔn)的用戶指定寄存器 可編程閥值中斷輸出；電平檢測模式運(yùn)動識別（沖擊、震動、自由下落) 脈沖檢測模式單脈沖或雙脈沖識別；靈敏度64 LSB/g 2g

48、/8g 10位模式；8位模式的可選靈敏度（±2g、±4g、±8g) 可靠的設(shè)計、高抗震性（5000g)；環(huán)保型產(chǎn)品；低成本。由于本芯片也是很小巧，采用商業(yè)模塊簡化調(diào)試難度。本模塊電路圖如圖3-9所示，控制板提供的SPI接口如圖3-10所示。 圖3-9 MMA7455典型應(yīng)用電路 圖3-10 MMA7455接口電路3.2.6 電源電路本設(shè)計需要離線采集數(shù)據(jù)和向電腦上傳數(shù)據(jù)，所以宜采用兩個電源供電的設(shè)計。一個在測量時，由于采用導(dǎo)線傳輸電能十分麻煩，所以宜采用干電池供電，需要穩(wěn)壓和濾波電路。由4節(jié)干電池提供1.5V x 4=6V的電壓，經(jīng)過低功耗穩(wěn)壓管LM2940穩(wěn)壓，

49、加上必要的電容濾波，就可以給各模塊提供穩(wěn)定的5V電源。當(dāng)上傳數(shù)據(jù)時，為節(jié)省電池的電能，宜采用USB供電，直接從USB-TTL模塊上取得5V電源。由于L3G4200D，MMA7455，T-Flash卡都是使用3.3V電源的，所以還要加上3.3V的穩(wěn)壓電路。采用ASM1117的3.3V穩(wěn)壓管，可以提供最大1A的電流。由于采用電池供電時代表的是采集功能，采用USB供電的代表串口通信功能，所以對電池供電的開關(guān)電路進(jìn)行改進(jìn)，加上對一個I/O口控制，作為系統(tǒng)啟動初始化判斷是采集還是串口通信，使下位機(jī)用起來簡單，方便。藍(lán)色LED燈代表使用USB供電，進(jìn)行的是串口通信，紅色LED燈代表使用電池供電，進(jìn)行的是數(shù)

50、據(jù)采集。電路圖如圖3-11所示。圖3-11 電源電路第4章 下位機(jī)軟件設(shè)計及調(diào)試4.1 下位機(jī)軟件整體方案設(shè)計下位機(jī)的目標(biāo)是測量鉆井的傾斜角及方位角，把數(shù)據(jù)存儲在T-Flash卡上，待數(shù)據(jù)測量完成，通過串口或度讀卡器傳輸數(shù)據(jù)給上位機(jī)。下位機(jī)的參數(shù)設(shè)置也是通過串口完成的。這樣設(shè)計程序的目的，在于最大簡化下位機(jī)的硬件及對單片機(jī)性能的要求，避免應(yīng)需要大量浮點，長整形運(yùn)算帶來程序上的沖突，影響數(shù)據(jù)的測量。主程序只做對各部分硬件的初始化，通過串口中斷響應(yīng)上位機(jī)和下位機(jī)之間數(shù)據(jù)的交換，通過定時器中斷實現(xiàn)對鉆井信息的定時采集。所以說，通信各個功能是在串口中斷實現(xiàn)的，測量及數(shù)據(jù)存儲則在定時器實現(xiàn)。當(dāng)然，在設(shè)計

51、初期要分別對各個硬件模塊的初始化和讀寫進(jìn)行調(diào)試和規(guī)范化，讀寫函數(shù)需要提供必要的接口，以便于在編寫主程序時方便使用15。鑒于本設(shè)計的T-Flash卡，L3G4200D,MMA7455都可以采用SPI通信方式，所以以單主多從的SPI網(wǎng)絡(luò)，介紹STC12C5608AD的SPI功能。接著以SPI協(xié)議介紹他們的初始化和讀寫。其他片內(nèi)外設(shè)也會逐一介紹。軟件設(shè)計方案由串口中斷和定時中斷分成兩條主線，主程序只做啟動初始化和狀態(tài)檢查。主程序流程圖如圖4-1所示。主函數(shù)具體代碼請查看附錄B1。StartSPI初始化TF卡，L3G4200D，MMA7455初始化串口，內(nèi)部EEPROM，定時器初始化TF卡初始化成功？

52、串口通信被選中？N點亮TF卡出錯LED,等待重啟開串口中斷空死循環(huán)延時5秒等待啟動，亮運(yùn)行LED，開定時器0中斷，空死循環(huán)YY圖4-1 主程序流程圖4.2 軟件各模塊設(shè)計4.2.1 STC12C5608AD的SPI模塊STC12C5608AD系列單片機(jī)提供高速串行通信接口SPI接口。SPI是一種全雙工、高速、同步的通信總線，有兩種操作模式：主模式和從模式。在主模式中支持高達(dá)3 Mbps的速率(工作頻率為12MHz時,如果CPU主頻采用20MHz到36MHz,則可更高，從模式時速 度無法太快，SYSclk/8以內(nèi)較好)，還具有傳輸完成標(biāo)志和寫沖突標(biāo)志保護(hù)。與SPI功能模塊相關(guān)的特殊功能寄存器介紹

53、如下。1、SPI控制寄存器的格式如下: SPCTL ： SPI控制寄存器SFR nameAddressbitB7B6B5B4B3B2B1B0SPCTL85HnameSSIGSPENDORDMSTRCPOLCPHASPR1SPR0表4-1 SPI控制寄存器SPCTLSSIG：遠(yuǎn)引腳忽略控制位。SSIG=1, MSTR (位4)確定器件為主機(jī)還是從機(jī)；SSIG=0,遠(yuǎn)腳用于確定器件為主機(jī)還是從機(jī).遠(yuǎn)腳可作為I/O口使用(見SPI主從選擇表)SPEN： SPI使能位。SPEN=1, SPI使能；SPEN=0, SPI被禁止，所有SPI引腳都作為I/O口使用。DORD：設(shè)定SPI數(shù)據(jù)發(fā)送和接收的位順序

54、。DORD=l,數(shù)據(jù)字的LSB (最低位)最先發(fā)送； DORD=0,數(shù)據(jù)字的MSB (最高位)最先發(fā)送。MSTR：主/從模式選擇位（見SPI主從選擇表）。CPOL： SPI時鐘極性。CPOL=l，SPICLK空閑時為高電平。SPICLK的前時鐘沿為下降沿而后沿為上升沿。 CPQL=0, SPICLK空閑時為低電平。SPICLK的前時鐘沿為上升沿而后沿為下降沿。CPHA： SPI時鐘相位選擇。CPHA=1,數(shù)據(jù)在EICLK的前時鐘沿驅(qū)動，并在后時鐘沿采樣。CPHA=0,數(shù)據(jù)在遠(yuǎn)為低（SSIG=00)時被驅(qū)動，在SPICLK的后時鐘沿被改變，并在前時鐘沿被采樣。（注：SSIG=1時的操作未定義）SPR1、SPRO： SPI時鐘速率選擇控制位。SPI時鐘選擇如下表所列。SPR1SPR0時鐘（SCLK)00CPU_CLK/401CPU_CLK/1610CPU_CLK/6411CPU_CLK/128表4-2 SPI頻率其中，CPU_CLK是CPU時鐘。 2、SPI狀態(tài)寄存器SPSTATSPI狀態(tài)寄存器的格式如下: SPSTAT: SPI狀態(tài)寄存器SFR nameAddressbitB7B6B5B4B3B2B1BOSPS