单片机掉电保护)总结

单片机应用系统断电时的数据保护方法 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 R AM。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 35 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（Vr3.5V）。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： R4Vcc/（R4R3）/（R5R6）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 CE20.2V ，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保 护现场数据。 3.1 TL7705 的工作原理 TL7705 是电源监控用集成电路，采用 8 脚双列直插式封装，其内部结 构图 3 所示。图 3 中，基准电压发生器具有较高的稳定性，可由 1 脚输出 2.5V 基准电压，为了吸收电源的同脉冲干扰，通常在 1 脚上接一个 0.1F 的滤波电 容来提高其抗干扰能力，被监控的电源电压由 SENSE 端 7 脚引入，经过 R1 和 R 2 分压后送入比较器 CMP1，与基准电压进行比较，当其值小于基准电压时，T1 导通，定时电容 CT 通过 T1 放电，使 CMP2 比较器翻转，T2 和 T3 导通，输出脚 RESET 为高电平，SESET 反为低电平，当送入 CMP1 比较器的电压高于基准电压 时，T1 截止 100A 恒流源给 CT 充电，当 CT 上的电压高于 2.5V 时，CMP2 比较 器翻转，T2 和 T3 截止，RESET 和 RESET 反输出关断。 3.2 TL7705 与 80C51 单片机的接法 在某些单片机应用系统中需要在系统掉电时记忆当前现场状态，以使电 源恢复后能继续从断电处运行，图 4 是以 80C51 单片机为例采用其空闲方式或 掉电方式，在备用电池支持下实现掉电后的数据保护。 图 4 中，R1、C1 和 74LSO4 构成单片机的上电自动复位和手动按钮复位 电路，备用电池 P1 及 D1、D2 实现掉电时备用电池的切换。电源正常时 D1 不导 通，5V 直接给单片机供电，并为电池 P1 充电，为了减小电池耗电，备用电 池只给单片机供电，保护片内 RAM 中的数据，电源掉电后，其他外围电路的工 作电压仅靠电源电容维持很短的时间，电位器 RW 用来调节检测电压，范围为 4.54.75V，当掉电时，外围电路的电压下降到门限设定电压时，可将片外 RAM 中需要保护的数据写入片内 RAM 中，并使单片机进入掉电工作方式以完成 数据保护，为了保证单片机有足够的处理时间，取检测电压为 4.75V，当电源 电压降至 4.75V 时，TL7705 由 RESET 反向单片机发出中断请求信号（INTO 反）。 单片机运行到一个可断断点后，相应中断，在中断服务程序中保护现场数据， 使单片机进入掉电工作状态。 4 采用软件冗余措施保证数据的准确性 最常用的一种方法是采用软件冗余措施，即将欲保护的数据写入 RAM 中 的不同区域，如 0000H00FFH、0100H01FFH 和 0200H02FFH 这三个区域存 储同样一组数据，当使用这些数据前，先对各组进行检查，对于正确的数据方 可应用，同时将错误的数据进行修正，在上电与断电过程中，总线不确写性是 随机的，不可将所有数据完全冲失。采用硬件对数据进行断电保护，同时在软 件上采用冗余的措施是最常用的数据保护方法，在断电突然发生时可保证数据 的准确无误。 网路文章：/html/avr/11103.html 我想在掉电时保存数据（3 个字节）到 EEPROM 中，用 BOD 掉电检测，不知怎样 使用。望高手指点： 1。在 BOOT 区设置好 BODEN，BODLEVEL，后软件还要怎样设置？ 2。掉电中断是否是产生复位？我的写 EEPROM 程序应该放在什么地方？他和其 他复位怎样区别？ 3。设置了 BOOT 区后，硬件上是否要加电源到一个管脚比较后才产生中断？ = = 掉电检测 BOD 的误解 AVR 自带的 BOD(Brown-out Detection)电路，作用是在电压过低(低于设定值) 时产生复位信号，防止 CPU 意外动作. 对 EEPROM 的保护作用是当电压过低时 保持 RESET 信号为低，防止 CPU 意外动作，错误修改了 EEPROM 的内容 而我们 所理解的掉电检测功能是指 具有预测功能的可以进行软件处理的功能。 例如，用户想在电源掉电时把 SRAM 数据转存到 EEPROM，可行的方法是 外接一个在 4.5V 翻转的电压比较器(VCC=5.0V,BOD=2.7V)，输出接到外部中断 引脚(或其他中断) 一但电压低于 4.5V,马上触发中断，在中断服务程序中把数据写到 EEPROM 中保 护起来 注意: 写一个字节的 EEPROM 时间长达 8mS,所以不能写入太多数据，电源滤波 电容也要选大一些 = = 将 AVR 的 BOD 设为 2.7V，从 4.5v 到 2.7 这段时间写 EEPROM。AVR 的供电采用 14 楼方案，掉电检测使用 IMP809。 软件编写思路请参考我的M128书是第 5 章，或 10 月出版的书的第 7 章。参 考电路如下： 在图中，外部 9V 电源通过 7805 稳压到 5V，作为系统电源使用。而 AVR 的工作 电源则是单独提供的，由 5v 系统电源通过低压差肖特基二极管 1N5817 后得到。 IN5817 的正向压降为 0.3v，因此，AVR 的工作电压为 4.7v。电源监控芯片 IMP809-L 的监控电压为 4.63V，当系统电源的电压低于 4.63V 时，在 R 脚上产 生由高电平到低电平的变化，使 AVR 进入 INT0 中断。 该电路的工作原理为：首先通过配置 AVR 的熔丝位，设置 BOD 掉电检测电压门 限为 2.7V，并允许 BOD 检测。因此，当 AVR 的 Vcc 电压掉到 2.7v 以下时，AVR 就停止工作（掉电检测功能是 AVR 片内的功能之一，见第二章的 2.6.2 AVR 的 复位源和复位方式）。电源监控芯片 IMP809-L 检测电压门限为 4.63v，用于检 测系统电源的电压。当系统电源大于 4.63v 时，IMP809-L 的 R 端输出高电平， 整个系统正常工作。当系统电源的电压跌到 4.63v 以下时，IMP809-L 的 R 脚输 出低电平，作为 AVR 外部中断 INT0 的申请。INT0 设计为掉电处理中断，其主 要任务是备份系统运行的重要数据到 EEPROM 中。 在提供 AVR 工作的电源系统中，大容量的电解电容 C5 作为储能电容，一旦 系统电源电压下降，二极管 1N5817 截止，此时 AVR 可以靠 C5 提供的电储可以 继续工作一段时间。C5 容量应足够大，在系统电源掉电过程中，IMP809-L 的 R 端输出低电平（下降到 4.63v）时，要能够保证维持 AVR 的工作电压 Vcc 从 4.7v 降到 2.7V 的时间超过 300ms，使 AVR 有时间做紧急处理和备份数据。AVR 写 EEPROM 大约需要 50-100mA 的电流，所以电容 C5 的值应该在 1000u4700u，需要保存的数据越多，C5 的容量应该越大。 INT0 是 AVR 优先级最高的中断，采用外部电平变化的下降沿触发方式。一 旦 IMP809-L 的 R 脚电平由正常的高电平变为低电平时，将触发 INT0 中断，进 入 INT0 掉电中断服务程序。 在 INT0 掉电保护中断服务程序中，应按以下的步骤和过程处理： A)紧急处理，关闭所有外部器件的工作，或将外部状态设置到安全模式，如关 闭马达、开关等，保证系统不出事故。 B)将 AVR 所有 I/O 设置为输入方式，最大程度的减少 AVR 芯片对电源的消耗。 C)将重要数据写入到 EEPROM 中。 D)循环检测 INT0 引脚是否恢复高电平。如为高电平则转到下一步 E 执行；如果 INT0 电平一直为低，程序将在此循环，直到完全停止运行（因为储能电容 C5 的电压低于 2.7v 后，AVR 的 BOD 起作