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氢原子钟智能化监控系统的改进-上海天文台
中 国 科 学 院 上 海 天 文 台 年 刊
2009年 总第30期 ANNALSOFSHANGHAIOBSERVATORY ACADEMIA SINICA No.30, 2009
氢原子钟智能化监控系统的改进
李 锡 瑞
(中国科学院上海天文台,上海200030)
提 要
上海天文台在研制生产氢钟智能化监控系统的基础上进行了大量的研究改进。主要是采用了
一些比较先进的电子技术对原有系统进行改进,诸如使用 FM1808存储器、多串口扩展芯片
SP2538、CPLD可编程技术等,使系统的功能更加可靠,性能更加稳定。
主题词:FM1808— SP2538— CPLD— 单片机
+ +
分类号:TH714.14,TM935.115,TP273.5
1 引 言
原子钟是现代最精确、最稳定的时间和频率标准。它主要是利用原子在量子跃迁时发射
或吸收的电磁波具有稳定固有频率的原理制成的。由原子钟提供的原子时,已成为三大物理
量之一的时间的标准。它广泛地应用于人造卫星和导弹的制导、空间跟踪、数字通讯、甚长基
线射电干涉技术、相对论效应的验证、地球自转的不均匀性的研究、基本物理量的定义和测量、
无线电波的传递速度的测量以及电离层研究等各个领域。
目前,氢原子钟的智能化监控系统已经相对成熟,可以通过系统面板上键盘及发光二级管
LED(LightEmittingDiode)、液晶显示屏LCD(LiquidCrystalDisplay)对氢钟进行直接监控,还
可通过系统通讯串口将其与计算机相连,由计算机监控氢钟工作情况(电路原理图如图1所
示)。系统可通过检测氢钟相应的参数,按要求逐步开启或关闭控制氢钟泵电源、恒温、流量
及电离源的继电器,实现氢钟的自动控制。增加了氢钟超限参数时刻信息记录等功能,方便了
氢钟调试、使用和维护。可是随着科技的发展,原本的技术显现出诸多的不足之处;因此进一
步改善技术方案,增强功能的可靠性,提高性能的稳定性是对目前监控系统状况提出的一种切
实要求。本文针对工作中发现的种种隐患,从三个方面提出了改进。
2 随机存储器方面的改进
数据存储器62256是一种32×8的高集成度的随机存取存储器 RAM(RandomAccess
Memory),采用单一+5V电源供电,双列直插式28引脚封装。在系统下电后,RAM中的数据
将会丢失,因此必须增加掉电保护电路来保存62256中的数据,通常这种掉电保护电路都是采
收稿日期:20090410; 修回日期:20090521
总第30期 李锡瑞:氢原子钟智能化监控系统的改进 141
用加备用电池的方法。系统下电后,备用电池开始工作,它给RAM的片选信号端提供一个具
有一定幅度的高电平来保证RAM中的数据在系统下电时保持不变,这样就给电路设计的稳
定性带来了弊端。而铁电随机存储器FRAM(FerroelectricRandomAccessMemory)不需要定时
刷新,掉电后数据立即保存,并具有写入速度快、电压低、耗能小、擦写耐久性高和抗辐照性好
等特点,因而特别适合于对数据采集、写入时间要求很高、数据储存时间长的场合。针对这一
[1]
特性,采用铁电存储器FM1808 存储氢原子钟的数据就能显著改善上述弊端。
图1 原监控系统电路原理图
Fig.1 Thecircuitschematicofmonitorsystem
2.1FM1808主要特性
FM1808是由Ramtron公司研制的并行接口铁电随机存储器FRAM,其主要特性如下:
采用32K 8bit的存储结构;
低电压,使用2.7V~3.6V电源供电;
无限次读写;
掉电数据保存10年;
写数据无延时,以总线速度进行读写,无需要页写及数据轮询;
内存访问速度可达70ns;
先
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