摘要：文章針對(duì)野外測(cè)量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方面的具體需要，介紹了采用大容量、低功耗、高可靠性的閃速存儲(chǔ)器K9F3208W0A設(shè)計(jì)放射性勘查儀數(shù)據(jù)采集器的硬件電路和軟件設(shè)計(jì)方法。同時(shí)介紹了K9F3208W0A閃存芯片的性能、特點(diǎn)和應(yīng)用方法。

關(guān)鍵詞：閃速存儲(chǔ)器 數(shù)據(jù)采集器 編程 K9F3208W0A

1 引言

放射性勘查儀是廣泛應(yīng)用于放射性礦藏普查和勘探、地球化學(xué)尋礦、放射性地質(zhì)填圖、放射性找水和環(huán)境監(jiān)測(cè)的物探儀器。作為放射性勘查儀的重要組成部分，數(shù)據(jù)采集器的主要任務(wù)是采集和存貯核輻射儀探頭輸出的探測(cè)信號(hào)，并在野外測(cè)量結(jié)束返回基地后，再將存貯的數(shù)據(jù)傳送給專用工作站或通用微機(jī)進(jìn)行綜合分析處理，或?qū)と霐?shù)據(jù)庫中供后續(xù)研究使用。數(shù)據(jù)采集器一般采用單片機(jī)的控制和存貯技術(shù)來進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量和記錄存貯數(shù)據(jù)。作為一種便攜式野外測(cè)量?jī)x器，對(duì)數(shù)據(jù)采集器性能的一個(gè)重要要求就是數(shù)據(jù)存貯容量大，功耗小，能滿足野外連續(xù)測(cè)量的需要。由于勘查時(shí)要在野外工作一段時(shí)間后才能由微機(jī)對(duì)測(cè)量資料進(jìn)行集中處理，因此還要求數(shù)據(jù)采集器不但要將野外測(cè)量的數(shù)據(jù)及時(shí)存貯起來，還要保證所存貯的數(shù)據(jù)安全可靠。根據(jù)這些要求，可選擇K9F3208W0A閃速存貯器作為數(shù)據(jù)采集器的數(shù)據(jù)存貯器，因?yàn)镵9F3208W0A采用CMOS浮置門技術(shù)，存貯容量大，電源電壓范圍寬，功耗小，因而特別適合電池供電的野外工作場(chǎng)合應(yīng)用。其非易失性和獨(dú)特的軟、硬件保護(hù)功能，使得不論是在電池耗盡還是更換電池等情況下，器件中斷存貯的數(shù)據(jù)都不會(huì)受到影響，因而可靠性很高。

2 K9F3208W0A的主要特性

K9F3208W0A閃速存貯器的存貯容量為4M+128k字節(jié)，另外，還有512+16字節(jié)的數(shù)據(jù)寄存器可用于數(shù)據(jù)輸入輸出緩沖。其電池電壓為2.7～5.5V，使用壽命為1M次擦除/編程。并具有軟、硬件數(shù)據(jù)保護(hù)功能，數(shù)據(jù)保存時(shí)間可達(dá)十年。K9F3208W0A采用44腳TSOP封裝，引腳排列如圖1所示，各引腳的功能如下：

●IO0～I(xiàn)O7：數(shù)據(jù)輸入輸出口，三態(tài)；

●ALE：地址鎖存使能；

●CLE：命令鎖存使能；

●CE：芯片選擇；

●RE：數(shù)據(jù)輸出控制，有效時(shí)可將數(shù)據(jù)送到I/O總線上；

●WE：寫I/O口控制，命令、地址或數(shù)據(jù)在WE的上升沿鎖存；

●WP：寫保護(hù)輸入，為低時(shí)將禁止進(jìn)行寫入和擦除操作；

●SE：后備存儲(chǔ)區(qū)使能；

●R/B：狀態(tài)信號(hào)輸出；

●Vcc：電池（2.5～5.5V）；

●VCCQ：輸出緩沖器電池（2.7～5.5V）；

●Vss：地；

●NC：未使用引腳。

3 K9F3208W0A與單片機(jī)的連接

放射性勘查儀數(shù)據(jù)采集器采用低功耗的PIC系列單片機(jī)PIC16C65控制，由于K9F3208W0A的地址、命令和數(shù)據(jù)都通過8位I/O口傳送，因此芯片的8位I/O口直接跟PIC16C65的RB口相連，4M物理存貯空間的22位地址分成3個(gè)地址周期通過8位I/O口寫入地址寄存器，而無需另外擴(kuò)展地址線，從而大大簡(jiǎn)化了硬件電路。芯片對(duì)I/O口的復(fù)用通過地址鎖存信號(hào)ALE、命令鎖存信號(hào)CLE、讀信號(hào)RE和寫信號(hào)WE來控制，控制與狀態(tài)信號(hào)也可直接接到PIC16C65的有關(guān)端口上。K9F3208W0A與單片機(jī)的連接如圖2所示，其中閃存的電源端Vcc和VCCQ接單片機(jī)的電源端。

K9F3208W0A具有讀、編程和擦除三種操作方式，并提供有專用命令集，可通過向命令寄存器寫入不同的命令來選擇相應(yīng)的工作方式，它的讀和寫操作以頁為基礎(chǔ)，每頁為（512+16）字節(jié)，擦除也可按塊進(jìn)行，每塊（8k+256）字節(jié)。在頁寫周期中，也可對(duì)頁內(nèi)部分區(qū)域進(jìn)行編程。區(qū)域大小可以從1個(gè)字節(jié)到528個(gè)字節(jié)不等，但要求地址是連續(xù)的。這樣可使得對(duì)器件寫入操作更加靈活方便。而對(duì)器件編程和擦除操作則采用兩級(jí)命令確認(rèn)方式，以防止誤操作。在電源過渡過程或在電源電壓低于2V時(shí)，器件能用硬件來禁止編程和擦除操作，從而在硬件和軟件兩方面都保證了數(shù)據(jù)的安全性。

4 K9F3208W0A的編程

用勘測(cè)儀進(jìn)行測(cè)量時(shí)，當(dāng)數(shù)據(jù)采集器把一次測(cè)量信號(hào)采集完后，首先對(duì)測(cè)量信號(hào)進(jìn)行初步處理，然后將測(cè)量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成規(guī)定的格式，再加上測(cè)量日期構(gòu)成一個(gè)測(cè)量數(shù)據(jù)塊，并附上首尾標(biāo)志以區(qū)別于其它測(cè)量數(shù)據(jù)塊，最后再將數(shù)據(jù)塊寫入K9F3208W0A中。由于儀器在不同的測(cè)量方式下每一測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)量不同，因此，應(yīng)采用部分區(qū)域編程方式將測(cè)量數(shù)據(jù)寫入K9F3208W0A，圖3所示是具體的編程流程。在數(shù)據(jù)采集器輸出數(shù)據(jù)時(shí)，通過單片機(jī)的串行口將K9F3208W0A中存貯的測(cè)量數(shù)據(jù)傳送給通用微機(jī)，這時(shí)應(yīng)當(dāng)用程序?qū)9F3208W0A設(shè)置為讀操作方式，然后輸出讀操作命令。在將一頁數(shù)據(jù)讀出到K9F3208W0A的輸出緩沖器后，由單片機(jī)按字節(jié)順序讀出數(shù)據(jù)并發(fā)送出去。

5 結(jié)束語

在放射性勘查儀數(shù)據(jù)采集器系統(tǒng)中采用K9F3208W0A作數(shù)據(jù)存貯器，可存貯45天的測(cè)量數(shù)據(jù)，完全可以滿足一次勘查測(cè)量的需要，從而解決了核資源勘查時(shí)的測(cè)量數(shù)據(jù)存貯問題。由于該系統(tǒng)采用K9F3208W0A地址復(fù)用8位I/O口，因而簡(jiǎn)化了電路結(jié)構(gòu)，降低了整機(jī)功耗。在閃存容量不斷擴(kuò)大的情況下，這種結(jié)構(gòu)形式還可使系統(tǒng)在今后需要時(shí)能夠十分方便地對(duì)存貯容量再度擴(kuò)展。此外，本文介紹的數(shù)據(jù)存貯方案，對(duì)所有要求非易失大容量數(shù)據(jù)存貯的便攜式儀器，也是一種較好的解決方案。