鐵電存儲(chǔ)器在智能電表中的應(yīng)用

摘 要：在智能電表中，數(shù)據(jù)擦寫(xiě)次數(shù)比較頻繁，而且在掉電時(shí)存取數(shù)據(jù)量大、時(shí)間短，因此提高可靠快速的保存數(shù)據(jù)是一個(gè)關(guān)鍵的技術(shù)，鐵電存儲(chǔ)器可以有效的解決此問(wèn)題，文中以FM25C160為例介紹了鐵電存儲(chǔ)器在智能電表中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：鐵電存儲(chǔ)器；智能電表；SPI總線(xiàn)

1 引言

智能電表是智能電網(wǎng)的智能終端，除了具備傳統(tǒng)電能表基本用電量的計(jì)量功能以外，它還具有用電信息存儲(chǔ)、雙向多種費(fèi)率計(jì)量功能、用戶(hù)端控制功能等智能化的功能，對(duì)于智能電表要不斷的采集數(shù)據(jù)，其電表的精度不僅與檢測(cè)芯片的精度有關(guān)，更重要的是與其存儲(chǔ)方式有很大的關(guān)系。通常的作法是將平時(shí)數(shù)據(jù)記錄在SRAM，當(dāng)出現(xiàn)掉電故障時(shí)將數(shù)據(jù)寫(xiě)入到EEPROM，如果檢測(cè)到的數(shù)據(jù)不能寫(xiě)入存儲(chǔ)器或者寫(xiě)入存儲(chǔ)器過(guò)程出錯(cuò)都會(huì)大大降低電表的精度，影響其自身的質(zhì)量，而且存器是存儲(chǔ)系統(tǒng)數(shù)據(jù)及用戶(hù)數(shù)據(jù)的關(guān)鍵部件，所以數(shù)據(jù)的安全保存是最重要的。

近幾年，隨著鐵電存儲(chǔ)器技術(shù)的成熟，利用鐵存儲(chǔ)器可以有效的解決此問(wèn)題。鐵電儲(chǔ)存器FRAM，它的核心技術(shù)是鐵電晶體材料，兼具了ROM和RAM的特性，并具有高開(kāi)關(guān)速度、耐輻射、低功耗等優(yōu)點(diǎn)。FM25C160是由RAMTRON公司生產(chǎn)的一種鐵電存儲(chǔ)器，因此在自動(dòng)抄表系統(tǒng)的應(yīng)用可以提高系統(tǒng)安全存取數(shù)據(jù)的特性。

2 主要特點(diǎn)及引腳

FM25C160是一個(gè)16Kbit的FRAM，總線(xiàn)速度可高達(dá)5MHZ，掉電數(shù)據(jù)可保持10年，低功耗，100億次的讀寫(xiě)壽命，在智能電表中可以來(lái)一個(gè)脈沖寫(xiě)入FRAM一次，以3200個(gè)脈沖為1度電計(jì)算，F(xiàn)RAM可以存3百萬(wàn)度電，由于數(shù)據(jù)是實(shí)時(shí)寫(xiě)入，就不用擔(dān)心掉電后數(shù)據(jù)會(huì)丟的問(wèn)題。而同類(lèi)EEPROM的擦寫(xiě)次數(shù)為10萬(wàn)次，所以不能來(lái)一個(gè)脈沖就寫(xiě)入EPROM，只能將脈沖暫存SRAM中，另外EEPROM寫(xiě)入數(shù)據(jù)時(shí)有10MS寫(xiě)的周期，這在停電后必須有足夠長(zhǎng)的時(shí)間維持EEPROM的寫(xiě)入，而且還容易受到干擾，導(dǎo)致寫(xiě)入數(shù)據(jù)出錯(cuò)。從比較來(lái)看，F(xiàn)M25C160有其它產(chǎn)品不可替代的優(yōu)勢(shì)。

FM25C160采用8引腳SOP封裝，兩根電源線(xiàn)，一根片選信號(hào)，兩個(gè)控制信號(hào)，兩根數(shù)據(jù)線(xiàn)，其中一根數(shù)據(jù)為輸入，另一根數(shù)據(jù)為輸出，還有一根同步時(shí)鐘，引腳功能如表1所示：

3 FM25C160的應(yīng)用

FM25C160使用串行外圍接口SPI總線(xiàn)，速度高達(dá)5MHZ，這種高速串行總線(xiàn)能夠?yàn)橹鳈C(jī)微控制器提供高性能的串行通訊功能。

3.1 SPI總線(xiàn)

SPI協(xié)議是使用時(shí)鐘和數(shù)據(jù)線(xiàn)的同步串行協(xié)議，由操作碼控制，這些操作碼指定操作期間的命令，在/CS有效時(shí)，從總機(jī)發(fā)送出的第一個(gè)字節(jié)就是操作碼，緊跟操作碼后的是任意地址和數(shù)據(jù)，一個(gè)操作完成后，在一個(gè)新的操作碼發(fā)送之前，/CS信號(hào)必須為無(wú)效狀態(tài)。數(shù)據(jù)傳輸都是以8位為一組，它們與時(shí)鐘信號(hào)（SCK）同步，并且它們優(yōu)先傳送最高有效位（MSB）。串行輸入信號(hào)在時(shí)鐘上升沿移入，而輸出信號(hào)在時(shí)鐘下降沿移出。

3.2 寫(xiě)操作

首先寫(xiě)入WREN操作碼，再寫(xiě)入操作碼WRITE，隨后寫(xiě)入一個(gè)兩字節(jié)地址，給出起始地址，可以連續(xù)寫(xiě)入數(shù)據(jù)，只要主機(jī)連續(xù)發(fā)出時(shí)鐘，F(xiàn)RAM地址就會(huì)內(nèi)部遞增，如果達(dá)到最后一個(gè)地址7FFH，地址計(jì)數(shù)器就會(huì)翻轉(zhuǎn)到0000H。

3.3 讀操作

首先使/CS有效，主機(jī)先發(fā)送讀操作碼，再發(fā)送一個(gè)兩字節(jié)地址，主機(jī)發(fā)送8個(gè)時(shí)鐘，每一時(shí)鐘通過(guò)SO讀取一個(gè)數(shù)據(jù)位，只要主機(jī)連續(xù)發(fā)送時(shí)鐘，地址的變化如同寫(xiě)操作。

3.4 與不帶SPI口的單片機(jī)的連接

如處理器具有硬件SPI接口，可以直接連接，若自動(dòng)抄表系統(tǒng)采用87C51單片機(jī)，其內(nèi)部不帶SPI，可以通過(guò)普通I/O口來(lái)連接，如圖1所示。

利用軟件模擬來(lái)實(shí)現(xiàn)SPI接口的數(shù)據(jù)傳送，下面給出發(fā)送一個(gè)字節(jié)的程序清單。

SI EQU P1.6

SCK EQU P1.4

MOV R7， #8

MOV DPTR，#ADRR16

MOV A，@DPTR

LPP： RLC A

MOV SI，C ；數(shù)據(jù)傳送SDI

CLR SCK

SETB SCK ；SCLK時(shí)鐘

DJNZ R7，LPP

RET

FM25C160是一種高性能的存儲(chǔ)器，性能指標(biāo)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于EEPROM。它的近似無(wú)限次快速擦寫(xiě)和非易失性的特點(diǎn)，將分離的SRAM和EPROM器件整合到一個(gè)鐵電存儲(chǔ)器，為整個(gè)系統(tǒng)節(jié)省功耗，成本，空間，同時(shí)增加了整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。隨著鐵電技術(shù)的日趨成熟，在智能電表中，存儲(chǔ)器采用FRAM是一種極具優(yōu)化的方案。

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