利用LM358电压比较器实现数据掉电的保护

在单片机系统中为了防止突然掉电而造成数据丢失，一般需要把重要的数据存储在EEPROM中。由于EEPROM擦写寿命有限，故不宜程序每执行一遍，对其擦除一次。本设计提出了一种以LM358为电压比较器，当检测到系统掉电时才对EEPROM进行擦写的掉电保护系统，并设计了硬件电路，开发了相应的软件。利用该系统不仅实现了数据掉电的保护，而且延长了EEPROM的使用寿命。

1.掉电保护简介

掉电数据保护是系统设备一个重要的功能。是指在掉电时，所有的数据将一直保存在磁盘上，直到重构完成后才删除。当此项设置为可用时，在重构过程中（非重建），这样如果在重构过程中发生掉电，将不会发生数据丢失的危险情况。指在正常供电电源掉电时，迅速用备用直流电源供电，以保证在一段时间内信息不会丢失，当主电源恢复供电时，又自动切换为主电源供电。

目前，掉电数据保护的方法主要有2种：

（1）加足够容量备用蓄电池，使系统掉电后继续工作;

（2）不加备用电池，把掉电时需要保护的数据存储在非易失性存储器中，如FLASH和EEPROM。

第一种方法器件体积大、费用高并且蓄电池寿命短;第二种方法简单，但擦写器件的寿命有限。本文在第二种的基础上提出一种改进方法，即利用LM358作为电压比较器，当检测到系统掉电时才将数据写入EEPROM中。该方法不仅实现了系统数据掉电的保护，而且延长了EEPROM的寿命。

2.电路设计

图1 掉电保护电路原理图

如图1，通过调节R2，使系统正常供电时，Ua》Ub=3.5V，c端输出高电平;当系统掉电时，因二极管D1的隔离，使LM358得不到供电。由于电容C2和电感L的存在，电容C2和电感L1继续为单片机提供短暂时供电，并且因下拉电阻R5的存在，使得c端输出低电平。用于触发单片机INT0中断。

根据STC12C5A60S2系列单片机资料，对EEPROM写一个字节和擦除一个扇区所需的时间分别为55μs和21ms。正常模式下，典型功耗为2mA-7mA。5V单片机和3.3V单片机对EEPROM进行操作的有效最低电压分别为Umin=3.7V和Umin=2.4V。

系统掉电后，等效电路模型为RLC串联回路。放电过程时电路的微分方程为：

根据R、L和C的参数值的不同，可分为欠阻尼振荡状态、临界阻尼状态、过阻尼状态。上面的方程可分为以下三种：

综上所述：当负载R一定时，选取合适的电容和电感（本文选取C 2 =6600uf/25V、L 1 =0.1H）。L 1 和C 2 的具体参数可通过试验测试得到。只要u c （t）从初始状态的u c （t）| t=0 衰减到u c （t）| t=t0 =U min 的时间大于维持触发中断对EEPROM进行操作所需的时间t0就能满足系统正常工作的要求。

3.单片机软件设计

主程序和中断服务子程序流程图分别如下图2和图3所示。

图2 主程序

图3 中断服务子程序

与本设计有关的程序如下：

void main（void）

{

？？

Byte_Read（Address）;

While（1）

{？？}

}

void INT0_int（）interrupt 0

{

Sector_Erase（Address）;

Byte_Program（Address，Date）;

Delay（XX）; //延时，确保系统可靠

}

分析：系统掉电时，INT0中断被触发，在中断服务子函数中对EEPROM进行擦除和写的操作。

总结

该系统的实现，应用于二维运动控制平台。系统掉电时，X轴和Y轴坐标以及其他参数被写入EEPROM中。系统重新上电后，读取出存储在EEPROM里X轴和Y轴坐标及其他参数，工作平台以该位置为起点继续沿着原设定的位置运动。本文的核心就是基于LM358作为电压比较器，检测到系统掉电时才对EEPROM进行擦写，避免了每执行一遍程序对EEPROM进行擦除一次而造成其寿命短的问题。软、硬件结构设计简单，提高了系统的实用性。并且本文给出了典型的应用程序，具有良好的可移植性。加入循环语句可以把多个数据存EEPROM或从EEPROM里读出。
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