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在測量、控制等領域的應用中，常要求單片機內部和外部RAM中的數據在電源掉電時不丟失，重新加電時，RAM中的數據能夠保存完好，這就要求對單片機系統加接掉電保護電路。掉電保護通常可采用以下三種方法：一是加接不間斷電源，讓整個系統在掉電時繼續工作，二是采用備份電源，掉電后保護系統中全部或部分數據存儲單元的內容；三是采用EEPROM來保存數據。由于第一種方法體積大、成本高，對單片機系統來說，不宜采用。第二種方法是根據實際需要，掉電時保存一些必要的數據，使系統在電源恢復后，能夠繼續執行程序，因而經濟實用，故大量采用。EEPROM既具有ROM掉電不丟失數據的特點，又有RAM隨機讀寫的特點。但由于其讀寫速度與讀寫次數的限制，使得EEPROM不能完全代替RAM。下面將介紹最常用的一些掉電保護的處理方法，希望能對相關設計人員在實際工作中有所幫助。 1 簡單的RAM數據掉電保護電路 在具有掉電保護功能的單片機系統中，一般采用CMOS單片機和CMOS RAM。CMOS型RAM存儲器靜態電源小，在正常工作狀態下一般由電源向片外RAM供電，而在斷電狀態下由小型蓄電池向片外RAM供電，以保存有用數據，采用這種方法保存數據，時間一般在3－5個月。然而，系統在上電及斷電過程中，總線狀態的不確定性往往導致RAM內某些數據的變化，即數據受到沖失。因此對于斷電保護數據用的RAM存儲器，除了配置供電切換電路外，還要采取數據防沖失措施，當電源突然斷電時，電壓下降有個過程，CPU在此過程中會失控，可能會誤發出寫信而沖失RAM中的數據，僅有電池是不能有效完成數據保護的，還需要對片選信號加以控制，保證整個切換過程中CS引腳的信號一直保持接近VCC。通常，采用在RAM的CS和VCC引腳之間接一個電阻來實現COMS RAM的電源切換，然而，如果在掉電時，譯碼器的輸出出現低電平，就可能出現問題，圖1給出一種簡單的電路設計，它能夠避免上述問題的產生。 圖1中，4060開關電路起到對CS控制的作用。當電壓小于等于4.5V時就使開關斷開，CS線上拉至"1"，這樣，RAM中的數據就不會沖失；當電壓大于4.5V時，4060開關接通，使RAM能正常進行讀寫。 2 可靠的RAM掉電保護電路 上述的電路雖然簡單，但有時可能起不到RAM掉電保護的作用，原因是在電源掉電和重新加電的過程中，電源電壓躍變的干擾可能使RAM瞬間處于讀寫狀態，使原來RAM中的數據遭到破壞，因此，在掉電剛剛開始以及重新加電直到電源電壓保持穩定下來之前，RAM應處于數據保持狀態，6264 RAM、5101 RAM等RAM芯片上都有一個CE2引腳，在一般情況下需將此引腳拉高，當把該引腳拉至小于或等于0.2V時，RAM就進入數據保持狀態。 實用的靜態RAM掉電保護電路如圖2所示，圖2中U1、U2為電壓比較器，穩壓管D3提供一個基準電壓Vr（Vr＝3.5V）。當Vcc為5V時，在R4上得到的分壓大于Vr，U2輸出高電平，又因為U4輸出也為高電平，故CE2輸出為高電位，單片機此時可對RAM進行存取，當電源掉電時，Vcc開始下降，當滿足如下條件時： R4×Vcc/[（R4＋R3）/（R5＋R6）]≥Vr
3 利用TL7705對現場數據進行保護 單片機構成的應用系統在突然斷電時，往往使片內RAM數據遭到破壞，下面介紹一種利用TL7705構成的電源監控電路，使單片機系統在掉電時自動保護現場數據。 3.1 TL7705的工作原理 TL7705是電源監控用集成電路，采用8腳雙列直插式封裝，其內部結構圖3所示。圖3中，基準電壓發生器具有較高的穩定性，可由1腳輸出2.5V基準電壓，為了吸收電源的同脈沖干擾，通常在1腳上接一個0.1μF的濾波電容來提高其抗干擾能力，被監控的電源電壓由SENSE端7腳引入，經過R1和R2分壓后送入比較器CMP1，與基準電壓進行比較，當其值小于基準電壓時，T1導通，定時電容CT通過T1放電，使CMP2比較器翻轉，T2和T3導通，輸出腳RESET為高電平，SESET反為低電平，當送入CMP1比較器的電壓高于基準電壓時，T1截止100μA恒流源給CT充電，當CT上的電壓高于2.5V時，CMP2比較器翻轉，T2和T3截止，RESET和RESET反輸出關斷。 3.2 TL7705與80C51單片機的接法 在某些單片機應用系統中需要在系統掉電時記憶當前現場狀態，以使電源恢復后能繼續從斷電處運行，圖4是以80C51單片機為例采用其空閑方式或掉電方式，在備用電池支持下實現掉電后的數據保護。 圖4中，R1、C1和74LSO4構成單片機的上電自動復位和手動按鈕復位電路，備用電池P1及D1、D2實現掉電時備用電池的切換。電源正常時D1不導通，＋5V直接給單片機供電，并為電池P1充電，為了減小電池耗電，備用電池只給單片機供電，保護片內RAM中的數據，電源掉電后，其他外圍電路的工作電壓僅靠電源電容維持很短的時間，電位器RW用來調節檢測電壓，范圍為4.5－4.75V，當掉電時，外圍電路的電壓下降到門限設定電壓時，可將片外RAM中需要保護的數據寫入片內RAM中，并使單片機進入掉電工作方式以完成數據保護，為了保證單片機有足夠的處理時間，取檢測電壓為4.75V，當電源電壓降至4.75V時，TL7705由RESET反向單片機發出中斷請求信號（INTO反）。單片機運行到一個可斷斷點后，相應中斷，在中斷服務程序中保護現場數據，使單片機進入掉電工作狀態。 4 采用軟件冗余措施保證數據的準確性 最常用的一種方法是采用軟件冗余措施，即將欲保護的數據寫入RAM中的不同區域，如0000H－00FFH、0100H－01FFH和0200H－02FFH這三個區域存儲同樣一組數據，當使用這些數據前，先對各組進行檢查，對于正確的數據方可應用，同時將錯誤的數據進行修正，在上電與斷電過程中，總線不確寫性是隨機的，不可將所有數據完全沖失。采用硬件對數據進行斷電保護，同時在軟件上采用冗余的措施是最常用的數據保護方法，在斷電突然發生時可保證數據的準確無誤。 |
