利用LM358電壓比較器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)掉電的保護(hù)

在單片機(jī)系統(tǒng)中為了防止突然掉電而造成數(shù)據(jù)丟失，一般需要把重要的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在EEPROM中。由于EEPROM擦寫壽命有限，故不宜程序每執(zhí)行一遍，對(duì)其擦除一次。本設(shè)計(jì)提出了一種以LM358為電壓比較器，當(dāng)檢測(cè)到系統(tǒng)掉電時(shí)才對(duì)EEPROM進(jìn)行擦寫的掉電保護(hù)系統(tǒng)，并設(shè)計(jì)了硬件電路，開發(fā)了相應(yīng)的軟件。利用該系統(tǒng)不僅實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)掉電的保護(hù)，而且延長(zhǎng)了EEPROM的使用壽命。

1.掉電保護(hù)簡(jiǎn)介

掉電數(shù)據(jù)保護(hù)是系統(tǒng)設(shè)備一個(gè)重要的功能。是指在掉電時(shí)，所有的數(shù)據(jù)將一直保存在磁盤上，直到重構(gòu)完成后才刪除。當(dāng)此項(xiàng)設(shè)置為可用時(shí)，在重構(gòu)過程中（非重建），這樣如果在重構(gòu)過程中發(fā)生掉電，將不會(huì)發(fā)生數(shù)據(jù)丟失的危險(xiǎn)情況。指在正常供電電源掉電時(shí)，迅速用備用直流電源供電，以保證在一段時(shí)間內(nèi)信息不會(huì)丟失，當(dāng)主電源恢復(fù)供電時(shí)，又自動(dòng)切換為主電源供電。

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。

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。本文在第二種的基礎(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。

2.電路設(shè)計(jì)

圖1 掉電保護(hù)電路原理圖

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，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。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)。上面的方程可分為以下三種：

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C 2 =6600uf/25V、L 1 =0.1H）。L 1 和C 2 的具體參數(shù)可通過試驗(yàn)測(cè)試得到。只要u c （t）從初始狀態(tài)的u c （t）| t=0 衰減到u c （t）| t=t0 =U min 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。

3.單片機(jī)軟件設(shè)計(jì)

主程序和中斷服務(wù)子程序流程圖分別如下圖2和圖3所示。

圖2 主程序

圖3 中斷服務(wù)子程序

與本設(shè)計(jì)有關(guān)的程序如下：

void main（void）

{

？？

Byte_Read（Address）;

While（1）

{？？}

}

void INT0_int（）interrupt 0

{

Sector_Erase（Address）;

Byte_Program（Address，Date）;

Delay（XX）; //延時(shí)，確保系統(tǒng)可靠

}

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。

總結(jié)

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)。本文的核心就是基于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。并且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。
責(zé)任編輯人：CC