一種基于FM20L08的溫度測試儀

　　1 引言

　　高溫測試儀主要用于加熱過(guò)程中的溫度跟蹤測量和數據采集,通過(guò)對測試數據進(jìn)行系統分析,研究爐內的溫度分布和溫差變化規律,分析影響加熱質(zhì)量的主要因素,對加熱爐加熱過(guò)程和加熱制度進(jìn)行優(yōu)化,提高加熱質(zhì)量,降低燃料消耗。

　　而在一些收集存儲數據的系統，系統的電壓可能變化不定或者突然斷電，FM20L08就是針對這些系統可以用來(lái)直接替換異步靜態(tài)存儲器（SRAM）而設計的存儲器，也是Ramtron現有的最大容量的鐵電存儲器（FRAM），能夠進(jìn)行無(wú)限次的讀寫(xiě)操作. 使用FM20L08能夠極大的節約電路板空間。使用FM20L08存儲器的溫度測試儀，兼具大容量數據存儲、抗沖擊、抗干擾、數據斷電不丟失、實(shí)時(shí)采集速度高的特點(diǎn)[1]。

　　2 鐵電存儲器( FRAM)與FM20L08

　　2.1 鐵電存儲器介紹

　　FRAM是Ramtron公司近年推出的一款掉電不揮發(fā)存儲器，它結合了高性能和低功耗操作，能在沒(méi)有電源的情況下保存數據。FRAM存儲器技術(shù)的核心技術(shù)是鐵電晶體材料。這一特殊材料使得鐵電存儲產(chǎn)品同時(shí)擁有隨機存取存儲器(RAM)和非易失性存儲產(chǎn)品的特性。鐵電晶體材料的工作原理是：當把電場(chǎng)加到鐵電晶體材料上，晶陣中的中心原子會(huì )沿著(zhù)電場(chǎng)方向運動(dòng)，到達穩定狀態(tài)。晶陣中的每個(gè)自由浮動(dòng)的中心原子只有兩個(gè)穩定狀態(tài)。一個(gè)用來(lái)記憶邏輯中的０，另一個(gè)記憶１。中心原子能在常溫、沒(méi)有電場(chǎng)的情況下停留在此狀態(tài)達一百年以上。鐵電存儲器不需要定時(shí)刷新，能在斷電情況下保存數據。由于在整個(gè)物理過(guò)程中沒(méi)有任何原子碰撞， FRAM擁有高速讀寫(xiě)、超低功耗和無(wú)限次寫(xiě)入等超級特性[2]。

　　2.2 FM20L08特點(diǎn)與引腳功能

　　FM20L08是Ramtron公司近年推出的一款存儲容量為128×8bits FRAM，其讀寫(xiě)操作與標準 SRAM 相同。主要特點(diǎn)如下：3.3V單電源供電；并行接口；提供SOIC和DIP兩種封裝；功耗低，靜態(tài)電流小于10μA，讀寫(xiě)電流小于15mA；非揮發(fā)性，掉電后數據能保存10年；訪(fǎng)問(wèn)進(jìn)入時(shí)間為 60 ns。高速的頁(yè)模式操作總線(xiàn)速度最高可達到 33MHz，4 字節脈沖；寫(xiě)操作無(wú)延時(shí)，讀寫(xiě)無(wú)限次；可滿(mǎn)足工業(yè)溫度 (-40℃ 到 +85℃)。

　　FM20L08的引腳排列如圖1所示。各引腳功能如下：

　　/CE2：片選端；

　　：寫(xiě)使能端；

　　：輸出使能端口；

　　A0～A16：地址端；

　　DQ0～DQ7 :數據端；

　　VDD：電源；

　　VSS：接地端。

　　圖1 FM20L08引腳圖

　　圖2 溫度記錄儀原理框圖

　　3 溫度記錄儀系統硬件組成

　　采用內含多路開(kāi)關(guān)、A/D轉換器、電壓參考源的16位單片機CPU形成16通道低功耗溫度記錄儀[2]。RC組成的濾波電路濾掉熱電偶信號中的干擾信號，經(jīng)八選一多路開(kāi)關(guān)輸入至運算放大器放大到適當電平，再輸入至CPU 進(jìn)行A/ D 采樣，經(jīng)數值轉換和線(xiàn)性化后存貯至FRAM存貯器中。在整個(gè)測量結束后，由通信接口與PC 機相連，將數據傳送給PC 機做進(jìn)一步的分析和處理。電源部分則由低功耗低壓差穩壓電路和濾波電路組成，系統提供3.3 V 的工作電源。溫度記錄儀各零部件均選用工業(yè)級，使工作溫度在- 45～85 ℃之間正常運行。圖2為溫度記錄儀原理框圖。

　　FM20L08FRAM與一般的SRAM在使用過(guò)程中有所差別。FM20L08在 為低電平CE2為高電平時(shí)被選中，每一次訪(fǎng)問(wèn)都必須確保 的由高向低的躍變。由于鐵電存儲器使用的技術(shù)比較特殊，在操作過(guò)程中有預充電過(guò)程。預充電操作是為新訪(fǎng)問(wèn)記憶體的一個(gè)內部條件，所有記憶體周期包括記憶體訪(fǎng)問(wèn)和預充電，預充電是由 引腳為高電平開(kāi)始，它必須保持高電平至少為一特定的最小時(shí)間。

　　4 溫度記錄儀系統軟件設計

　　程序分為主程序、數據采集程序、USB通訊程序[3]。工作過(guò)程為: 記錄儀首先加電壓, 通過(guò)外部信號進(jìn)行中斷, 使單片機進(jìn)入數據采集的子程序并循環(huán)，達到定時(shí)時(shí)間后, 停止采集,退出子程序, 進(jìn)入主循環(huán), 等待串口信號外部觸發(fā), 從而進(jìn)入數據傳輸子程序, 將數據通過(guò)串口送入PC 機，圖3為溫度記錄儀程序流程圖。

　　圖3 溫度記錄儀程序流程圖

　　5　抗干擾措施

　　5.1 硬件抗干擾

　　為防止記錄儀在回收并重新上電以后, AD的誤操作將存儲器中的數據沖掉,應考慮從硬件設計上排除這種可能性, 最根本的方法是從硬件上斷開(kāi)與采集模塊的連接。