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          單片機掉電檢測與數據掉電保存方案

          單片機在正常工作時,因某種原因造成突然掉電,將會丟失數據存儲器(RAM)里的數據。在某些應用場合如測量、控制等領域,單片機正常工作中采集和運算出一些重要數據,待下次上電后需要恢復這些重要數據。
           
          因此,在一些沒有后備供電系統的單片機應用系統中,有必要在系統完全斷電之前,把這些采集到的或計算出的重要數據保存在FLASH或EEPROM中。而通常的做法是,在這些系統中加入單片機掉電檢測電路與單片機掉電數據保存。
           

          用法拉電容可簡單實現單片機掉電檢測與數據掉電保存,電路見下圖。這里用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作用:
           
          一是起鉗位作用,鉗去0.6V,保證使大多數實用5V供電的單片機(比如51單片機)都能在4.5V--5.5V之間的標稱工作電壓下工作。
           
          而4.5-5.5間這1V電壓在0.47F電容的電荷流失時間就是我們將來在單片機掉電檢測報警后我們可以規劃的預警回旋時間。
           
          二是利用單向導電性保證向儲能電容0.47F/5.5V單向沖電。
           
          兩只47歐電阻作用:
           
          第一,對單片機供電限流。一般地單片機電源直接接7805上,這是個不保險的做法,為什么?因為7805可提供高達2A的供電電流,異常時足夠把單片機芯片內部燒毀。
           
          有這個47歐姆電阻保護,即使把芯片或者極性插反也不會燒單片機和三端穩壓器,但這個電阻也不能太大,上限不要超過220歐,否則對單片機內部編程時,會編程失。ㄆ鋵嵤请娫床蛔悖。
           
          第二,和47UF和0.01UF電容一起用于加強電源濾波。
           
          第三,對0.47F/5.5V儲能電容,串入的這只47歐電阻消除“巨量法拉電容”的上電浪涌,實現沖電電流削峰。
           
          現在我們算一算要充滿0.47F電容到5.5V,即使用5.5A恒流對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,上電瞬間三端穩壓器必然因強大過電流而進入自保。
           
          2、長達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)為復位電路的51單片機因為上電太慢無法實現上電復位(其實要充滿0.47UF電容常常需要幾分種)。
           
          3、正因為上電時間太慢,將無法和今天大多數主流的以在線寫入(ISP)類單片機與寫片上位計算機軟件上預留的等待應答時間嚴重不匹配(一般都不大于500MS),從而造成應答失步,故總是提示“通信失敗”。
           
          知道這個道理你就不難理解這個電路最上面的二極管和電阻串聯起來就是必須要有上電加速電路.這里還用了一只(內部空心不帶藍色的)肖特基二極管(1N5819)從法拉電容向單片機VCC放電,還同時阻斷法拉電容對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掉電時的電壓損失.多留掉點維持時間。
           
          三極管9014和鉗制位二極管分壓電阻墊位電阻(470歐姆)等構成基極上發射極雙端輸入比較器,實現單片機掉電檢測和發出最高優先級的掉電中斷,單片機掉電保存程執行。這部分電路相當于半只比較器LM393,但電路更簡單耗電更。ǖ綦姇r耗電小于0.15MA)。
           
          47K電阻和470歐姆二極管1N4148一道構成嵌位電路,保證基極電位大約在0.65V左右(可這樣計算0.6(二極管導通電壓)+5*0.47/47),這樣如果9014發射極電壓為0(此時就是外部掉電),三極管9014正好導通,而且因為51單片機P3.2高電平為弱上拉(大約50UA),此時9014一定是導通且弱電流飽和的,這樣就向單片機內部發出最高硬件優先級的INX0掉電檢測中斷。
           
          而在平時正常供電時,因發射極上也大約有6*0.22/2.2=0.6V電壓上頂,不難發現三極管9014一定處于截止狀態,而使P3.2維持高電平的,單片機掉電保存中斷程序不被觸發。
           
          最后還有兩個重要軟件和硬件note:
           
          軟件上,INX0監測引腳在硬件上(設計)是處于最高優先級的,這里還必須要在軟件保證最高級別的優先,從而確保單片機掉電時外部中斷0能打斷其他任何進程,最高優先地被檢測和執行。
           
          硬件上,凡是驅動單片機外部口線等的以輸出高電平驅動外部設備,其電源不能和電片機的供電電壓VCC去爭搶(例如上拉電阻供電不取自單片機VCC)。而應直接接在電源前方,圖中4.7K電阻和口線PX.Y就是一個典型示例,接其它口線PX.Y'和負載也雷同。
           
          這里與上拉4.7K電阻相串聯二極管也有兩個作用:
           

          1、鉗去0.6V電壓以便與單片機工作電壓相匹配,防止口線向單片機內部反推電,造成單片機口線功能紊亂。

           

          2、利用二極管單向供電特性,防止掉電后單片機通過口線向電源和外部設備反供電。

           
          上面的單片機掉電檢測電路,在與掉電保存寫入子程序模塊結合起來就可以保證在單片機掉電期間,不會因法拉電容上的積累電荷為已經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間。
           
          有了這些基礎,我們來計算0.47UF的電容從5.5V跌落到4.5V(甚至可以下到3.6V)所能維持的單片機掉電工作時間。這里假設設單片機工作電流為20MA(外設驅動電流已經被屏蔽)不難算出:
           
          •  
          T=1V*0.47*1000(1000是因為工作電流為豪安)/20=23.5秒!
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