一种基于FM20L08存储器的温度测试仪设计

　　1 引言

　　高温测试仪主要用于加热过程中的温度跟踪测量和数据采集,通过对测试数据进行系统分析,研究炉内的温度分布和温差变化规律,分析影响加热质量的主要因素,对加热炉加热过程和加热制度进行优化,提高加热质量,降低燃料消耗。

　　而在一些收集存储数据的系统，系统的电压可能变化不定或者突然断电，FM20L08就是针对这些系统可以用来直接替换异步静态存储器（SRAM）而设计的存储器，也是Ramtron现有的最大容量的铁电存储器（FRAM），能够进行无限次的读写操作. 使用FM20L08能够极大的节约电路板空间。使用FM20L08存储器的温度测试仪，兼具大容量数据存储、抗冲击、抗干扰、数据断电不丢失、实时采集速度高的特点[1]。

　　2 铁电存储器( FRAM)与FM20L08

　　2.1 铁电存储器介绍

　　FRAM是Ramtron公司近年推出的一款掉电不挥发存储器，它结合了高性能和低功耗操作，能在没有电源的情况下保存数据。FRAM存储器技术的核心技术是铁电晶体材料。这一特殊材料使得铁电存储产品同时拥有随机存取存储器(RAM)和非易失性存储产品的特性。铁电晶体材料的工作原理是：当把电场加到铁电晶体材料上，晶阵中的中心原子会沿着电场方向运动，到达稳定状态。晶阵中的每个自由浮动的中心原子只有两个稳定状态。一个用来记忆逻辑中的０，另一个记忆１。中心原子能在常温、没有电场的情况下停留在此状态达一百年以上。铁电存储器不需要定时刷新，能在断电情况下保存数据。由于在整个物理过程中没有任何原子碰撞， FRAM拥有高速读写、超低功耗和无限次写入等超级特性[2]。

　　2.2 FM20L08特点与引脚功能

　　FM20L08是Ramtron公司近年推出的一款存储容量为128×8bits FRAM，其读写操作与标准 SRAM 相同。主要特点如下：3.3V单电源供电；并行接口；提供SOIC和DIP两种封装；功耗低，静态电流小于10μA，读写电流小于15mA；非挥发性，掉电后数据能保存10年；访问进入时间为 60 ns。高速的页模式操作总线速度最高可达到 33MHz，4 字节脉冲；写操作无延时，读写无限次；可满足工业温度 (-40℃ 到 +85℃)。

　　FM20L08的引脚排列如图1所示。各引脚功能如下：

　　/CE2：片选端；

　　：写使能端；

　　：输出使能端口；

　　A0～A16：地址端；

　　DQ0～DQ7 :数据端；

　　VDD：电源；

　　VSS：接地端。

　　图1 FM20L08引脚图

　　图2 温度记录仪原理框图

　　3 温度记录仪系统硬件组成

　　采用内含多路开关、A/D转换器、电压参考源的16位单片机CPU形成16通道低功耗温度记录仪[2]。RC组成的滤波电路滤掉热电偶信号中的干扰信号，经八选一多路开关输入至运算放大器放大到适当电平，再输入至CPU 进行A/ D 采样，经数值转换和线性化后存贮至FRAM存贮器中。在整个测量结束后，由通信接口与PC 机相连，将数据传送给PC 机做进一步的分析和处理。电源部分则由低功耗低压差稳压电路和滤波电路组成，系统提供3.3 V 的工作电源。温度记录仪各零部件均选用工业级，使工作温度在- 45～85 ℃之间正常运行。图2为温度记录仪原理框图。

　　FM20L08FRAM与一般的SRAM在使用过程中有所差别。FM20L08在 为低电平CE2为高电平时被选中，每一次访问都必须确保 的由高向低的跃变。由于铁电存储器使用的技术比较特殊，在操作过程中有预充电过程。预充电操作是为新访问记忆体的一个内部条件，所有记忆体周期包括记忆体访问和预充电，预充电是由 引脚为高电平开始，它必须保持高电平至少为一特定的最小时间。

　　4 温度记录仪系统软件设计

　　程序分为主程序、数据采集程序、USB通讯程序[3]。工作过程为: 记录仪首先加电压, 通过外部信号进行中断, 使单片机进入数据采集的子程序并循环，达到定时时间后, 停止采集,退出子程序, 进入主循环, 等待串口信号外部触发, 从而进入数据传输子程序, 将数据通过串口送入PC 机，图3为温度记录仪程序流程图。

　　图3 温度记录仪程序流程图

　　5　抗干扰措施

　　5.1 硬件抗干扰

　　为防止记录仪在回收并重新上电以后, AD的误操作将存储器中的数据冲掉,应考虑从硬件设计上排除这种可能性, 最根本的方法是从硬件上断开与采集模块的连接。

　　5.2 软件抗干扰

　　单片机受干扰信号作用时, 将使系统失控, 最典型的就是PC 的状态值。它的修改将导致两种主要的软件非正常工作形式：“程序跑飞”和“死循环”, 为此在设计上采用了三种抗干扰方法：(1) 指令冗余技术。指令由操作码和操作数组成，操作

码指明CPU要完成什么样的操作，而操作数是操作码的对象。单字节指令只有操作码，隐含操作数；双字节指令，第一个字节是操作码，第二个字节是操作数；三字节指令第一个字节是操作码，后二个字节是操作数。CPU在取指令的时候是先