基于FRAM的海水深度记录仪

C8051F020使用高位端口(P4~P7)与FM20L08进行接口。FM20L08新增内部电压监控器驱动LVL(LowVoltageLockout)信号，它接至MCU的INT0，用于监控电源的供电情况，当电源电压下降到临界值以下时，LVL引脚输出低电压信号，显示电路处于写保护状态，在MCU的INT0中断服务程序中复位MCU，这样存储器可以自动阻止误读写和防止存储页面数据的破坏。FM20L08的片选信号是由C8051F020的读写信号相与来控制的，只要读写信号任何一个变低，则片选信号有效。C8051F020的最大寻址空间为64K，而要求它能够访问128KB的地址空间，最简单有效的方法就是使用一个I/O位控制FM20L08的地址线A16。当A16为0是选择FRAM的前半部分,当A16为1时,选择FRAM的后半部分。

　　在存储程序设计中，程序应首先判断仪器在下降时A/D的输入信号值是否大于门限值，只有输入信号值大于门限值才将数据存储在存储单元内，在测量仪器由海底上浮至将要接近海面时关闭铁电存储器，停止数据存储。

　　利用软件实现16位精度的A/D转换

　　系统使用C8051F020内部的12位ADC采集压力数据。但压力传感器需要测量较大的动态范围(0~700m)，还要求对小于2cm深度变化作出响应。这样片内12位ADC的分辨率将无法满足要求，需要使用16位ADC提高测量分辨率。在系统的采集方案中，使用了C8051F020片内自带的12位ADC并采用过采样和求平均值技术达到了16位分辨率进行深度测量的目的，并未使用昂贵的片外16位ADC，这样既节省了成本，也减少了软硬件设计的复杂度，同时也提高了系统的可靠性。

　　为了增加有效位数，压力必须被过采样(即ADC以高于系统所需采样频率fs的速率对信号进行采样)。所需要的采样频率由系统对压力测量所要求的频率决定。每增加一位分辨率，信号必须以4倍的速率过采样，即

fOS=4W·fS(2)

　　其中W为希望增加的分辨率位数;fs为初始采样频率要求;fos为过采样频率。

　　具体到本例基本原理简述如下，假设系统每秒输出100个压力值，即每10ms内必须采集一个压力值。为了将测量分辨率增加到16位，则必须以100×256Hz的采样频率对压力传感器进行采样。为此，在10ms内先集中采集256个样本，然后将这256个样本累加，然后将总和除以16。这样得到的结果便是一次采样的16位有效数据，然后MCU便对数据进行处理存储，并开始下10ms的样本采集。实验结果证明，使用这种方法可明显地提升压力采集的精度。可以有效地消除系统测量的白噪声，改善信噪比。

　　结语

　　经过验证，海水深度记录仪的设计是可行的，经过海上实验与实际水深测量值相比，误差在2cm以内。图4示出了某次出海实验海水深度记录仪取得的实验结果。实践证明该记录仪工作稳定可靠，达到了预期的要求，目前已经在海洋调查中使用。

　　参考文献：

　　1.SiliconLaboratories.AN018C8051F020ApplicationNote.2002.

　　2.SiliconLaboratories.C8051F020/1Datasheets.2001.

　　3.RamtronCompany.FM20L08Datasheets.2005