单片机 应用系统断电时的数据保护方法
发布时间:2008/5/28 0:00:00 访问次数:996
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在测量、控制等领域的应用中，常要求单片机内部和外部ram中的数据在电源掉电时不丢失，重新加电时，ram中的数据能够保存完好，这就要求对单片机系统加接掉电保护电路。掉电保护通常可采用以下三种方法：一是加接不间断电源，让整个系统在掉电时继续工作，二是采用备份电源，掉电后保护系统中全部或部分数据存储单元的内容；三是采用eeprom来保存数据。由于第一种方法体积大、成本高，对单片机系统来说，不宜采用。第二种方法是根据实际需要，掉电时保存一些必要的数据，使系统在电源恢复后，能够继续执行程序，因而经济实用，故大量采用[1]。eeprom既具有rom掉电不丢失数据的特点，又有ram随机读写的特点。但由于其读写速度与读写次数的限制，使得eeprom不能完全代替ram。下面将介绍最常用的一些掉电保护的处理方法，希望能对相关设计人员在实际工作中有所帮助。
1 简单的ram数据掉电保护电路
在具有掉电保护功能的单片机系统中，一般采用cmos单片机和cmos ram。cmos型ram存储器静态电源小，在正常工作状态下一般由电源向片外ram供电，而在断电状态下由小型蓄电池向片外ram供电，以保存有用数据，采用这种方法保存数据，时间一般在3－5个月[2]。然而，系统在上电及断电过程中，总线状态的不确定性往往导致ram内某些数据的变化，即数据受到冲失。因此对于断电保护数据用的ram存储器，除了配置供电切换电路外，还要采取数据防冲失措施，当电源突然断电时，电压下降有个过程，cpu在此过程中会失控，可能会误发出写信而冲失ram中的数据，仅有电池是不能有效完成数据保护的，还需要对片选信号加以控制，保证整个切换过程中cs引脚的信号一直保持接近vcc。通常，采用在ram的cs和vcc引脚之间接一个电阻来实现coms ram的电源切换，然而，如果在掉电时，译码器的输出出现低电平，就可能出现问题，图1给出一种简单的电路设计，它能够避免上述问题的产生。
图1中，4060开关电路起到对cs控制的作用。当电压小于等于4.5v时就使开关断开，cs线上拉至"1"，这样，ram中的数据就不会冲失；当电压大于4.5v时，4060开关接通，使ram能正常进行读写。
2 可靠的ram掉电保护电路
上述的电路虽然简单，但有时可能起不到ram掉电保护的作用，原因是在电源掉电和重新加电的过程中，电源电压跃变的干扰可能使ram瞬间处于读写状态，使原来ram中的数据遭到破坏，因此，在掉电刚刚开始以及重新加电直到电源电压保持稳定下来之前，ram应处于数据保持状态，6264 ram、5101 ram等ram芯片上都有一个ce2引脚，在一般情况下需将此引脚拉高，当把该引脚拉至小于或等于0.2v时，ram就进入数据保持状态。
实用的静态ram掉电保护电路如图2所示，图2中u1、u2为电压比较器，稳压管d3提供一个基准电压vr（vr＝3.5v）。当vcc为5v时，在r4上得到的分压大于vr，u2输出高电平，又因为u4输出也为高电平，故ce2输出为高电位，单片机此时可对ram进行存取，当电源掉电时，vcc开始下降，当满足如下条件时：
r4×vcc/[（r4＋r3）/（r5＋r6）]≥vr
u2输出低电平，通过u5和u6使ce2输出小于等于0.2v，ram进入数据保持状态（按图2中元件参数代入上式，当vcc降到4.7v时，u2输出为低电位）。若vcc继续下降使u3翻转，再通过d4、u4和u6进一步保证ce2为低电平。此外，当vcc下降到小于e时，d2截止，d1导通，这时e作为ram的备份电源，当单片机重新加电时，vcc由0跃变到5v时，u2的输出端会出现瞬间的干扰脉冲，由于u3和u4间电路的积分延迟（约0.7rc），ce2并不立即升到高电平，因而阻止了u2的干扰脉冲，当延时结束时，电源电压已稳定在5v，此后ce2升高，单片机便可对ram进行存取。图2中u3和u6为一块四施秘特与非门（cd4093），该电路直接由e供电，这样才能保证掉电后使ce2≤0.2v，并在重新加电时ce2不受电源电压跃变的干扰，比较器u1和u2为电源供电，vcc为后备电源u1的电压监视电路，当后备电池快用完时（小于3.5v），发光管会发出亮光，表明要换上新电池，备份电源可用3节5号干电池，也可以采用锂电池或镍电池。
3 利用tl7705对现场数据进行保护
单片机构成的应用系统在突然断电时，往往使片内ram数据遭到破坏，下面介绍一种利用tl7705构成的电源监控电路，使单片机系统在掉电时自动
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在测量、控制等领域的应用中，常要求单片机内部和外部ram中的数据在电源掉电时不丢失，重新加电时，ram中的数据能够保存完好，这就要求对单片机系统加接掉电保护电路。掉电保护通常可采用以下三种方法：一是加接不间断电源，让整个系统在掉电时继续工作，二是采用备份电源，掉电后保护系统中全部或部分数据存储单元的内容；三是采用eeprom来保存数据。由于第一种方法体积大、成本高，对单片机系统来说，不宜采用。第二种方法是根据实际需要，掉电时保存一些必要的数据，使系统在电源恢复后，能够继续执行程序，因而经济实用，故大量采用[1]。eeprom既具有rom掉电不丢失数据的特点，又有ram随机读写的特点。但由于其读写速度与读写次数的限制，使得eeprom不能完全代替ram。下面将介绍最常用的一些掉电保护的处理方法，希望能对相关设计人员在实际工作中有所帮助。
1 简单的ram数据掉电保护电路
在具有掉电保护功能的单片机系统中，一般采用cmos单片机和cmos ram。cmos型ram存储器静态电源小，在正常工作状态下一般由电源向片外ram供电，而在断电状态下由小型蓄电池向片外ram供电，以保存有用数据，采用这种方法保存数据，时间一般在3－5个月[2]。然而，系统在上电及断电过程中，总线状态的不确定性往往导致ram内某些数据的变化，即数据受到冲失。因此对于断电保护数据用的ram存储器，除了配置供电切换电路外，还要采取数据防冲失措施，当电源突然断电时，电压下降有个过程，cpu在此过程中会失控，可能会误发出写信而冲失ram中的数据，仅有电池是不能有效完成数据保护的，还需要对片选信号加以控制，保证整个切换过程中cs引脚的信号一直保持接近vcc。通常，采用在ram的cs和vcc引脚之间接一个电阻来实现coms ram的电源切换，然而，如果在掉电时，译码器的输出出现低电平，就可能出现问题，图1给出一种简单的电路设计，它能够避免上述问题的产生。
图1中，4060开关电路起到对cs控制的作用。当电压小于等于4.5v时就使开关断开，cs线上拉至"1"，这样，ram中的数据就不会冲失；当电压大于4.5v时，4060开关接通，使ram能正常进行读写。
2 可靠的ram掉电保护电路
上述的电路虽然简单，但有时可能起不到ram掉电保护的作用，原因是在电源掉电和重新加电的过程中，电源电压跃变的干扰可能使ram瞬间处于读写状态，使原来ram中的数据遭到破坏，因此，在掉电刚刚开始以及重新加电直到电源电压保持稳定下来之前，ram应处于数据保持状态，6264 ram、5101 ram等ram芯片上都有一个ce2引脚，在一般情况下需将此引脚拉高，当把该引脚拉至小于或等于0.2v时，ram就进入数据保持状态。
实用的静态ram掉电保护电路如图2所示，图2中u1、u2为电压比较器，稳压管d3提供一个基准电压vr（vr＝3.5v）。当vcc为5v时，在r4上得到的分压大于vr，u2输出高电平，又因为u4输出也为高电平，故ce2输出为高电位，单片机此时可对ram进行存取，当电源掉电时，vcc开始下降，当满足如下条件时：
r4×vcc/[（r4＋r3）/（r5＋r6）]≥vr
u2输出低电平，通过u5和u6使ce2输出小于等于0.2v，ram进入数据保持状态（按图2中元件参数代入上式，当vcc降到4.7v时，u2输出为低电位）。若vcc继续下降使u3翻转，再通过d4、u4和u6进一步保证ce2为低电平。此外，当vcc下降到小于e时，d2截止，d1导通，这时e作为ram的备份电源，当单片机重新加电时，vcc由0跃变到5v时，u2的输出端会出现瞬间的干扰脉冲，由于u3和u4间电路的积分延迟（约0.7rc），ce2并不立即升到高电平，因而阻止了u2的干扰脉冲，当延时结束时，电源电压已稳定在5v，此后ce2升高，单片机便可对ram进行存取。图2中u3和u6为一块四施秘特与非门（cd4093），该电路直接由e供电，这样才能保证掉电后使ce2≤0.2v，并在重新加电时ce2不受电源电压跃变的干扰，比较器u1和u2为电源供电，vcc为后备电源u1的电压监视电路，当后备电池快用完时（小于3.5v），发光管会发出亮光，表明要换上新电池，备份电源可用3节5号干电池，也可以采用锂电池或镍电池。
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