閃存K9F3208W0A在放射性勘查儀數(shù)據(jù)采集器中的應用

摘要：文章針對野外測量數(shù)據(jù)存儲方面的具體需要，介紹了采用大容量、低功耗、高可靠性的閃速存儲器K9F3208W0A設計放射性勘查儀數(shù)據(jù)采集器的硬件電路和軟件設計方法。同時介紹了K9F3208W0A閃存芯片的性能、特點和應用方法。

關鍵詞：閃速存儲器 數(shù)據(jù)采集器 編程 K9F3208W0A

1 引言

放射性勘查儀是廣泛應用于放射性礦藏普查和勘探、地球化學尋礦、放射性地質(zhì)填圖、放射性找水和環(huán)境監(jiān)測的物探儀器。作為放射性勘查儀的重要組成部分，數(shù)據(jù)采集器的主要任務是采集和存貯核輻射儀探頭輸出的探測信號，并在野外測量結(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進行綜合分析處理，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的控制和存貯技術來進行自動測量和記錄存貯數(shù)據(jù)。作為一種便攜式野外測量儀器，對數(shù)據(jù)采集器性能的一個重要要求就是數(shù)據(jù)存貯容量大，功耗小，能滿足野外連續(xù)測量的需要。由于勘查時要在野外工作一段時間后才能由微機對測量資料進行集中處理，因此還要求數(shù)據(jù)采集器不但要將野外測量的數(shù)據(jù)及時存貯起來，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，因為K9F3208W0A采用CMOS浮置門技術，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合應用。其非易失性和獨特的軟、硬件保護功能，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)保護功能，數(shù)據(jù)保存時間可達十年。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～IO7：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：寫保護輸入，為低時將禁止進行寫入和擦除操作；

●SE：后備存儲區(qū)使能；

●R/B：狀態(tài)信號輸出；

●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個地址周期通過8位I/O口寫入地址寄存器，而無需另外擴展地址線，從而大大簡化了硬件電路。芯片對I/O口的復用通過地址鎖存信號ALE、命令鎖存信號CLE、讀信號RE和寫信號WE來控制，控制與狀態(tài)信號也可直接接到PIC16C65的有關端口上。K9F3208W0A與單片機的連接如圖2所示，其中閃存的電源端Vcc和VCCQ接單片機的電源端。

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的工作方式，它的讀和寫操作以頁為基礎，每頁為（512+16）字節(jié)，擦除也可按塊進行，每塊（8k+256）字節(jié)。在頁寫周期中，也可對頁內(nèi)部分區(qū)域進行編程。區(qū)域大小可以從1個字節(jié)到528個字節(jié)不等，但要求地址是連續(xù)的。這樣可使得對器件寫入操作更加靈活方便。而對器件編程和擦除操作則采用兩級命令確認方式，以防止誤操作。在電源過渡過程或在電源電壓低于2V時，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

用勘測儀進行測量時，當數(shù)據(jù)采集器把一次測量信號采集完后，首先對測量信號進行初步處理，然后將測量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成規(guī)定的格式，再加上測量日期構(gòu)成一個測量數(shù)據(jù)塊，并附上首尾標志以區(qū)別于其它測量數(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量方式下每一測點的數(shù)據(jù)量不同，因此，應采用部分區(qū)域編程方式將測量數(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，通過單片機的串行口將K9F3208W0A中存貯的測量數(shù)據(jù)傳送給通用微機，這時應當用程序?qū)9F3208W0A設置為讀操作方式，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天的測量數(shù)據(jù)，完全可以滿足一次勘查測量的需要，從而解決了核資源勘查時的測量數(shù)據(jù)存貯問題。由于該系統(tǒng)采用K9F3208W0A地址復用8位I/O口，因而簡化了電路結(jié)構(gòu)，降低了整機功耗。在閃存容量不斷擴大的情況下，這種結(jié)構(gòu)形式還可使系統(tǒng)在今后需要時能夠十分方便地對存貯容量再度擴展。此外，本文介紹的數(shù)據(jù)存貯方案，對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。