福建農(nóng)林大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 翁海勇 俞加明 葉大鵬

一、引言

掉電數(shù)據(jù)保護(hù)是系統(tǒng)設(shè)備一個(gè)重要的功能。目前，掉電數(shù)據(jù)保護(hù)的方法主要有2種：（1）加足夠容量備用蓄電池，使系統(tǒng)掉電后繼續(xù)工作；（2）不加備用電池，把掉電時(shí)需要保護(hù)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在非易失性存儲(chǔ)器中，如FLASH和EEPROM[3]。第一種方法器件體積大、費(fèi)用高并且蓄電池壽命短；第二種方法簡(jiǎn)單，但擦寫器件的壽命有限[4]。本設(shè)計(jì)在第二種的基礎(chǔ)上提出一種改進(jìn)方法，即利用LM358作為電壓比較器，當(dāng)檢測(cè)到系統(tǒng)掉電時(shí)才將數(shù)據(jù)寫入EEPROM中。該方法不僅實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)數(shù)據(jù)掉電的保護(hù)，而且延長(zhǎng)了EEPROM的壽命。

二、掉電保護(hù)系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)與分析

如圖1，通過調(diào)節(jié)R2，使系統(tǒng)正常供電時(shí)，Ua>Ub=3.5V，c端輸出高電平；當(dāng)系統(tǒng)掉電時(shí)，因二極管D1的隔離，使LM358得不到供電。由于電容C2和電感L的存在，電容C2和電感L1繼續(xù)為單片機(jī)提供短暫時(shí)供電，并且因下拉電阻R5的存在，使得c端輸出低電平。用于觸發(fā)單片機(jī)INT0中斷。

根據(jù)STC12C5A60S2系列單片機(jī)資料[1]，對(duì)EEPROM寫一個(gè)字節(jié)和擦除一個(gè)扇區(qū)所需的時(shí)間分別為55μs和21ms。正常模式下，典型功耗為2mA-7mA。5V單片機(jī)和3.3V單片機(jī)對(duì)EEPROM進(jìn)行操作的有效最低電壓分別為Umin=3.7V和Umin=2.4V。

系統(tǒng)掉電后，等效電路模型為RLC串聯(lián)回路[6]。放電過程時(shí)電路的微分方程為：

根據(jù)R、L和C的參數(shù)值的不同，可分為欠阻尼振蕩狀態(tài)、臨界阻尼狀態(tài)、過阻尼狀態(tài)。方程（1）的解可分為以下三種：

綜上所述：當(dāng)負(fù)載R一定時(shí)，選取合適的電容和電感（本文選取C2=6600uf/25V、L1=0.1H）。L1和C2的具體參數(shù)可通過試驗(yàn)測(cè)試得到。只要uc(t)從初始狀態(tài)的uc(t)|t=0衰減到uc(t)|t=t0=Umin的時(shí)間大于維持觸發(fā)中斷對(duì)EEPROM進(jìn)行操作所需的時(shí)間t0就能滿足系統(tǒng)正常工作的要求。

三、軟件設(shè)計(jì)

主程序和中斷服務(wù)子程序流程圖分別如圖2和圖3所示。

與本設(shè)計(jì)有關(guān)的程序如下：

圖1 系統(tǒng)電路原理圖

圖2 主程序

圖3 中斷服務(wù)子程序

分析：系統(tǒng)掉電時(shí)，INT0中斷被觸發(fā)，在中斷服務(wù)子函數(shù)中對(duì)EEPROM進(jìn)行擦除和寫的操作。

四、結(jié)果與討論

該系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，應(yīng)用于二維運(yùn)動(dòng)控制平臺(tái)。系統(tǒng)掉電時(shí)，X軸和Y軸坐標(biāo)以及其他參數(shù)被寫入EEPROM中。系統(tǒng)重新上電后，讀取出存儲(chǔ)在EEPROM里X軸和Y軸坐標(biāo)及其他參數(shù)，工作平臺(tái)以該位置為起點(diǎn)繼續(xù)沿著原設(shè)定的位置運(yùn)動(dòng)。

本設(shè)計(jì)的核心就是基于LM358作為電壓比較器，檢測(cè)到系統(tǒng)掉電時(shí)才對(duì)EEPROM進(jìn)行擦寫，避免了每執(zhí)行一遍程序?qū)EPROM進(jìn)行擦除一次而造成其壽命短的問題。軟、硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，提高了系統(tǒng)的實(shí)用性。本文給出了典型的應(yīng)用程序，具有良好的可移植性。加入循環(huán)語句可以把多個(gè)數(shù)據(jù)存EEPROM或從EEPROM里讀出[2][5]。

[1]STC_8051單片機(jī)全球第一品牌.全球最大的8051單片機(jī)設(shè)計(jì)公司,http://www.mcu-memory.com/.

[2]王朝輝,陸楓.一種高可靠性的單片機(jī)掉電保護(hù)設(shè)計(jì)[J].武漢科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2006(8).

[3]武志軍.AVR單片機(jī)掉電數(shù)據(jù)保護(hù)應(yīng)用實(shí)例[J].電子世界,2010(10).

[4]張延寧,王琦.EEPROM在儀表系統(tǒng)應(yīng)用中的幾個(gè)問題[J].單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用,2010(3).

[5]洪運(yùn)富,吳文全.汽車?yán)锍虜?shù)據(jù)的存儲(chǔ)算法研究[J].儀表技術(shù),2007(9).

[6]邱光源(原著),羅先覺(修訂).電路(第五版)[M].北京:高等教育出版社,2006(5).