空調系統中掉電記憶功能的實現方法

裴德鳳

（合肥通用機械研究院，安徽 合肥 230031）

1 引言

一般家用電器產品在使用過程中遇到忽然停電斷電的情況后，恢復供電，只會進入通電待機狀態不會重新啟動，而這種突發情況往往會給用戶帶來不必要的麻煩，當單片機在意外掉電，再恢復供電時，掉電前的一些存儲在RAM區的數據隨即丟失，為了避免這種情況發生，系統增加了掉電記憶功能，即單片機在正常工作時，用戶設定的一些參數，以及系統采集的數據在斷電前寫入到E2PROM存儲器中，再來電時，系統自動從存儲器中讀出信息，按照設定的方式運行.本文以空調系統為例，介紹如何實現掉電記憶功能.

2 系統硬件電路設計

2.1 24C02芯片簡介

24C02芯片內部含有256*8位低功耗CMOS的E2PROM，該芯片采用I2C總線形式傳送數據，具有體積小、接口簡單、可靠性高、功耗低，價格便宜的特點，其引腳圖如圖1所示：

圖1 24C02引腳圖

圖中SDA為串行數據輸入/輸出，SCL為串行時鐘輸入線，A0、A1、A2為地址線，當接不同的電平時，芯片的地址也不同，可實現一個系統中擴展多片24C02，數據通過SDA雙向串行傳送.WP引腳為寫保護控制端，接“1”禁止寫入，接“0”允許寫入，Vcc和Vss分別是接正、負電源.

I2C總線的通信協議簡述如下：

（1）I2C總線開始信號：SCL保持高電平，且數據線SDA由高到低變化，I2C被啟動.

（2）I2C總線停止信號：SCL保持高電平，且數據線SDA由低到高變化時，I2C總線數據停止傳送.

（3）數據改變：SCL為低電平時，SDA才能改變傳輸的數據，數據傳輸時，SCL必須為高電平，SDA必須為固定狀態，不允許跳變.

（4）數據傳輸：SCL為高電平時，SDA若保持穩定，那么SDA上正在傳輸數據.即當SCL為高電平時，SDA上的任何變化都被當作啟動或停止信號.發送到SDA上的每個字節必須為8位，每次傳送的字節數量不受限制，每個字節后面必須跟一個響應位ACK.

（5）在I2C總線開始信號后，發送一個從機地址，地址碼共7位，第8位為讀寫數據選擇位R/W，“0”表示寫數據，“1”表示讀數據，系統發出開始信號后，系統中各個器件將CPU發送到總線上的地址和自己的地址進行比較，如果兩者相一致，則該器件即被CPU選中，其接收數據還是發送數據則由R/W的狀態確定.[1]

數據傳送格式如下：

2.2 空調系統中24C02讀寫條件及內容

空調在工作過程中需要隨時記憶開關機狀態、運行模式，設定溫度，設定風速的狀態，當這些狀態一有變化時，即單片機只要判斷到有按鍵按下，或遙控接收信號，立即將上述信息重新寫入相應的存儲芯片，具體存儲方式如下表1所示.另外，為了識別讀出字節的準確性，在寫入時外加一個校驗字節.

表1 存儲信息分配表

由上表可知一般空調系統共需要4*8位存儲空間來進行信息的存儲.為此，在設計中，選用24C02芯片完全能滿足空調產品對存儲容量的要求，I2C總線結構只需要單片機的兩個端口即可進行數據的讀寫，這對于I/O端口并不富足的M37544單片機控制的空調控制系統來說，非常合適.

當系統首次上電時，單片機將存儲芯片中的內容讀出，存放到相應的存儲單元，系統將會按照掉電前狀態運行.判斷首次上電的方法：可以在幾個固定的存儲單元中存入固定的數據，如果單片機掉電，此數據會丟失.所以單片機復位后，首先比較這幾個單元的數據是否與存放的數據一致，如果不一致，則說明此次復位為上電復位，即需要讀取24C02數據.

2.3 24C02與單片機接口電路

圖2 24C02與單片機的接口電路

24C02與單片機的接口電路如圖2所示，因為本控制系統只用到一片24C02，所以可將A0、A1、A2三條地址線接地，表示24C02的地址為000，用單片機的P1.0端口接串行時鐘輸入端SCL，P1.1端口接串行數據輸入輸出端SDA.

3 讀/寫24C02軟件流程圖

3.1 寫24C02程序設計

當24C02被啟動后，單片機首先發送寫控制命令，因為24C02器件識別碼為1010，本控制系統硬件電路中三根地址線A2、A1、A0全部接地，所以器件的地址為000，因為是向24C02中寫數據，所以R/W位應送0.

圖3 寫24C02流程圖

圖4 寫24C02子程序片段

當執行寫操作時，單片機發出啟動信號后，接著發送寫控制字節，即1010 0000，當單片機接收到24C02的應答信號ACK后，將發送待寫入的字節首地址，單片機再次接收到24C02的應答信號ACK后，將發送待寫入的數據至指定地址單元中，當主器件再次收到應答信號ACK后，產生停止位結束一個字節的寫入.緊跟著寫入下一個字節，也可多個字節數據連續傳送之后，再送停止位[1].

圖3為寫24C02程序流程圖.

其中基于M37544單片機[2]的發送數據子程序代碼如圖4所示，該程序中累加器A中存放待發送的數據，RR7單元中存放發送的位數.

3.2 讀24C02程序設計

讀24C02字節數據之前，先發送起始位，再通過寫操作發送要讀的24C02的首地址，當收到應答信號之后再發送讀控制命令，24C02器件識別碼為1010，器件的地址為000，要讀24C02中的數據，R/W位應置1.所以讀控制命令為10100001，該命令發送之后，24C02發出應答信號之后會發出8位數據.當所有數據接收完畢，單片機發出一個停止位，結束當前的讀操作.

讀24C02芯片的流程圖如圖5所示：

圖5 讀24C02流程圖

其中基于M37544單片機的讀字節數據子程序片段如下圖6所示，該程序實現讀一個字節數據的功能，首先根據數據口p1.1的高低電平狀態，將進位標志位CY置1或清0，再移位送入累加器的最高位，最終讀取的數據存放在累加器A中，RR7中存放讀取數據的位數，初始存入8，當RR7中的數據減到等于0時，一個字節接收完畢.

圖6 讀24C02數據的子程序片段

4 總結

隨著家電產品的智能化發展，在電飯鍋、洗衣機、空調等家電產品中，增加了掉電記憶功能，實踐證明，在單片機控制系統中，采用24C02存儲芯片，可以達到良好記憶效果，從而滿足一些特定場合的需求.該種控制方式具有簡單靈活、體積小、功耗低、價格便宜等優良性能.