單片機應用系統斷電時的數據保護方法

       在測量、控制等領域的應用中，常要求單片機內部和外部RAM中的數據在電源掉電時不丟失，重新加電時，RAM中的數據能夠保存完好，這就要求對單片機系統加接掉電保護電路。

       掉電保護通常可采用以下三種方法：一是加接不間斷電源，讓整個系統在掉電時繼續工作，二是采用備份電源，掉電后保護系統中全部或部分數據存儲單元的內容；三是采用EEPROM來保存數據。由于第一種方法體積大、成本高，對單片機系統來說，不宜采用。第二種方法是根據實際需要，掉電時保存一些必要的數據，使系統在電源恢復后，能夠繼續執行程序，因而經濟實用，故大量采用[1]。EEPROM既具有ROM掉電不丟失數據的特點，又有RAM隨機讀寫的特點。但由于其讀寫速度與讀寫次數的限制，使得EEPROM不能完全代替RAM。下面將介紹最常用的一些掉電保護的處理方法，希望能對相關設計人員在實際工作中有所幫助。  

       1 簡單的RAM數據掉電保護電路  

　　在具有掉電保護功能的單片機系統中，一般采用CMOS單片機和CMOS RAM。CMOS型RAM存儲器靜態電源小，在正常工作狀態下一般由電源向片外RAM供電，而在斷電狀態下由小型蓄電池向片外RAM供電，以保存有用數據，采用這種方法保存數據，時間一般在3－5個月[2]。然而，系統在上電及斷電過程中，總線狀態的不確定性往往導致RAM內某些數據的變化，即數據受到沖失。因此對于斷電保護數據用的RAM存儲器，除了配置供電切換電路外，還要采取數據防沖失措施，當電源突然斷電時，電壓下降有個過程，CPU在此過程中會失控，可能會誤發出寫信而沖失RAM中的數據，僅有電池是不能有效完成數據保護的，還需要對片選信號加以控制，保證整個切換過程中CS引腳的信號一直保持接近VCC。通常，采用在RAM的CS和VCC引腳之間接一個電阻來實現COMS RAM的電源切換，然而，如果在掉電時，譯碼器的輸出出現低電平，就可能出現問題，圖1給出一種簡單的電路設計，它能夠避免上述問題的產生。  

　　圖1中，4060開關電路起到對CS控制的作用。當電壓小于等于4.5V時就使開關斷開，CS線上拉至"1"，這樣，RAM中的數據就不會沖失；當電壓大于4.5V時，4060開關接通，使RAM能正常進行讀寫。

        2 可靠的RAM掉電保護電路  

　　上述的電路雖然簡單，但有時可能起不到RAM掉電保護的作用，原因是在電源掉電和重新加電的過程中，電源電壓躍變的干擾可能使RAM瞬間處于讀寫狀態，使原來RAM中的數據遭到破壞，因此，在掉電剛剛開始以及重新加電直到電源電壓保持穩定下來之前，RAM應處于數據保持狀態，6264 RAM、5101 RAM等RAM芯片上都有一個CE2引腳，在一般情況下需將此引腳拉高，當把該引腳拉至小于或等于0.2V時，RAM就進入數據保持狀態。  

　　實用的靜態RAM掉電保護電路如圖2所示，圖2中U1、U2為電壓比較器，穩壓管D3提供一個基準電壓Vr（Vr＝3.5V）。當Vcc為5V時，在R4上得到的分壓大于Vr，U2輸出高電平，又因為U4輸出也為高電平，故CE2輸出為高電位，單片機此時可對RAM進行存取，當電源掉電時，Vcc開始下降，當滿足如下條件時：  

       R4