單片機系統與掉電保護電路的可靠性提高方案
加入技術(shù)交流群
在以單片機為核心的智能儀表及過(guò)程控制系統中常常需要長(cháng)時(shí)間保存實(shí)時(shí)參數。通?？刹捎肊2PROM、FLASH MEMORY以及以隨機存貯器為基礎內置電池的非易失芯片來(lái)實(shí)現。E2PROM、 FLASHMEMORY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)參數掉電保存的難題，但這類(lèi)芯片寫(xiě)入速度慢（ms級），擦寫(xiě)次數有限（萬(wàn)次級），有些器件擦寫(xiě)次數雖達百萬(wàn)次，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存取實(shí)時(shí)參數的系統，只能用隨機存貯器RAM加掉電保護電路實(shí)現。掉電保護系統一般由低功耗的CMOS－RAM、供電電路及控制電路組成。供電電路保證系統正常時(shí)由電源給RAM供電，掉電時(shí)自動(dòng)轉到備用電池給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)，特別要防止系統上電／掉電過(guò)程中的瞬間干擾對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)出自掉電保護芯片，用這類(lèi)獨立的掉電保護芯片或電路構成的單片機系統，實(shí)際應用中有時(shí)會(huì )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，單片機仍正常工作，這時(shí)就出現寫(xiě)不進(jìn)，讀不出的現象，引發(fā)系統故障。對于這種單片機復位電平與掉電保護電平不一致而影響系統可靠性的問(wèn)題，本文提出用微處理器監控電路使單片機復位與掉電保護聯(lián)動(dòng)的解決方案。RAM在單片機復位時(shí)處于保護狀態(tài)，工作時(shí)正常存取，從而有效地解決前述問(wèn)題。
2 MAX791［1］芯片介紹
MAX791是MAXIM公司生產(chǎn)的高性能微處理器電源監視電路，它與AMDA公司的AMD791性能
相同可以互換。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，邏輯框圖如圖2—1［1］。圖中VCC、VOUT分別為電源輸入、輸出，VBATT為
電池輸入，為電源低輸出，
和
為RAM芯片使能輸入與輸出，
為
復位輸出，為人工復位輸入，
、
分別
為看門(mén)狗定時(shí)設置、觸發(fā)輸入、超時(shí)輸出和超時(shí)脈沖。PFI和分別為電源故障輸入和輸出，
PFI低于1．25 V時(shí)
MAX791的復位時(shí)序如圖2—2［1］所示。
3 掉電保護電路設計
3．1 硬件設計
圖3—1給出了一種帶掉電保護的MCS－51［2］、［3］單片機應用系統的原理圖?！ ?BR>76C88是CMOS型的RAM芯片，其容量為8K×8，它有兩個(gè)片選端
和CS2，只有為低電平同時(shí)CS2為高電平時(shí)芯片才被選中。因此將CS2接MAX791的輸出端，同時(shí)
寫(xiě)允許信號通過(guò)MAX791的使能控制輸入端和輸出端，間接從MCS－51的引入，保證在系統復位期間不能讀寫(xiě)，有效地保護了76C88中的數據。結合圖2—2 MAX791的復位時(shí)序，圖3—1的電路工作原理分析如下?！ ?/P>
上電過(guò)程：當VCC從OV上升到復位門(mén)限1.65V，
輸出仍將維持有效電平200ms的時(shí)間，保證電源電壓正常后系統的有效復位。
有效期間76C88的CS2處于低電平，即片選信號無(wú)效，保證上電過(guò)程中片內數據不被改寫(xiě)。當VCC大于VBATT時(shí)，VOUT自動(dòng)切換到與VCC相接，76C88轉由VCC供電。
正常工作：在此狀態(tài)下，CS2為高電平，通過(guò)MAX791的使能電路復制
，單片機可對76C88進(jìn)行讀寫(xiě)操作。為防止程序跑飛，提高系統的可靠性，在程序中插入看門(mén)狗觸發(fā)指令，即P1．7的置位／復位指令，程序正常執行時(shí)經(jīng)常觸發(fā)WDI。當程序跑飛超過(guò)1．6 s不能觸發(fā)看門(mén)狗時(shí)，輸出低電平，通過(guò)MR使系統復位。在此期間VCC通過(guò)二級管D1、電阻R1給后備電池充電。
掉電過(guò)程：當VCC從正常電壓下降到復位門(mén)限4.65V時(shí)，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。
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MAX791的電源報警功能，能方便地達到這一目的：分析圖2-2，當VCC下降到4.65V+150mV時(shí)，產(chǎn)生負跳變，向單片機發(fā)中斷請求，因貯能效應，VCC從4．8 V降到4．65 V有幾個(gè)ms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)電后轉入斷點(diǎn)繼續執行。
3．2 軟件設計
圖3—1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
沒(méi)有可以將
設置成唯一的一個(gè)高級中斷以替代。程序流程圖如圖3—2。
4 結束語(yǔ)
將復位與掉電保護聯(lián)動(dòng)，能有效解決掉電保護與復位不協(xié)調引起的系統工作不穩定現象，提高掉電保護電路及單片機應用系統的可靠性。以MAX791微處理器監控電路構成的單片機掉
電保護系統，在電力、石化等工業(yè)現場(chǎng)應用效果十分理想。
評論