本文提出了掉電保護(hù)與系統(tǒng)復(fù)位聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)高度可靠的掉電保護(hù)并提高單片機(jī)系統(tǒng)可靠性的方法,。給出了用MAX791微處理器監(jiān)控電路設(shè)計(jì)的帶掉電保護(hù)的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng),。
  

1　問題的提出

     在以單片機(jī)為核心的智能儀表及過程控制系統(tǒng)中常常需要長(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)存貯器為基礎(chǔ)內(nèi)置電池的非易失芯片來實(shí)現(xiàn)。E2PROM,、 FLASHMEMORY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)掉電保存的難題，但這類芯片寫入速度慢（ms級(jí)）,，擦寫次數(shù)有限（萬(wàn)次級(jí)）,，有些器件擦寫次數(shù)雖達(dá)百萬(wàn)次，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)存取實(shí)時(shí)參數(shù)的系統(tǒng),，只能用隨機(jī)存貯器RAM加掉電保護(hù)電路實(shí)現(xiàn),。掉電保護(hù)系統(tǒng)一般由低功耗的CMOS－RAM、供電電路及控制電路組成,。供電電路保證系統(tǒng)正常時(shí)由電源給RAM供電,，掉電時(shí)自動(dòng)轉(zhuǎn)到備用電池給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),，特別要防止系統(tǒng)上電／掉電過程中的瞬間干擾對(duì)RAM芯片的寫入而改變RAM中的數(shù)據(jù),。基于RAM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)出自掉電保護(hù)芯片，用這類獨(dú)立的掉電保護(hù)芯片或電路構(gòu)成的單片機(jī)系統(tǒng),，實(shí)際應(yīng)用中有時(shí)會(huì)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,，單片機(jī)仍正常工作,，這時(shí)就出現(xiàn)寫不進(jìn)，讀不出的現(xiàn)象,，引發(fā)系統(tǒng)故障,。對(duì)于這種單片機(jī)復(fù)位電平與掉電保護(hù)電平不一致而影響系統(tǒng)可靠性的問題，本文提出用微處理器監(jiān)控電路使單片機(jī)復(fù)位與掉電保護(hù)聯(lián)動(dòng)的解決方案,。RAM在單片機(jī)復(fù)位時(shí)處于保護(hù)狀態(tài),，工作時(shí)正常存取，從而有效地解決前述問題,。

2　MAX791［1］芯片介紹

 　　MAX791是MAXIM公司生產(chǎn)的高性能微處理器電源監(jiān)視電路,，它與AMDA公司的AMD791性能

相同可以互換。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,，邏輯框圖如圖2—1［1］,。圖中VCC、VOUT分別為電源輸入,、輸出,，VBATT為

電池輸入，

為電源低輸出,，和為RAM芯片使能輸入與輸出,，為

復(fù)位輸出，

為人工復(fù)位輸入,，為低將強(qiáng)制RESET有效,，SWT、WDI、,、分別

為看門狗定時(shí)設(shè)置,、觸發(fā)輸入、超時(shí)輸出和超時(shí)脈沖,。PFI和

分別為電源故障輸入和輸出,，

PFI低于1．25 V時(shí)

變低。

MAX791的復(fù)位時(shí)序如圖2—2^［1］所示,。

3　掉電保護(hù)電路設(shè)計(jì) 3．1　硬件設(shè)計(jì) 圖3—1給出了一種帶掉電保護(hù)的MCS－51^{［2］、［3］}單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的原理圖,?！　?76C88是CMOS型的RAM芯片，其容量為8K×8,，它有兩個(gè)片選端和CS2,，只有為低電平同時(shí)CS2為高電平時(shí)芯片才被選中。因此將CS2接MAX791的輸出端,，同時(shí)寫允許信號(hào)通過MAX791的使能控制輸入端和輸出端,，間接從MCS－51的引入，保證在系統(tǒng)復(fù)位期間不能讀寫,，有效地保護(hù)了76C88中的數(shù)據(jù),。結(jié)合圖2—2 MAX791的復(fù)位時(shí)序，圖3—1的電路工作原理分析如下,?！　?/p>

    上電過程：當(dāng)VCC從OV上升到復(fù)位門限1.65V，

輸出仍將維持有效電平200ms的時(shí)間,，保證電源電壓正常后系統(tǒng)的有效復(fù)位,。

有效期間76C88的CS2處于低電平，即片選信號(hào)無(wú)效,，保證上電過程中片內(nèi)數(shù)據(jù)不被改寫,。當(dāng)VCC大于VBATT時(shí)，VOUT自動(dòng)切換到與VCC相接,，76C88轉(zhuǎn)由VCC供電,。

    正常工作：在此狀態(tài)下，CS2為高電平,，通過MAX791的使能電路復(fù)制,，單片機(jī)可對(duì)76C88進(jìn)行讀寫操作。為防止程序跑飛,，提高系統(tǒng)的可靠性,，在程序中插入看門狗觸發(fā)指令，即P1．7的置位／復(fù)位指令，程序正常執(zhí)行時(shí)經(jīng)常觸發(fā)WDI,。當(dāng)程序跑飛超過1．6 s不能觸發(fā)看門狗時(shí),，輸出低電平，通過MR使系統(tǒng)復(fù)位,。在此期間VCC通過二級(jí)管D1,、電阻R1給后備電池充電。

掉電過程：當(dāng)VCC從正常電壓下降到復(fù)位門限4.65V時(shí),，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,。 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),，突然停電后再來電時(shí)應(yīng)接著原來的工序往下執(zhí)行，這就要求計(jì)算機(jī)記錄停電瞬間的系統(tǒng)參數(shù),，重新來電時(shí)根據(jù)記錄的參數(shù)繼續(xù)往下執(zhí)行,。     利用MAX791的電源報(bào)警功能，能方便地達(dá)到這一目的：分析圖2-2,，當(dāng)VCC下降到4.65V+150mV時(shí),，產(chǎn)生負(fù)跳變，向單片機(jī)發(fā)中斷請(qǐng)求,，因貯能效應(yīng),，VCC從4．8 V降到4．65 V有幾個(gè)ms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),。重新來電后轉(zhuǎn)入斷點(diǎn)繼續(xù)執(zhí)行。 3．2　軟件設(shè)計(jì)　　 圖3—1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)置為非屏蔽中斷沒有可以將設(shè)置成唯一的一個(gè)高級(jí)中斷以替代,。程序流程圖如圖3—2,。

4　結(jié)束語(yǔ) 　　將復(fù)位與掉電保護(hù)聯(lián)動(dòng)，能有效解決掉電保護(hù)與復(fù)位不協(xié)調(diào)引起的系統(tǒng)工作不穩(wěn)定現(xiàn)象,，提高掉電保護(hù)電路及單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的可靠性,。以MAX791微處理器監(jiān)控電路構(gòu)成的單片機(jī)掉

電保護(hù)系統(tǒng),，在電力、石化等工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果十分理想,。