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法拉电容在RAM数据保护中的应用

发布时间:2020-07-21 18:08:27 阅读: 来源:卷板机厂家

法拉电容也叫超级电容器,双电层电容,其体积小、容量大、电压记忆特性好、可靠性高。与充电电池相比,具有充电时间短、功率密度高、使用寿命长、低温特性好及无环境污染等优势[2]。在数据保护电路中采用法拉电容取代电池作后备电源,在提高系统可靠性、延长寿命、降低设备成本和维护成本等方面,有十分重要的意义。

本文引用地址:本文将通过一个设计案例,具体介绍法拉电容在单片机系统的RAM数据保护中的应用,为嵌入式系统中RAM数据保护提供一种可行的参考方法。

某一采用UT6264C70LL作为RAM的单片机系统,在系统掉电后,要求RAM的数据后备时间达到5天。

1 硬件设计

采用法拉电容作为RAM后备电源,法拉电容后备时间的典型计算公式为:

式中:C(F)为法拉电容的标称容量,Uwork(V)为电路中的正常工作电压,Umin(V)为电路能工作的最低电压, t(s)为电路中后备时间,I(A)为电路的负载电流。

UT6264CSC70LL的典型数据保持电流为1 μA,工作电压为5 V,数据保持所需电压最低为2 V。取0.1 F的法拉电容,计算得到RAM的数据后备时间为3.35天。而实际上,当RAM的电源电压降低时,其数据保持电流将减小,因而后备时间可以延长。

另外,电源出现波动时,RAM的片选引脚、写使能引脚及数据线端口也容易引入干扰或不正常的控制时序,从而破坏RAM中的数据。因此,需要通过电路设计,确保电源不正常时读写控制端口时序可控,从而增强RAM数据的安全。

电路原理图如图1所示。

当电源正常时,5 V电源VCC通过快速整流二极管D1给RAM(U2:UT6264)供电,并通过R1给法拉电容(C1:FM0H104Z)充电。掉电时,D1截止,法拉电容C1作为备份电源,通过R1为U2供电,保证RAM中数据不消失。

在掉电过程中或电源出现波动时,为了增强RAM数据的安全性,采用了专用电源监控芯片(U3:IMP706),提供系统的监控功能。上电、掉电和电网电压过低时会输出复位信号,同时还能跟踪1.6 s的定时信号,为软件运行提供看门狗定时器(watchdog timer)防护。当电源电压掉至约4.74 V时,U3向CPU(U1:AT89S52)输出掉电信号(PW_DN),CPU进行掉电应急处理和保护现场,不向RAM芯片进行任何读写操作。当电源电压进一步掉至4.4 V时,U3产生复位信号,CPU被复位,同时RAM芯片U2的片选引脚CE2也被置为低电平,确保U2不被读写操作。

图1 电路原理图

2 软件设计

本案例电路的地址定义是: RAM地址范围(8 KB)为0000H~1FFFH;看门狗定时器控制地址为E000H。

软件包括主控制程序、掉电中断处理程序、定时中断处理程序等。

图2 主流程超级电容器相关文章:超级电容器原理

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