單片機系統(tǒng)與掉電保護電路的可靠性提高方案
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在以單片機為核心的智能儀表及過程控制系統(tǒng)中常常需要長時間保存實時參數(shù)。通?？刹捎肊2PROM、FLASH MEMORY以及以隨機存貯器為基礎內(nèi)置電池的非易失芯片來實現(xiàn)。E2PROM、 FLASHMEMORY屬于可在線修改的ROM器件，它解決了應用系統(tǒng)中實時參數(shù)掉電保存的難題，但這類芯片寫入速度慢（ms級），擦寫次數(shù)有限（萬次級），有些器件擦寫次數(shù)雖達百萬次，對某些應用系統(tǒng)而言，其寫入次數(shù)仍然是有限的。因此這類芯片只能用在需要保護的數(shù)據(jù)量小且寫入不頻繁的系統(tǒng)中。對那些需要大容量高速反復存取實時參數(shù)的系統(tǒng)，只能用隨機存貯器RAM加掉電保護電路實現(xiàn)。掉電保護系統(tǒng)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(tǒng)正常時由電源給RAM供電，掉電時自動轉(zhuǎn)到備用電池給RAM供電；控制電路保證在電源供電時RAM正常讀寫，電池供電時RAM處于保護狀態(tài)，特別要防止系統(tǒng)上電／掉電過程中的瞬間干擾對RAM芯片的寫入而改變RAM中的數(shù)據(jù)?；赗AM的掉電保護電路既具有RAM的高速寫入、寫入次數(shù)無限制的特點，又能象ROM那樣長時間保存數(shù)據(jù)，因此得到了廣泛的應用。實現(xiàn)上述原理的掉電保護方法很多，某些廠商甚至以RAM為基礎內(nèi)置電池開發(fā)出自掉電保護芯片，用這類獨立的掉電保護芯片或電路構成的單片機系統(tǒng)，實際應用中有時會出現(xiàn)工作不穩(wěn)定現(xiàn)象。經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)：若系統(tǒng)電源的變化使RAM先處于保護狀態(tài)，而系統(tǒng)尚未復位，單片機仍正常工作，這時就出現(xiàn)寫不進，讀不出的現(xiàn)象，引發(fā)系統(tǒng)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(tǒng)可靠性的問題，本文提出用微處理器監(jiān)控電路使單片機復位與掉電保護聯(lián)動的解決方案。RAM在單片機復位時處于保護狀態(tài)，工作時正常存取，從而有效地解決前述問題。
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(jiān)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、看門狗電路、CMOS－RAM寫入保護及
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
為看門狗定時設置、觸發(fā)輸入、超時輸出和超時脈沖。PFI和分別為電源故障輸入和輸出，
PFI低于1．25 V時
MAX791的復位時序如圖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(tǒng)的原理圖。
76C88是CMOS型的RAM芯片，其容量為8K×8，它有兩個片選端
和CS2，只有為低電平同時CS2為高電平時芯片才被選中。因此將CS2接MAX791的輸出端，同時
寫允許信號通過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(tǒng)復位期間不能讀寫，有效地保護了76C88中的數(shù)據(jù)。結(jié)合圖2—2 MAX791的復位時序，圖3—1的電路工作原理分析如下?！ ?/P>
上電過程：當VCC從OV上升到復位門限1.65V，
輸出仍將維持有效電平200ms的時間，保證電源電壓正常后系統(tǒng)的有效復位。
有效期間76C88的CS2處于低電平，即片選信號無效，保證上電過程中片內(nèi)數(shù)據(jù)不被改寫。當VCC大于VBATT時，VOUT自動切換到與VCC相接，76C88轉(zhuǎn)由VCC供電。
正常工作：在此狀態(tài)下，CS2為高電平，通過MAX791的使能電路復制
，單片機可對76C88進行讀寫操作。為防止程序跑飛，提高系統(tǒng)的可靠性，在程序中插入看門狗觸發(fā)指令，即P1．7的置位／復位指令，程序正常執(zhí)行時經(jīng)常觸發(fā)WDI。當程序跑飛超過1．6 s不能觸發(fā)看門狗時，輸出低電平，通過MR使系統(tǒng)復位。在此期間VCC通過二級管D1、電阻R1給后備電池充電。
掉電過程：當VCC從正常電壓下降到復位門限4.65V時，立即有效，CS2變成低電平，76C88進入保護狀態(tài)，保證掉電過程中片內(nèi)數(shù)據(jù)不被改寫。當VCC小于VBATT時，VOUT自動切換到與VBATT相接，76C88轉(zhuǎn)由后備電池供電。
對多數(shù)應用系統(tǒng)，上電復位后程序從頭開始即能滿足要求，但對某些系統(tǒng)如由多道工序組成的流水線控制系統(tǒng)，突然停電后再來電時應接著原來的工序往下執(zhí)行，這就要求計算機記錄停電瞬間的系統(tǒng)參數(shù)，重新來電時根據(jù)記錄的參數(shù)繼續(xù)往下執(zhí)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，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ms的時間，足夠單片機執(zhí)行幾百條甚至上千條指令，利用這段時間在中斷服務程序中保護斷點及實時參數(shù)。重新來電后轉(zhuǎn)入斷點繼續(xù)執(zhí)行。
3．2 軟件設計
圖3—1所示單片機系統(tǒng)的軟件可分成主程序和電源報警中斷服務程序兩部分。主程序中必須插入指令經(jīng)常觸發(fā)WDI，且間隔時間不能超過1．6s，報警中斷必須設置為非屏蔽中斷
沒有可以將
設置成唯一的一個高級中斷以替代。程序流程圖如圖3—2。
4 結(jié)束語
將復位與掉電保護聯(lián)動，能有效解決掉電保護與復位不協(xié)調(diào)引起的系統(tǒng)工作不穩(wěn)定現(xiàn)象，提高掉電保護電路及單片機應用系統(tǒng)的可靠性。以MAX791微處理器監(jiān)控電路構成的單片機掉
電保護系統(tǒng)，在電力、石化等工業(yè)現(xiàn)場應用效果十分理想。
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