基于FM3116的電能表存儲系統的軟硬件設計

引言

在單片機應用和智能儀器中，存儲器已成為不可或缺的一部分，包括系統工作時存儲臨時性數據的RAM，以及永久性存儲數據的非易失性存儲器。RAM簡單易用，存儲速度快，但掉電數據易丟失；而非易失性存儲器盡管能夠長期保存數據，但存儲速度慢，寫入功耗高，而且讀寫次數受限。采用鐵電存儲器(FRAM)可解決上述問題。這種存儲器的核心是鐵電晶體材料具有RAM快速讀寫的優點，同時也具有非易失性存儲器永久存儲數據的特點。基于上述特點，介紹一種FRAM FM3116在復費率電能表中的應用設計。

2 FM3116簡介

FM3116是Ramtron公司新一代鐵電存儲器，該存儲器主要包括16 KB的非易失性存儲器、實時時鐘、低電壓復位、看門狗計數器、非易失性的事件計數器等。FM3116的引腳配置如圖1所示，各引腳功能描述如表1所列。

FM3116采用I2C接口。FM3116內部集成存儲器及實時時鐘／處理器伴侶。可獨立訪問每個元件，其訪問地址分別為1010B和1101B。主機通過對這兩個元件的讀寫操作實現對FM3116讀取、存儲數據和對實時時鐘／處理器伴侶的控制。

3 電能表的數據存儲系統

作為計量電能的儀表，電能表的計量精度極為重要，它不但與電能計量器件的精度有關，而且還與電能表的數據存儲系統有關。如果檢測到的電能數據無法寫入存儲器或寫入存儲器時出錯，電能表的精度將大大降低。

傳統電能表數據存儲系統采用EEPROM存儲器+掉電檢測電路。由于EEPROM存儲器的存儲次數約一百萬次，因此不是一個電能脈沖就存儲一次，而是將脈沖暫存到單片機的RAM中，等脈沖記錄到一定值或一定時間，再將脈沖數據轉存到EEPROM中。因此需要掉電檢測電路實時檢測當前是否處于昝電狀態，當檢測到掉電時就將RAM中的脈沖數據存儲到EEPROM中。由于寫EEPROM較慢，大概有10 ms的寫周期，這就要求在掉電后有足夠的電壓，以保證脈沖數據寫入EEPROM中，通常是利用大容量電容來確保掉電后的電壓。但是，基于寫EEPROM的特點，寫入EEPROM數據易于出錯。為了提高寫入數據的準確性，需要在軟件設計上采取一些措施。因此，傳統電能表數據存儲系統無論是在硬件上還是在軟件上都比較復雜。

該系統設計的復費率電能表采用ADE7755將電網中采集到的功率信息轉換成與之成正比的脈沖信號，送給單片機。AVR單片機作為中心處理單元對脈沖進行計數，從而實現電能計量。由于是復費率電能表，除了實時計量電能外，還具有復費率、事件記錄等多種功能，需存儲大量數據，并且擦寫次數多。因此，復費率電能表系統需要設計一種壽命長，讀寫數據安全的數據存儲系統。目前，FM3116是非常適合電能表設計要求的存儲器。它的存儲時間短，能夠在極短的時間內保存大量數據，實現了電能表在突然掉電時數據及時、安全存儲。