一種基于FM20L08的溫度測(cè)試儀

　　1 引言

　　高溫測(cè)試儀主要用于加熱過程中的溫度跟蹤測(cè)量和數(shù)據(jù)采集,通過對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)分析,研究爐內(nèi)的溫度分布和溫差變化規(guī)律,分析影響加熱質(zhì)量的主要因素,對(duì)加熱爐加熱過程和加熱制度進(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(chǔ)數(shù)據(jù)的系統(tǒng)，系統(tǒng)的電壓可能變化不定或者突然斷電，FM20L08就是針對(duì)這些系統(tǒng)可以用來直接替換異步靜態(tài)存儲(chǔ)器（SRAM）而設(shè)計(jì)的存儲(chǔ)器，也是Ramtron現(xiàn)有的最大容量的鐵電存儲(chǔ)器（FRAM），能夠進(jìn)行無限次的讀寫操作. 使用FM20L08能夠極大的節(jié)約電路板空間。使用FM20L08存儲(chǔ)器的溫度測(cè)試儀，兼具大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、抗沖擊、抗干擾、數(shù)據(jù)斷電不丟失、實(shí)時(shí)采集速度高的特點(diǎn)[1]。

　　2 鐵電存儲(chǔ)器( FRAM)與FM20L08

　　2.1 鐵電存儲(chǔ)器介紹

　　FRAM是Ramtron公司近年推出的一款掉電不揮發(fā)存儲(chǔ)器，它結(jié)合了高性能和低功耗操作，能在沒有電源的情況下保存數(shù)據(jù)。FRAM存儲(chǔ)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(chǔ)產(chǎn)品同時(shí)擁有隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)和非易失性存儲(chǔ)產(chǎn)品的特性。鐵電晶體材料的工作原理是：當(dāng)把電場(chǎng)加到鐵電晶體材料上，晶陣中的中心原子會(huì)沿著電場(chǎng)方向運(yùn)動(dòng)，到達(dá)穩(wěn)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(wěn)定狀態(tài)。一個(gè)用來記憶邏輯中的０，另一個(gè)記憶１。中心原子能在常溫、沒有電場(chǎng)的情況下停留在此狀態(tài)達(dá)一百年以上。鐵電存儲(chǔ)器不需要定時(shí)刷新，能在斷電情況下保存數(shù)據(jù)。由于在整個(gè)物理過程中沒有任何原子碰撞， FRAM擁有高速讀寫、超低功耗和無限次寫入等超級(jí)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(chǔ)容量為128×8bits FRAM，其讀寫操作與標(biāo)準(zhǔn) 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，讀寫電流小于15mA；非揮發(fā)性，掉電后數(shù)據(jù)能保存10年；訪問進(jìn)入時(shí)間為 60 ns。高速的頁模式操作總線速度最高可達(dá)到 33MHz，4 字節(jié)脈沖；寫操作無延時(shí)，讀寫無限次；可滿足工業(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；

　　：寫使能端；

　　：輸出使能端口；

　　A0～A16：地址端；

　　DQ0～DQ7 :數(shù)據(jù)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(tǒng)硬件組成

　　采用內(nèi)含多路開關(guān)、A/D轉(zhuǎn)換器、電壓參考源的16位單片機(jī)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(hào)中的干擾信號(hào)，經(jīng)八選一多路開關(guān)輸入至運(yùn)算放大器放大到適當(dāng)電平，再輸入至CPU 進(jìn)行A/ D 采樣，經(jīng)數(shù)值轉(zhuǎn)換和線性化后存貯至FRAM存貯器中。在整個(gè)測(cè)量結(jié)束后，由通信接口與PC 機(jī)相連，將數(shù)據(jù)傳送給PC 機(jī)做進(jìn)一步的分析和處理。電源部分則由低功耗低壓差穩(wěn)壓電路和濾波電路組成，系統(tǒng)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(jí)，使工作溫度在- 45～85 ℃之間正常運(yùn)行。圖2為溫度記錄儀原理框圖。

　　FM20L08FRAM與一般的SRAM在使用過程中有所差別。FM20L08在 為低電平CE2為高電平時(shí)被選中，每一次訪問都必須確保 的由高向低的躍變。由于鐵電存儲(chǔ)器使用的技術(shù)比較特殊，在操作過程中有預(yù)充電過程。預(yù)充電操作是為新訪問記憶體的一個(gè)內(nèi)部條件，所有記憶體周期包括記憶體訪問和預(yù)充電，預(yù)充電是由 引腳為高電平開始，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(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　程序分為主程序、數(shù)據(jù)采集程序、USB通訊程序[3]。工作過程為: 記錄儀首先加電壓, 通過外部信號(hào)進(jìn)行中斷, 使單片機(jī)進(jìn)入數(shù)據(jù)采集的子程序并循環(huán)，達(dá)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(hào)外部觸發(fā), 從而進(jìn)入數(shù)據(jù)傳輸子程序, 將數(shù)據(jù)通過串口送入PC 機(jī)，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(chǔ)器中的數(shù)據(jù)沖掉,應(yīng)考慮從硬件設(shè)計(jì)上排除這種可能性, 最根本的方法是從硬件上斷開與采集模塊的連接。