高可靠性掉電保護電路設計
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摘要提出掉電保護與系統復位同時(shí)作用，實(shí)現高度可靠的掉電保護電路的設計原理。介紹了ADM691微處理器監控電路特性及其構成的掉電保護電路。
關(guān)鍵詞微處理器監控電路掉電保護
1問(wèn)題的提出
在智能儀表及過(guò)程控制中常常要用掉電保護電路以長(cháng)時(shí)間保存實(shí)時(shí)參數。通?？刹捎肊2PROM、FLASH MEMORY以及以隨機存儲器為基礎內置電池的非易失性芯片來(lái)實(shí)現。E2PROM、FLASH MEMORY屬于可在線(xiàn)修改的ROM器件，它解決了應用系統中實(shí)時(shí)參數掉電后長(cháng)時(shí)間保存的難題，但這類(lèi)芯片寫(xiě)入速度慢，一般為毫秒級，擦寫(xiě)次數有限，一般為萬(wàn)次級，有些器件擦寫(xiě)次數能達到百萬(wàn)次，但對某些應用系統而言，其寫(xiě)入次數仍然是有限的。因此這類(lèi)芯片只能用在需要保護的數據量小且寫(xiě)入不頻繁的系統中。對那些需要大容量高速反復保存實(shí)時(shí)參數的應用系統，只能用隨機存儲器RAM加掉電保護電路來(lái)實(shí)現。掉電保護電路一般由低功耗的CMOS-RAM、供電電路及控制電路組成。供電電路保證在系統正常時(shí)由電源給RAM供電，系統掉電時(shí)自動(dòng)轉換到由備用電池給RAM供電；控制電路保證在電源供電時(shí)RAM正常讀寫(xiě)，電池供電時(shí)RAM處于保護狀態(tài)，特別要防止在系統上電/掉電過(guò)程中的瞬間干擾信號對RAM芯片的寫(xiě)入而改變RAM中的數據?；赗AM的掉電保護電路既具有RAM的高速寫(xiě)入、寫(xiě)入次數無(wú)限制的特點(diǎn)，又能象ROM那樣長(cháng)時(shí)間保存數據，因此得到了廣泛的應用。實(shí)現上述原理的掉電保護方法很多，某些廠(chǎng)商甚至以RAM為基礎內置電池，開(kāi)發(fā)出了自掉電保護芯片。用這類(lèi)單獨的掉電保護芯片或電路構成的應用系統，在實(shí)際應用中有時(shí)出現工作不穩定現象。經(jīng)分析發(fā)現：若系統電源的變化使RAM先處于保護狀態(tài)，而系統尚未復位，微處理器正常工作，此時(shí)對RAM進(jìn)行讀寫(xiě)操作，因其已處于保護狀態(tài)，必定發(fā)生數據讀不出寫(xiě)不進(jìn)的現象，引發(fā)系統故障。對于這種微處理器復位電平與掉電保護電平不一致而影響系統正常工作的問(wèn)題，我們提出了用微處理器監控電路把系統復位與掉電保護聯(lián)系在一起的解決方案。系統復位時(shí)存儲器處于保護狀態(tài)，系統工作時(shí)存儲器處于可以正常讀寫(xiě)，從而有效地解決了上述問(wèn)題。下面介紹利用ADM691微處理器監控電路按上述原理實(shí)現的高可靠性的掉電保護電路。
2ADM691芯片介紹
ADM691是AD公司生產(chǎn)的一種高性能微處理器電源監視電路，其功能包括微處理器復位，備用電池切換，看門(mén)狗電路，CMOS-RAM寫(xiě)入保護及電源故障告警等。
2.1芯片主要特點(diǎn)
2.2芯片引腳及功能 ADM691為16腳DIP和SO封裝，引腳如圖１所示。各引腳功能如下： （1）VBATT備份電池輸入； |  圖1ADM691引腳 |
2.3ADM691復位時(shí)序 ADM691的復位時(shí)序如圖2所示。 |
電源故障輸出。VCC降到復位門(mén)限以下時(shí)，
變低。
變低,復位有效,利用此功能可有效防止系統死機,增強抗干擾能力。
RAM芯片使能輸出。在
有效期間，
，保證對RAM的正常讀寫(xiě)；
看門(mén)狗輸出。WDI電平保持不變超過(guò)設定時(shí)間，
圖2ADM691復位時(shí)序 |
3掉電保護電路設計
3.1硬件設計
| 圖3給出了MCS-51單片機應用系統中ADM691與76C88組成的掉電保護電路原理圖。 |
圖3MCS-51系統掉電保護電路原理圖 76C88是CMOS型的RAM芯片，其容量為8Kbit，它有兩個(gè)片選端 上電過(guò)程：當Vcc從0V上升到復位門(mén)限4.65V時(shí)， 正常工作：在此狀態(tài)下，CS2為高電平， 掉電過(guò)程：當VCC從正常電壓下降到復位門(mén)限4.65V時(shí)， 對多數應用系統，上電復位后程序從頭開(kāi)始即能滿(mǎn)足要求，但對某些系統如由多道工序組成的流水線(xiàn)控制系統，突然停電后再來(lái)電時(shí)應接著(zhù)原來(lái)的工序往下執行，這就要求計算機記錄停電瞬間的系統參數，重新來(lái)電時(shí)根據記錄的參數繼續往下執行。利用ADM691的電源報警功能，能方便地達到這一目的。分析圖3可知適當調節R4，當VCC下降到4.80V時(shí)， |
和CS2，只有
寫(xiě)允許信號通過(guò)ADM691的使能控制輸入端
通過(guò)ADM691的使能電路復制
，系統能對76C88進(jìn)行讀寫(xiě)操作。為提高系統的可靠性，在應用程序中插入看門(mén)狗觸發(fā)指令，即P1.7的置位/復位指令，當程序正常執行時(shí)經(jīng)常觸發(fā)WDI。在程序“跑飛”超過(guò)1.6s不能觸發(fā)看門(mén)狗時(shí)，RESET變高使系統復位。在此期間VCC通過(guò)二極管D1、電阻R1給后備電池充電。
立即有效，CS2變成低電平，76C88進(jìn)入保護狀態(tài)。保證掉電過(guò)程中片內數據不被改寫(xiě)。當VCC小于VBATT時(shí)，VOUT自動(dòng)切換到與VBATT相接，76C88轉由后備電池供電。
產(chǎn)生負跳變，向單片機發(fā)中斷請求，VCC從4.8V降到4.65V有幾個(gè)毫秒的時(shí)間，足夠單片機執行幾百條甚至上千條指令，利用這段時(shí)間在中斷服務(wù)程序中保護斷點(diǎn)及實(shí)時(shí)參數。重新來(lái)電后轉返斷點(diǎn)繼續執行。3.2軟件設計
圖3所示單片機系統的軟件可分成主程序和電源報警中斷服務(wù)程序兩部分。主程序中必須插入指令經(jīng)常觸發(fā)WDI，且間隔時(shí)間不能超過(guò)1.6s，報警中斷必須設置為非屏蔽中斷 ，MCS-51無(wú)，可以將 設置成唯一的一個(gè)高級中斷以替代。程序流程圖如圖4所示。 |
 （a）主程序流程 |
（b）電源報警中斷服務(wù)程序流程 |
圖４ 軟件流程圖 4結束語(yǔ) 將系統復位與掉電保護結合起來(lái)，能有效的解決RAM保護與系統復位不協(xié)調引起的系統工作不穩定現象，以ADM691微處理器監控電路構成的單片機掉電保護電路，在電腦加油機等系統中應用表明，效果十分理想。 |
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