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铁电存储器FM31256的使用.doc

铁电存储器FM31256的使用.doc

上传者: 黑暗里的绿光 2017-10-13 评分 0 0 0 0 0 0 暂无简介 简介 举报

简介:本文档为《铁电存储器FM31256的使用doc》,可适用于综合领域,主题内容包含铁电存储器FM的使用带RTC(RealTimeClock)的IC总线铁电存储器FM内容摘要:FM是一种基于IC总线、采用铁电体技术的多功能存储芯片。符等。

铁电存储器FM的使用带RTC(RealTimeClock)的IC总线铁电存储器FM内容摘要:FM是一种基于IC总线、采用铁电体技术的多功能存储芯片。除了非易失存储器外该器件还具有实时时钟、低电压复位、看门狗计数器、非易失性事件计数器、可锁定的串行数字标识等多种功能。文章主要介绍了FM的基本功能、原理并结合实例给出了其在电磁铸轧电源控制装置中的具体应用方法。FM是由Ramtron公司推出的新一代多功能系统监控和非易失性铁电存储芯片。与其他非易失性存储器比较它具有如下优点:读写速度快没有写等待时间功耗低静态电流小于mA写入电流小于mA擦写使用寿命长芯片的擦写次数为亿次比一般的EEPROM存储器高万倍即使每秒读写次也能用年读写的无限性芯片擦写次数超过亿次后还能和SRAM一样读写。铁电存储器(FRAM)的核心技术是铁电晶体材料。这一特殊材料使铁电存储器同时拥有随机存取存储器(RAM)和非易失性存储的特性。本文介绍了FM的主要功能并具体给出了基于嵌入式C语言编写的存储器读写程序。FM的基本结构及原理FM由KB存储器和处理器配套电路(processorcompanion)两部分组成。与一般的采用备份电池保存数据不同FM是真正意义上的非易失(trulynonvolatile)存储器并且用户可以选择对不同的存储区域以软件方式进行写保护。FM器件将非易失FRAM与实时时钟(RTC)、处理器监控器、非易失性事件计数器、可编程可锁定的位ID号和通用比较器相结合。其中通用比较器可提前在电源故障中断(NMI)时发挥作用或实现其他用途。采用先进的μm制造工艺这些功能通过一个通用接口嵌入到个引脚的SOIC封装中从而取代系统板上的多个元件。存储器的读写以及其他控制功能都通过工业标准的IC总线来实现。图为FM的原理图。其中SDA和SCL引脚用于与CPU进行数据交换和命令写入数据输出部分均具有施密特触发器以提高抗干扰性能同时SDA作为二线接口中的双向信号线集电极开路输出可与二线总线上其他器件进行“线或”。A,A为器件地址选择信号即总线上可同时使用个同类器件。正常模式下PFI引脚分别为比较器的输入(不可悬空)CALPFO引脚输出PFI引脚的输入信号与V参考电压之间的比较结果校准模式下CALPFO引脚将输出Hz的方波用于时钟校准。CNT,CNT是通过备份电池支持的事件计数器的两路输入端通过边沿触发启动计数器触发沿由用户自由选择。图FM原理图FM功能及使用方法在FM中有个特殊功能寄存器(SFR)H,H。通过对这些功能寄存器进行操作可以实现各种功能。特殊功能寄存器()实时时钟和比较器实时时钟包括晶体振荡器、时钟分频器和寄存器系统。它分割Hz的时基信号以提供s(Hz)的分辨率寄存器(H,H)以BCD格式提供秒、分、时、星期、日、月、年信息用户可对其进行读写访问。启动时钟前须将SFR中H地址的OSCEN位(D)置位振荡器起振同时将H地址的R位(D)置位可将时钟数据写入寄存器用于读出。若此时正处于时钟刷新阶段则由于刷新操作优先于写入寄存器的操作因而保证了时钟的准确性。重新设置时钟时只须设定H地址的W位。FM的时钟精度可通过软件校准将H地址的CAL位(D)置位时钟进入校准模式比较器输出Hz的频率信号并可通过设置H地址的CAL,CAL位(D,D)确定校准值。当H地址的CAL位(D)为时进入比较器模式。()处理器伴侣处理器伴侣包括CPU通常需要的功能。系统监测由低电平状态或看门狗计数溢出的中断输出信号。当系统电源电压低于设定的阈值或看门狗计数器溢出时FM将输出低电平复位脉冲复位信号持续ms。改变BH地址的VTP,VTP位(D,D)可以设定电平检测的阈值改变AH地址的WDT,WDT位(D,D)看门狗的溢出时间可以在ms到s之间选择其中AH地址的WDE位(D)用于看门狗启动或停止H地址用于监视复位信号来源(看门狗计数器、上电复位或后备电源电压)以及控制看门狗计数器清零。系统软件须在要求的时间周期内向H地址的WR,WR位(D,D)写入使计数器清零。()事件计数器FM有个独立的后备电池支持的位事件计数器CN和CN位于寄存器DH,H中。若将SFR中CH地址的CC位(D)置位则可以组成一个位的计数器。CIN和CIN是事件计数器信号输入端在位计数器模式下CIN无效。计数采用可编程边沿触发方式若CH地址的CP位(D)置位则CIN采用上升沿触发否则是下降沿触发CH地址的CP位(D)用于控制CIN。()串行数据标识区FM的SFR中的H,H地址串行标识区中可以保存字节(位)数据。该存储区为非易失性存储区可对其进行无限次的读写操作但如果将BH地址的SNL位(D)置位则不能再对该存储区进行操作且这种操作是不可逆的。FM的读写操作FM作为从机集成了两个功能不同的部件每个部件都可以被独立访问。一个是存储器访问时从机地址的位,必须被设置为B若要访问实时时钟处理器伴侣则从机地址的位,必须被设置为B。该器件采用二线制的IC接口二线协议由SDA和SCL两个引脚的状态确定。共有种状态:开始、停止、数据传输及应答。其通信基本格式如图所示。图IC总线通信基本格式FM严格按IC总线的时序和数据格式操作其访问操作过程可描述为如下步骤:启动从机地址应答目标地址应答(启动从机地址应答)数据(单或多字节)应答停止(注:从机地址中包含了读写命令括号中的步骤为当前地址读和连续地址读命令所特有的)。这里对应答信号作些说明。应答脉冲发生在第个数据位传送之后。在这个状态下发送方须释放SDA让接收方驱动当接收方发出低电平时表示正常应答当发出高电平时表示无应答。不应答有两种情况:一是数据传送出错无应答使发送方终止当前操作以便重新寻址二是接收方有意不作应答以结束当前操作。在对SFR操作时首先发送的命令字节为“XAARW”目标地址为单字节范围(H,H)。FM的KB存储单元地址为H,FFFH对其进行操作时首先发送的命令字节为“XAARW”目标地址长度为双字节即RAM区的寻址能力为,。FM系列存储器具有内部地址锁存和自动累加功能当对连续地址区进行读写操作时只须发送存储区首地址。FM在电磁铸轧电源控制中的应用将FM应用在电磁铸轧电源控制装置当中实现主控系统的看门狗复位、给定参数、实时时钟及故障记录保存的功能。作为一种解决微处理器因干扰而死机问题的有效方法看门狗的作用是必不可少的。针对控制对象需要对A、B、C三相控制装置进行调节包括设定正弦波的频率和幅值、反馈系数、PID参数、过流延时、开放延时和关断延时等将这些给定的参数及时写入铁电存储器FM的存储单元中使之掉电后仍能保存。当系统发生故障时例如控制装置中晶闸管周围温度超过额定温度装置就会发出报警信号并将发生故障的准确时间、实际温度值记录在FM的存储单元中以便系统查询同时FM的事件计数器加计数。同样利用串行标识区可锁定的功能可将电磁铸轧电源控制装置的序列号写入其中非常安全可靠。硬件原理电磁铸轧电源控制装置应用FM的硬件接口电路如图所示。从图中可以看出系统以超低功耗MSP系列芯片MSPF作为控制器FM作为参数存储单元与处理器之间采用IC总线进行通信。由于MSPF没有IC总线接口所以任取个IO口模拟。实时时钟在VDD掉电以后自动切换到后备电源VBAK。图FM与MSPF的硬件接口电路kHz晶振等效于pF电容。若将SFR的H单元对应的OSCEN位设为同时置H单元的CAL位为使CAL引脚输出Hz的脉冲信号则可检测晶振工作是否正常因为Hz是晶振频率的分频。制PCB板时须注意:X和X晶振引脚均为高阻引脚两引脚之间的距离须小于mm即使信号位于板内层也不允许信号线靠近X和X引脚。在晶振引脚周围使用接地保护环内部或板反面使用接地保护敷铜。存储区访问程序设计对FM存储器访问操作过程中微处理器处于主机地位器件始终处于从机地位。根据上述对FM的分析可以把所有的通信过程归纳为种类型:单脉冲如Start、Stop、Ack、Nack字节发送如从机地址、目标地址和数据传送字节接收如读操作中的数据传送。因此只要把这些操作以子程序的形式编写好所有的通信操作就可通过调用这些子程序来完成。这里以MSPF微处理器的嵌入式C语言编写。设微处理器端口P为数据线(SDA)P为时钟线(SCL)。限于篇幅本文不作详细介绍只给出模拟IC总线及字节写入、读出的部分C语言程序:#defineRTCSDABIT#defineRTCSCLBITvoidFMStart(void){*FM启动程序*POUT|=RTCSDASDA=POUT|=RTCSCLSCL=delay(IICDELAY)POUT=~RTCSDASDA=delay(IICDELAY)POUT=~RTCSCLSCL=}voidFMStop(void){*FM停止程序*POUT=~RTCSDASDA=delay(IICDELAY)POUT|=RTCSCLSCL=delay(IICDELAY)POUT|=RTCSDASDA=delay(IICDELAY)}voidFMSendAck(void){*FM应答程序*POUT=~RTCSCLSCL=POUT=~RTCSDASDA=POUT|=RTCSCLSCL=delay(IICDELAY)POUT=~RTCSCLSCL=}voidFMSendnoAck(void){*FM不应答程序*POUT|=RTCSCLSCL=delay(IICDELAY)POUT=~RTCSCLSCL=}说明:SCL线是高电平时SDA线从高电平向低电平切换表示起始条件当SCL是高电平时SDA线由低电平向高电平切换表示停止条件。相关的确认时钟脉冲由主机产生在确认的时钟脉冲器件发送方释放SDA(高电平)在此期间接收方须将SDA拉低。voidFMtransfBytetoIIC(unsignedchartranbyte){*CPU字节发送程序*unsignedchari,currentbit=xPOUT=~RTCSCLdelay(IICDELAY)for(i=i<=i){if(tranbytecurrentbit)POUT|=RTCSDAelsePOUT=~RTCSDAcurrentbit>>=delay(IICDELAY)POUT|=RTCSCLSCL=delay(IICDELAY)POUT=~RTCSCLSCL=delay(IICDELAY)}}unsignedcharFMreceBytefromIIC(void){*CPU字节接收程序*unsignedcharmvalue,i,recedata=PDIR=~RTCSDA设置为输入方向POUT=~RTCSCLSCL=delay(IICDELAY)for(i=i<i){recedata=recedata<<POUT|=RTCSCLSCL=delay(IICDELAY)mvalue=PINRTCSDA当前位的值if(mvalue)接收位为高recedata=recedata|xelse接收位为低recedata=recedataxFEPOUT=~RTCSCLSCL=delay(IICDELAY)}PDIR|=RTCSDAP输出return(recedata)返回收到的字节}说明:发送到SDA线上的每个字节须为位。tranbyte为CPU要发送的字节CPU读入的数据存储在recedata中。对FM存储器可以直接对当前地址进行“读”操作也可以连续“读写”多个字节而无须逐一指定地址。依据上述一般步骤对存储器的访问操作可归纳为种基本操作:设置当前操作目标地址写入数据读出数据。访问存储器操作有多种如内存“写”、当前地址或顺序连续“读”和随机地址“读”操作。在控制程序中需要向FM内存中写入并读出给定参数、故障信息等数据。内存读写的方法如下:内存写操作首先由CPU发送从机地址然后是内存位地址主机通过设置从机地址字节的最低位为声明一个写操作接收应答信号后CPU向FM发送数据的每个字节之后器件又产生应答信号任何数量的连续字节可以被写入以停止信号结束传输。有两种类型的读操作:当前地址读操作和随机地址读操作。读操作同样先由CPU发送从机地址主机通过设置从机地址字节的最低位为声明一个读操作。当要进行随机读操作时还要在读取数据之前发送位内存地址之后读取任意个字节每个字节后应跟随应答信号以停止信号结束传输。在电磁铸轧电源控制装置的主控程序中还将调用时钟刷新函数Flashtime()、时钟写入函数Writetime()、寄存器写入函数Registerwrite()和寄存器读出函数Registerread()。启动RTC和WatchDog的流程图如图所示。图启动RTC和WatchDog的流程图结语将铁电存储器用于电磁铸轧电源控制装置中与MSP系列单片机相结合充分发挥了其强大的功能同时取代了传统的EEPROM和实时时钟芯片既降低了硬件成本又简化了软件设计。实践证明FM具有良好的推广应用前景。

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