闪存K9F3208W0A在放射性勘查仪数据采集器中的应用

    摘要：文章针对野外测量数据存储方面的具体需要，介绍了采用大容量、低功耗、高可靠性的闪速存储器K9F3208W0A设计放射性勘查仪数据采集器的硬件电路和软件设计方法。同时介绍了K9F3208W0A闪存芯片的性能、特点和应用方法。

    关键词：闪速存储器 数据采集器 编程 K9F3208W0A

1 引言

放射性勘查仪是广泛应用于放射性矿藏普查和勘探、地球化学寻矿、放射性地质填图、放射性找水和环境监测的物探仪器。作为放射性勘查仪的重要组成部分，数据采集器的主要任务是采集和存贮核辐射仪探头输出的探测信号，并在野外测量结束返回基地后，再将存贮的数据传送给专用工作站或通用微机进行综合分析处理，或寻入数据库中供后续研究使用。数据采集器一般采用单片机的控制和存贮技术来进行自动测量和记录存贮数据。作为一种便携式野外测量仪器，对数据采集器性能的一个重要要求就是数据存贮容量大，功耗小，能满足野外连续测量的需要。由于勘查时要在野外工作一段时间后才能由微机对测量资料进行集中处理，因此还要求数据采集器不但要将野外测量的数据及时存贮起来，还要保证所存贮的数据安全可靠。根据这些要求，可选择K9F3208W0A闪速存贮器作为数据采集器的数据存贮器，因为K9F3208W0A采用CMOS浮置门技术，存贮容量大，电源电压范围宽，功耗小，因而特别适合电池供电的野外工作场合应用。其非易失性和独特的软、硬件保护功能，使得不论是在电池耗尽还是更换电池等情况下，器件中断存贮的数据都不会受到影响，因而可靠性很高。

2 K9F3208W0A的主要特性

K9F3208W0A闪速存贮器的存贮容量为4M+128k字节，另外，还有512+16字节的数据寄存器可用于数据输入输出缓冲。其电池电压为2.7～5.5V，使用寿命为1M次擦除/编程。并具有软、硬件数据保护功能，数据保存时间可达十年。K9F3208W0A采用44脚TSOP封装，引脚排列如图1所示，各引脚的功能如下：

●IO0～IO7：数据输入输出口，三态；

●ALE：地址锁存使能；

●CLE：命令锁存使能；

●CE：芯片选择；

●RE：数据输出控制，有效时可将数据送到I/O总线上；

●WE：写I/O口控制，命令、地址或数据在WE的上升沿锁存；

●WP：写保护输入，为低时将禁止进行写入和擦除操作；

●SE：后备存储区使能；

●R/B：状态信号输出；

●Vcc：电池（2.5～5.5V）；

●VCCQ：输出缓冲器电池（2.7～5.5V）；

●Vss：地；

●NC：未使用引脚。

3 K9F3208W0A与单片机的连接

放射性勘查仪数据采集器采用低功耗的PIC系列单片机PIC16C65控制，由于K9F3208W0A的地址、命令和数据都通过8位I/O口传送，因此芯片的8位I/O口直接跟PIC16C65的RB口相连，4M物理存贮空间的22位地址分成3个地址周期通过8位I/O口写入地址寄存器，而无需另外扩展地址线，从而大大简化了硬件电路。芯片对I/O口的复用通过地址锁存信号ALE、命令锁存信号CLE、读信号RE和写信号WE来控制，控制与状态信号也可直接接到PIC16C65的有关端口上。K9F3208W0A与单片机的连接如图2所示，其中闪存的电源端Vcc和VCCQ接单片机的电源端。

K9F3208W0A具有读、编程和擦除三种操作方式，并提供有专用命令集，可通过向命令寄存器写入不同的命令来选择相应的工作方式，它的读和写操作以页为基础，每页为（512+16）字节，擦除也可按块进行，每块（8k+256）字节。在页写周期中，也可对页内部分区域进行编程。区域大小可以从1个字节到528个字节不等，但要求地址是连续的。这样可使得对器件写入操作更加灵活方便。而对器件编程和擦除操作则采用两级命令确认方式，以防止误操作。在电源过渡过程或在电源电压低于2V时，器件能用硬件来禁止编程和擦除操作，从而在硬件和软件两方面都保证了数据的安全性。

4 K9F3208W0A的编程

用勘测仪进行测量时，当数据采集器把一次测量信号采集完后，首先对测量信号进行初步处理，然后将测量数据转换成规定的格式，再加上测量日期构成一个测量数据块，并附上首尾标志以区别于其它测量数据块，最后再将数据块写入K9F3208W0A中。由于仪器在不同的测量方式下每一测点的数据量不同，因此，应采用部分区域编程方式将测量数据写入K9F3208W0A，图3所示是具体的编程流程。在数据采集器输出数据时，通过单片机的串行口将K9F3208W0A中存贮的测量数据传送给通用微机，这时应当用程序将K9F3208W0A设置为读操作方式，然后输出读操作命令。在将一页数据读出到K9F3208W0A的输出缓冲器后，由单片机按字节顺序读出数据并发送出去。

5 结束语

在放射性勘查仪数据采集器系统中采用K9F3208W0A作数据存贮器，可存贮45天的测量数据，完全可以满足一次勘查测量的需要，从而解决了核资源勘查时的测量数据存贮问题。由于该系统采用K9F3208W0A地址复用8位I/O口，因而简化了电路结构，降低了整机功耗。在闪存容量不断扩大的情况下，这种结构形式还可使系统在今后需要时能够十分方便地对存贮容量再度扩展。此外，本文介绍的数据存贮方案，对所有要求非易失大容量数据存贮的便携式仪器，也是一种较好的解决方案。