單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)斷電時的數(shù)據(jù)保護(hù)方法

1、單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)斷電時的數(shù)據(jù)保護(hù)方法作者:jdzj868來源:機(jī)電之家下載站 錄入:jdzj868更時間：2022-9-4 14:21:19 點(diǎn)擊數(shù)：0在測量、把握等領(lǐng)域的應(yīng)用中，常要求單片機(jī)內(nèi)部和外部RAM 中的數(shù)據(jù)在電源掉電時不喪失，重加電時，RAM 中的數(shù)據(jù)能夠保存完好，這就要求對單片機(jī)系統(tǒng)加接掉電保護(hù)電路。掉電保護(hù)通 常可承受以下三種方法：一是加接不連續(xù)電源，讓整個系統(tǒng)在掉電 時連續(xù)工作，二是承受備份電源，掉電后保護(hù)系統(tǒng)中全部或局部數(shù) 據(jù)存儲單元的內(nèi)容；三是承受EEPROM 來保存數(shù)據(jù)。由于第一種方法體積大、本錢高，對單片機(jī)系統(tǒng)來說，不宜承受。其次種方法 是依據(jù)實(shí)際需要，掉電時保存一些必

2、要的數(shù)據(jù)，使系統(tǒng)在電源恢復(fù) 后，能夠連續(xù)執(zhí)行程序，因而經(jīng)濟(jì)有用，故大量承受1。EEPROM 既具有 ROM 掉電不喪失數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，又有 RAM 隨機(jī)讀寫的特點(diǎn)。但由于其讀寫速度與讀寫次數(shù)的限制，使得EEPROM 不能完全代替 RAM。下面將介紹最常用的一些掉電保護(hù)的處理方法，期望能對相關(guān)設(shè)計(jì)人員在實(shí)際工作中有所幫助。簡潔的 RAM 數(shù)據(jù)掉電保護(hù)電路在具有掉電保護(hù)功能的單片機(jī)系統(tǒng)中，一般承受 CMOS 單片機(jī)和 CMOS RAM。CMOS 型 RAM 存儲器靜態(tài)電源小，在正常工作狀態(tài)下一般由電源向片外RAM 供電，而在斷電狀態(tài)下由小型蓄電池向片外 RAM 供電，以保存有用數(shù)據(jù)，承受這種方法保存數(shù)

3、據(jù)， 時間一般在 35 個月2。然而，系統(tǒng)在上電及斷電過程中，總線狀態(tài)的不確定性往往導(dǎo)致RAM 內(nèi)某些數(shù)據(jù)的變化，即數(shù)據(jù)受到?jīng)_失。因此對于斷電保護(hù)數(shù)據(jù)用的RAM 存儲器，除了配置供電切換電路外，還要實(shí)行數(shù)據(jù)防沖失措施，當(dāng)電源突然斷電時，電壓下降 有個過程，CPU 在此過程中會失控，可能會誤發(fā)出寫信而沖失RAM中的數(shù)據(jù)，僅有電池是不能有效完成數(shù)據(jù)保護(hù)的，還需要對片選信 號加以把握，保證整個切換過程中CS 引腳的信號始終保持接近VCC。通常，承受在 RAM 的 CS 和 VCC 引腳之間接一個電阻來實(shí)現(xiàn) COMS RAM的電源切換，然而，假設(shè)在掉電時，譯碼器的輸出消滅低電平，就可能消滅問題，圖1

4、給出一種簡潔的電路設(shè)計(jì)，它能夠避開上述問題的產(chǎn)生。圖 1 中，4060 開關(guān)電路起到對CS 把握的作用。當(dāng)電壓小于等于 4.5V 時就使開關(guān)斷開，CS 線上拉至“1“，這樣，RAM 中的數(shù)據(jù)就不會沖失；當(dāng)電壓大于4.5V 時，4060 開關(guān)接通，使RAM 能正常進(jìn)展讀寫。牢靠的 RAM 掉電保護(hù)電路上述的電路雖然簡潔，但有時可能起不到RAM 掉電保護(hù)的作用，緣由是在電源掉電和重加電的過程中，電源電壓躍變的干擾 可能使 RAM 瞬間處于讀寫狀態(tài)，使原來 RAM 中的數(shù)據(jù)遭到破壞， 因此，在掉電剛剛開頭以及重加電直到電源電壓保持穩(wěn)定下來之 前，RAM 應(yīng)處于數(shù)據(jù)保持狀態(tài)，6264 RAM、5101

5、 RAM 等 RAM 芯片上都有一個CE2 引腳，在一般狀況下需將此引腳拉高，當(dāng)把該引腳拉至小于或等于0.2V 時，RAM 就進(jìn)入數(shù)據(jù)保持狀態(tài)。有用的靜態(tài)RAM 掉電保護(hù)電路如圖 2 所示，圖 2 中 U1、U2 為電壓比較器，穩(wěn)壓管D3 供給一個基準(zhǔn)電壓VrVr3.5V。當(dāng)Vcc 為 5V 時，在R4 上得到的分壓大于Vr，U2 輸出高電平，又由于 U4 輸出也為高電平，故CE2 輸出為高電位，單片機(jī)此時可對RAM 進(jìn)展存取，當(dāng)電源掉電時，Vcc 開頭下降，當(dāng)滿足如下條件時：R4Vcc/R4R3/R5R6VrU2 輸出低電平，通過U5 和 U6 使 CE2 輸出小于等于 0.2V， RAM

6、進(jìn)入數(shù)據(jù)保持狀態(tài)按圖2 中元件參數(shù)代入上式，當(dāng)Vcc 降到 4.7V 時，U2 輸出為低電位。假設(shè)Vcc 連續(xù)下降使 U3 翻轉(zhuǎn)，再通過 D4、U4 和 U6 進(jìn)一步保證 CE2 為低電平。此外，當(dāng)Vcc 下降到小于 E 時，D2 截止，D1 導(dǎo)通，這時E 作為 RAM 的備份電源，當(dāng)單片機(jī)重加電時，Vcc 由 0 躍變到 5V 時，U2 的輸出端會消滅瞬間的干擾脈沖，由于U3 和 U4 間電路的積分延遲約0.7RC， CE2 并不馬上升到高電平，因而阻擋了U2 的干擾脈沖，當(dāng)延時完畢時，電源電壓已穩(wěn)定在5V，此后 CE2 上升，單片機(jī)便可對 RAM 進(jìn)展存取。圖 2 中 U3 和 U6 為一

7、塊四施秘特與非門CD4093， 該電路直接由E 供電，這樣才能保證掉電后使CE20.2V，并在重加電時 CE2 不受電源電壓躍變的干擾，比較器U1 和 U2 為電源供電，Vcc 為后備電源 U1 的電壓監(jiān)視電路，當(dāng)后備電池快用完時小于 3.5V，發(fā)光管會發(fā)出亮光，說明要換上電池，備份電源可用 3 節(jié) 5 號干電池，也可以承受鋰電池或鎳電池。利用 TL7705 對現(xiàn)場數(shù)據(jù)進(jìn)展保護(hù)單片機(jī)構(gòu)成的應(yīng)用系統(tǒng)在突然斷電時，往往使片內(nèi)RAM 數(shù)據(jù)遭到破壞，下面介紹一種利用TL7705 構(gòu)成的電源監(jiān)控電路，使單片機(jī)系統(tǒng)在掉電時自動保護(hù)現(xiàn)場數(shù)據(jù)。TL7705 的工作原理TL7705 是電源監(jiān)控用集成電路，承受

8、8 腳雙列直插式封裝，其內(nèi)部構(gòu)造圖 3 所示。圖 3 中，基準(zhǔn)電壓發(fā)生器具有較高的穩(wěn)定性， 可由 1 腳輸出 2.5V 基準(zhǔn)電壓，為了吸取電源的同脈沖干擾，通常在1 腳上接一個 0.1F 的濾波電容來提高其抗干擾力量，被監(jiān)控的電源電壓由 SENSE 端 7 腳引入，經(jīng)過R1 和 R2 分壓后送入比較器CMP1，與基準(zhǔn)電壓進(jìn)展比較，當(dāng)其值小于基準(zhǔn)電壓時，T1 導(dǎo)通， 定時電容 CT 通過T1 放電，使 CMP2 比較器翻轉(zhuǎn)，T2 和 T3 導(dǎo)通， 輸出腳 RESET 為高電平，SESET 反為低電平，當(dāng)送入 CMP1 比較器的電壓高于基準(zhǔn)電壓時，T1 截止 100A恒流源給 CT 充電，當(dāng) CT

9、 上的電壓高于 2.5V 時，CMP2 比較器翻轉(zhuǎn)，T2 和 T3 截止， RESET 和 RESET 反輸出關(guān)斷。TL7705 與 80C51 單片機(jī)的接法在某些單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中需要在系統(tǒng)掉電時記憶當(dāng)前現(xiàn)場狀 態(tài)，以使電源恢復(fù)后能連續(xù)從斷電處運(yùn)行，圖 4 是以 80C51 單片機(jī)為例承受其空閑方式或掉電方式，在備用電池支持下實(shí)現(xiàn)掉電后的 數(shù)據(jù)保護(hù)。圖 4 中，R1、C1 和 74LSO4 構(gòu)成單片機(jī)的上電自動復(fù)位和手動按鈕復(fù)位電路，備用電池P1 及 D1、D2 實(shí)現(xiàn)掉電時備用電池的切換。電源正常時D1 不導(dǎo)通，5V 直接給單片機(jī)供電，并為電池P1 充電，為了減小電池耗電，備用電池只給單片機(jī)供

10、電，保護(hù)片內(nèi)RAM 中的數(shù)據(jù)，電源掉電后，其他外圍電路的工作電壓僅靠電源電容維持很短的時間，電位器RW 用來調(diào)整檢測電壓，范圍為4.54.75V，當(dāng)?shù)綦姇r，外圍電路的電壓下降到門限設(shè)定電壓時，可將片外 RAM 中需要保護(hù)的數(shù)據(jù)寫入片內(nèi)RAM 中，并使單片機(jī)進(jìn)入掉電工作方式以完成數(shù)據(jù)保護(hù)，為了保證單片機(jī)有足夠的處理時間， 取檢測電壓為 4.75V，當(dāng)電源電壓降至 4.75V 時，TL7705 由 RESET 反向單片機(jī)發(fā)出中斷懇求信號INTO 反。單片機(jī)運(yùn)行到一個可斷斷點(diǎn)后，相應(yīng)中斷，在中斷效勞程序中保護(hù)現(xiàn)場數(shù)據(jù)，使單片機(jī)進(jìn)入掉電工作狀態(tài)。4 承受軟件冗余措施保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性最常用的一種方法是承

11、受軟件冗余措施，馬上欲保護(hù)的數(shù)據(jù)寫入 RAM 中的不同區(qū)域，如0000H00FFH、0100H01FFH 和0200H02FFH 這三個區(qū)域存儲同樣一組數(shù)據(jù)，當(dāng)使用這些數(shù)據(jù)前， 先對各組進(jìn)展檢查，對于正確的數(shù)據(jù)方可應(yīng)用，同時將錯誤的數(shù)據(jù) 進(jìn)展修正，在上電與斷電過程中，總線不確寫性是隨機(jī)的，不行將 全部數(shù)據(jù)完全沖失。承受硬件對數(shù)據(jù)進(jìn)展斷電保護(hù)，同時在軟件上 承受冗余的措施是最常用的數(shù)據(jù)保護(hù)方法，在斷電突然發(fā)生時可保 證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確無誤。The primary difference between EEPROM and FLASH is theremoval of the ability to er

12、ase at the byte level.EEPROM 和 FLASH 的主要區(qū)分是以字節(jié)為單位擦除內(nèi)存的力量。FLASH erases in much larger chunks of memory commonly referred to as sectors. Depending on the array size and the technology chosen, the sector size can vary significantly and therefore there is not a standard erase sector size across theindus

13、try and even within a product family.FLASH 通常是依據(jù)扇區(qū)來擦除整塊的數(shù)據(jù)。依據(jù)不同的工藝和技術(shù)的選擇，扇區(qū)的大小差異很大，因此扇區(qū)的大小是沒有標(biāo)準(zhǔn)的， 每個廠家甚至每個系列產(chǎn)品的扇區(qū)大小都不見得一樣。The main point to remember is that the array is erased in large pieces as opposed to byte erase found in full featured EEPROM.主要需要記住的是：EEPROM是依據(jù)字節(jié)擦除的，而 FLASH是按照塊擦除的。Almost all co

14、mmercially available FLASH memories utilized Fowler-Nordheim tunneling for the erase operation.幾乎全部的商業(yè)用FLASH都用一種叫Fowler-Nordheimtunneling的技術(shù)進(jìn)展擦除操作。The second major difference relates to programming and the programming size but here again there is not a clear standard across the industry.其次個主要的區(qū)分在于編程

15、，但同時和擦除一樣的是，針對不同的廠家，編程的塊大小也是不同的。Some FLASH memories will do away with byte programming all together and will program in large sections referred to as s.一些 FLASH 內(nèi)存廢除了字節(jié)編程，只能依據(jù)塊的大小進(jìn)展編程寫入。Other FLASH memories still retain the ability to program in byte wide increments. The choice in programming width

16、is mostly determined by the throughput of erasing the memory and completely reprogramming the array.另一些 FLASH 內(nèi)存還保存著字節(jié)編程的力量，這些力量取決于。一些不重要的信息。There is also some diversity among FLASH memory products with respect to the programming method.另外還有一些FLASH 的差異，即寫入的方式。For example, some FLASH products use CHE

17、 and others use Fowler-Nordheim tunneling. As has been previously described in the EPROM and EEPROM overviews, each method has pros and cons, and it is these limitations that drive the programming size of the array.例如，一些FLASH 用 CHE 方式，另一些用Fowler-Nordheimtunneling方式。正如在EPROM 和 EEPROM 中描述的，每種方法都有優(yōu)缺點(diǎn)，這

18、些優(yōu)缺點(diǎn)限制了編程塊的大小。Remember from the discussion of EPROM that CHE requires a relatively high current, especially when compared toFowler-Nordheim tunneling.記住，EPROM中使用CHE需要高電流，尤其是和Fowler-Nordheim tunneling 相比較的時候。However, Fowler-Nordheim tunneling requires more time to program a memory location than does

19、CHE. Therefore, to compensate for the longer time required per programming location using Fowler-Nordheim tunneling, the programming size is larger than that used with CHE.然而，F(xiàn)owler-Nordheim tunneling需要大量的時間寫入內(nèi)存。比較后可以得到，不重要CHE cannot scale with respect to program size because of the high current required per bit to