高可靠性掉電保護(hù)電路設(shè)計(jì)
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摘要提出掉電保護(hù)與系統(tǒng)復(fù)位同時(shí)作用，實(shí)現(xiàn)高度可靠的掉電保護(hù)電路的設(shè)計(jì)原理。介紹了ADM691微處理器監(jiān)控電路特性及其構(gòu)成的掉電保護(hù)電路。
關(guān)鍵詞微處理器監(jiān)控電路掉電保護(hù)
1問題的提出
在智能儀表及過程控制中常常要用掉電保護(hù)電路以長(zhǎng)時(shí)間保存實(shí)時(shí)參數(shù)。通?？刹捎肊2PROM、FLASH MEMORY以及以隨機(jī)存儲(chǔ)器為基礎(chǔ)內(nèi)置電池的非易失性芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)。E2PROM、FLASH MEMORY屬于可在線修改的ROM器件，它解決了應(yīng)用系統(tǒng)中實(shí)時(shí)參數(shù)掉電后長(zhǎng)時(shí)間保存的難題，但這類芯片寫入速度慢，一般為毫秒級(jí)，擦寫次數(shù)有限，一般為萬(wàn)次級(jí)，有些器件擦寫次數(shù)能達(dá)到百萬(wàn)次，但對(duì)某些應(yīng)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(hù)的數(shù)據(jù)量小且寫入不頻繁的系統(tǒng)中。對(duì)那些需要大容量高速反復(fù)保存實(shí)時(shí)參數(shù)的應(yīng)用系統(tǒng)，只能用隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM加掉電保護(hù)電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。掉電保護(hù)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(tǒng)正常時(shí)由電源給RAM供電，系統(tǒng)掉電時(shí)自動(dòng)轉(zhuǎn)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，電池供電時(shí)RAM處于保護(hù)狀態(tài)，特別要防止在系統(tǒng)上電/掉電過程中的瞬間干擾信號(hào)對(duì)RAM芯片的寫入而改變RAM中的數(shù)據(jù)?；赗AM的掉電保護(hù)電路既具有RAM的高速寫入、寫入次數(shù)無(wú)限制的特點(diǎn)，又能象ROM那樣長(zhǎng)時(shí)間保存數(shù)據(jù)，因此得到了廣泛的應(yīng)用。實(shí)現(xiàn)上述原理的掉電保護(hù)方法很多，某些廠商甚至以RAM為基礎(chǔ)內(nèi)置電池，開發(fā)出了自掉電保護(hù)芯片。用這類單獨(dú)的掉電保護(hù)芯片或電路構(gòu)成的應(yīng)用系統(tǒng)，在實(shí)際應(yīng)用中有時(shí)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(hù)狀態(tài)，而系統(tǒng)尚未復(fù)位，微處理器正常工作，此時(shí)對(duì)RAM進(jìn)行讀寫操作，因其已處于保護(hù)狀態(tài)，必定發(fā)生數(shù)據(jù)讀不出寫不進(jìn)的現(xiàn)象，引發(fā)系統(tǒng)故障。對(duì)于這種微處理器復(fù)位電平與掉電保護(hù)電平不一致而影響系統(tǒng)正常工作的問題，我們提出了用微處理器監(jiān)控電路把系統(tǒng)復(fù)位與掉電保護(hù)聯(lián)系在一起的解決方案。系統(tǒng)復(fù)位時(shí)存儲(chǔ)器處于保護(hù)狀態(tài)，系統(tǒng)工作時(shí)存儲(chǔ)器處于可以正常讀寫，從而有效地解決了上述問題。下面介紹利用ADM691微處理器監(jiān)控電路按上述原理實(shí)現(xiàn)的高可靠性的掉電保護(hù)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(jiān)視電路，其功能包括微處理器復(fù)位，備用電池切換，看門狗電路，CMOS-RAM寫入保護(hù)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(fù)位時(shí)序 ADM691的復(fù)位時(shí)序如圖2所示。 |
電源故障輸出。VCC降到復(fù)位門限以下時(shí)，
變低。
變低,復(fù)位有效,利用此功能可有效防止系統(tǒng)死機(jī),增強(qiáng)抗干擾能力。
RAM芯片使能輸出。在
有效期間，
，保證對(duì)RAM的正常讀寫；
看門狗輸出。WDI電平保持不變超過設(shè)定時(shí)間，
圖2ADM691復(fù)位時(shí)序 |
3掉電保護(hù)電路設(shè)計(jì)
3.1硬件設(shè)計(jì)
| 圖3給出了MCS-51單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中ADM691與76C88組成的掉電保護(hù)電路原理圖。 |
圖3MCS-51系統(tǒng)掉電保護(hù)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 上電過程：當(dāng)Vcc從0V上升到復(fù)位門限4.65V時(shí)， 正常工作：在此狀態(tài)下，CS2為高電平， 掉電過程：當(dāng)VCC從正常電壓下降到復(fù)位門限4.65V時(shí)， 對(duì)多數(shù)應(yīng)用系統(tǒng)，上電復(fù)位后程序從頭開始即能滿足要求，但對(duì)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(lái)電時(shí)應(yīng)接著原來(lái)的工序往下執(zhí)行，這就要求計(jì)算機(jī)記錄停電瞬間的系統(tǒng)參數(shù)，重新來(lái)電時(shí)根據(jù)記錄的參數(shù)繼續(xù)往下執(zhí)行。利用ADM691的電源報(bào)警功能，能方便地達(dá)到這一目的。分析圖3可知適當(dāng)調(diào)節(jié)R4，當(dāng)VCC下降到4.80V時(shí)， |
和CS2，只有
寫允許信號(hào)通過ADM691的使能控制輸入端
通過ADM691的使能電路復(fù)制
，系統(tǒng)能對(duì)76C88進(jìn)行讀寫操作。為提高系統(tǒng)的可靠性，在應(yīng)用程序中插入看門狗觸發(fā)指令，即P1.7的置位/復(fù)位指令，當(dāng)程序正常執(zhí)行時(shí)經(jīng)常觸發(fā)WDI。在程序“跑飛”超過1.6s不能觸發(fā)看門狗時(shí)，RESET變高使系統(tǒng)復(fù)位。在此期間VCC通過二極管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(hù)狀態(tài)。保證掉電過程中片內(nèi)數(shù)據(jù)不被改寫。當(dāng)VCC小于VBATT時(shí)，VOUT自動(dòng)切換到與VBATT相接，76C88轉(zhuǎn)由后備電池供電。
產(chǎn)生負(fù)跳變，向單片機(jī)發(fā)中斷請(qǐng)求，VCC從4.8V降到4.65V有幾個(gè)毫秒的時(shí)間，足夠單片機(jī)執(zhí)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(hù)斷點(diǎn)及實(shí)時(shí)參數(shù)。重新來(lái)電后轉(zhuǎn)返斷點(diǎn)繼續(xù)執(zhí)行。3.2軟件設(shè)計(jì)
圖3所示單片機(jī)系統(tǒng)的軟件可分成主程序和電源報(bào)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1.6s，報(bào)警中斷必須設(shè)置為非屏蔽中斷 ，MCS-51無(wú)，可以將 設(shè)置成唯一的一個(gè)高級(jí)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(bào)警中斷服務(wù)程序流程 |
圖４ 軟件流程圖 4結(jié)束語(yǔ) 將系統(tǒng)復(fù)位與掉電保護(hù)結(jié)合起來(lái)，能有效的解決RAM保護(hù)與系統(tǒng)復(fù)位不協(xié)調(diào)引起的系統(tǒng)工作不穩(wěn)定現(xiàn)象，以ADM691微處理器監(jiān)控電路構(gòu)成的單片機(jī)掉電保護(hù)電路，在電腦加油機(jī)等系統(tǒng)中應(yīng)用表明，效果十分理想。 |
評(píng)論