單片機(jī)掉電檢測(cè)與數(shù)據(jù)掉電保存方案解讀

單片機(jī)在正常工作時(shí)，因某種原因造成突然掉電，將會(huì)丟失數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)里的數(shù)據(jù)。在某些應(yīng)用場(chǎng)合如測(cè)量、控制等領(lǐng)域，單片機(jī)正常工作中采集和運(yùn)算出一些重要數(shù)據(jù)，待下次上電后需要恢復(fù)這些重要數(shù)據(jù)。因此，在一些沒有后備供電系統(tǒng)的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，有必要在系統(tǒng)完全斷電之前，把這些采集到的或計(jì)算出的重要數(shù)據(jù)存在在EEPROM中。為此，通常做法是在這些系統(tǒng)中加入單片機(jī)掉電檢測(cè)電路與單片機(jī)掉電數(shù)據(jù)保存。

用法拉電容可從容實(shí)現(xiàn)單片機(jī)掉電檢測(cè)與數(shù)據(jù)掉電保存。電路見下圖。這里首先用6V供電(如7806),為什么用6V不用5V是顯而易見的.電路中的二極管們一般都起兩個(gè)作用,一是起鉗位作用,鉗去0.6V,保證使大多數(shù)51系列的單片機(jī)都能在4.5V--5.5V之間的標(biāo)稱工作電壓下工作.而4.5-5.5間這1V電壓在0.47F電容的電荷流失時(shí)間就是我們將來在單片機(jī)掉電檢測(cè)報(bào)警后我們可以規(guī)劃的預(yù)警回旋時(shí)間。二是利用單向?qū)щ娦员ＷC向儲(chǔ)能電容0.47F/5.5V單向沖電。

兩只47歐電阻作用:第一，對(duì)單片機(jī)供電限流。一般地單片機(jī)電源直接接7805上,這是個(gè)不保險(xiǎn)的做法,為什么?因?yàn)?805可提供高達(dá)2A的供電電流,異常時(shí)足夠把單片機(jī)芯片內(nèi)部燒毀.有這個(gè)47歐姆電阻保護(hù)，即使把芯片或者極性插反也不會(huì)燒單片機(jī)和三端穩(wěn)壓器,但這個(gè)電阻也不能太大,上限不要超過220歐,否則對(duì)單片機(jī)內(nèi)部編程時(shí),會(huì)編程失敗(其實(shí)是電源不足).第二，和47UF和0.01UF電容一起用于加強(qiáng)電源濾波.第三，對(duì)0.47F/5.5V儲(chǔ)能電容,串入的這只47歐電阻消除"巨量法拉電容"的上電浪涌.實(shí)現(xiàn)沖電電流削峰。

現(xiàn)在我們算一算要充滿0.47F電容到5.5V,即使用5.5A恒流對(duì)0.47F電容沖電,也需要0.47秒才能沖到5.5V,因此我們可以知道:

1.如果沒有47歐姆電阻限流,上電瞬間三端穩(wěn)壓器必然因強(qiáng)大過電流而進(jìn)入自保.

2.長(zhǎng)達(dá)0.47秒(如果真有5.5A恒流充電的話)緩慢上電,如此緩慢的上電速率,將使得以微分(RC電路)為復(fù)位電路的51單片機(jī)因?yàn)樯想娞裏o法實(shí)現(xiàn)上電復(fù)位.(其實(shí)要充滿0.47UF電容常常需要幾分種).

3.正因?yàn)樯想姇r(shí)間太慢,將無法和今天大多數(shù)主流的以在線寫入(ISP)類單片機(jī)與寫片上位計(jì)算機(jī)軟件上預(yù)留的等待應(yīng)答時(shí)間嚴(yán)重不匹配(一般都不大于500MS),從而造成應(yīng)答失步,故總是提示"通信失敗".

知道這個(gè)道理你就不難理解這個(gè)電路最上面的二極管和電阻串聯(lián)起來就是必須要有上電加速電路.這里還用了一只(內(nèi)部空心不帶藍(lán)色的)肖特基二極管(1N5819)從法拉電容向單片機(jī)VCC放電,還同時(shí)阻斷法拉電容對(duì)上電加速電路的旁路作用,用肖特基二極管是基于其在小電流下導(dǎo)通電壓只有0.2V左右考慮的,目的是盡量減少法拉電容在單片機(jī)掉電時(shí)的電壓損失.多留掉點(diǎn)維持時(shí)間。

三極管9014和鉗制位二極管分壓電阻墊位電阻(470歐姆)等構(gòu)成基極上發(fā)射極雙端輸入比較器,實(shí)現(xiàn)單片機(jī)掉電檢測(cè)和發(fā)出最高優(yōu)先級(jí)的掉電中斷,單片機(jī)掉電保存程執(zhí)行。這部分電路相當(dāng)于半只比較器LM393,但電路更簡(jiǎn)單耗電更省(掉電時(shí)耗電小于0.15MA).

47K電阻和470歐姆二極管1N4148一道構(gòu)成嵌位電路,保證基極電位大約在0.65V左右 (可這樣計(jì)算0.6(二極管導(dǎo)通電壓)+5*0.47/47),這樣如果9014發(fā)射極電壓為0(此時(shí)就是外部掉電),三極管9014正好導(dǎo)通,而且因?yàn)?1單片機(jī)P3.2高電平為弱上拉(大約50UA),此時(shí)9014一定是導(dǎo)通且弱電流飽和的,這樣就向單片機(jī)內(nèi)部發(fā)出最高硬件優(yōu)先級(jí)的INX0掉電檢測(cè)中斷.

而在平時(shí)正常供電時(shí),因發(fā)射極上也大約有6*0.22/2.2=0.6V電壓上頂,不難發(fā)現(xiàn)三極管9014一定處于截止?fàn)顟B(tài),而使P3.2維持高電平的，單片機(jī)掉電保存中斷程序不被觸發(fā)。

最后還有兩個(gè)重要軟件和硬件note：

軟件上:首先INX0在硬件上(設(shè)計(jì))是處于最高優(yōu)先級(jí)的,這里還必須要在軟件保證最高級(jí)別的優(yōu)先.從而確保單片機(jī)掉電時(shí)外部中斷0能打斷其他任何進(jìn)程,最高優(yōu)先地被檢測(cè)和執(zhí)行.其次在INX0的掉電保存寫入子程序模塊入口,還要用:

MOV P1,#00H
MOV P2,#00H
MOV P3,#00H
MOV P0,#00H
SJMP 掉電保存

來阻斷法拉電容的電荷通過單片機(jī)口線外泄和隨后跳轉(zhuǎn)掉電保存寫入子程序模塊.(見硬件要點(diǎn))

硬件上：凡是驅(qū)動(dòng)單片機(jī)外部口線等的以輸出高電平驅(qū)動(dòng)外部設(shè)備,其電源不能和電片機(jī)的供電電壓VCC去爭(zhēng)搶(例如上拉電阻供電不取自單片機(jī)VCC).而應(yīng)直接接在電源前方,圖中4.7K電阻和口線PX.Y就是一個(gè)典型示例,接其它口線PX.Y'和負(fù)載也雷同.這里與上拉4.7K電阻相串聯(lián)二極管也有兩個(gè)作用:1、鉗去0.6V電壓以便與單片機(jī)工作電壓相匹配,防止口線向單片機(jī)內(nèi)部反推電.造成單片機(jī)口線功能紊亂.2、利用二極管單向供電特性,防止掉電后單片機(jī)通過口線向電源和外部設(shè)備反供電.

上面的單片機(jī)掉電檢測(cè)電路,在與掉電保存寫入子程序模塊結(jié)合起來就可以保證在單片機(jī)掉電期間,不會(huì)因法拉電容上的積累電荷為已經(jīng)掉電的外部電路無謂供電和向電源反供電造成電容能量泄放縮短掉電維持時(shí)間.

有了這些基礎(chǔ)，我們來計(jì)算0.47UF的電容從5.5V跌落到4.5V(甚至可以下到3.6V)所能維持的單片機(jī)掉電工作時(shí)間.這里假設(shè)設(shè)單片機(jī)工作電流為20MA(外設(shè)驅(qū)動(dòng)電流已經(jīng)被屏蔽)不難算出:

T=1V*0.47*1000(1000是因?yàn)楣ぷ麟娏鳛楹腊?/20=23.5秒!