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machao 发表于 2007-8-14 19:00:53

在掉电时怎样保护数据到EEPROM中

我想在掉电时保存数据（3个字节）到EEPROM中，用BOD掉电检测，不知怎样使用。望高手指点：

1。在BOOT区设置好BODEN，BODLEVEL，后软件还要怎样设置？

2。掉电中断是否是产生复位？我的写EEPROM程序应该放在什么地方？他和其他复位怎样区别？

3。设置了BOOT区后，硬件上是否要加电源到一个管脚比较后才产生中断？？

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掉电检测BOD的误解

AVR自带的BOD(Brown-out Detection)电路，作用是在电压过低(低于设定值)时产生复位信号，防止CPU意外动作.

对EEPROM的保护作用是当电压过低时保持RESET信号为低，防止CPU意外动作，错误修改了EEPROM的内容



而我们所理解的掉电检测功能是指 具有预测功能的可以进行软件处理的功能。

例如，用户想在电源掉电时把SRAM数据转存到EEPROM，可行的方法是

外接一个在4.5V翻转的电压比较器(VCC=5.0V,BOD=2.7V)，输出接到外部中断引脚(或其他中断)

一但电压低于4.5V,马上触发中断，在中断服务程序中把数据写到EEPROM中保护起来

注意: 写一个字节的EEPROM时间长达8mS,所以不能写入太多数据，电源滤波电容也要选大一些

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将AVR的BOD设为2.7V，从4.5v到2.7这段时间写EEPROM。AVR的供电采用14楼方案，掉电检测使用IMP809。

软件编写思路请参考我的《M128》书是第5章，或10月出版的书的第7章。参考电路如下：



http://cache.amobbs.com/bbs_upload782111/files_8/armok01166424.jpg





在图中，外部9V电源通过7805稳压到5V，作为系统电源使用。而AVR的工作电源则是单独提供的，由5v系统电源通过低压差肖特基二极管1N5817后得到。IN5817的正向压降为0.3v，因此，AVR的工作电压为4.7v。电源监控芯片IMP809-L的监控电压为4.63V，当系统电源的电压低于4.63V时，在R脚上产生由高电平到低电平的变化，使AVR进入INT0中断。

   

    该电路的工作原理为：首先通过配置AVR的熔丝位，设置BOD掉电检测电压门限为2.7V，并允许BOD检测。因此，当AVR的Vcc电压掉到2.7v以下时，AVR就停止工作（掉电检测功能是AVR片内的功能之一，见第二章的2.6.2 AVR的复位源和复位方式）。电源监控芯片IMP809-L检测电压门限为4.63v，用于检测系统电源的电压。当系统电源大于4.63v时，IMP809-L的R端输出高电平，整个系统正常工作。当系统电源的电压跌到4.63v以下时，IMP809-L的R脚输出低电平，作为AVR外部中断INT0的申请。INT0设计为掉电处理中断，其主要任务是备份系统运行的重要数据到EEPROM中。



    在提供AVR工作的电源系统中，大容量的电解电容C5作为储能电容，一旦系统电源电压下降，二极管1N5817截止，此时AVR可以靠C5提供的电储可以继续工作一段时间。C5容量应足够大，在系统电源掉电过程中，IMP809-L的R端输出低电平（下降到4.63v）时，要能够保证维持AVR的工作电压Vcc从4.7v降到2.7V的时间超过300ms，使AVR有时间做紧急处理和备份数据。AVR写EEPROM大约需要50-100mA的电流，所以电容C5的值应该在1000u～4700u，需要保存的数据越多，C5的容量应该越大。



    INT0是AVR优先级最高的中断，采用外部电平变化的下降沿触发方式。一旦IMP809-L的R脚电平由正常的高电平变为低电平时，将触发INT0中断，进入INT0掉电中断服务程序。

在INT0掉电保护中断服务程序中，应按以下的步骤和过程处理：

A)紧急处理，关闭所有外部器件的工作，或将外部状态设置到安全模式，如关闭马达、开关等，保证系统不出事故。

B)将AVR所有I/O设置为输入方式，最大程度的减少AVR芯片对电源的消耗。

C)将重要数据写入到EEPROM中。

D)循环检测INT0引脚是否恢复高电平。如为高电平则转到下一步E执行；如果INT0电平一直为低，程序将在此循环，直到完全停止运行（因为储能电容C5的电压低于2.7v后，AVR的BOD起作用，产生内部复位，AVR停止运行程序）。

E)软件延时一段时间。

F)再次检测INT0引脚电平。为低电平时转回D再次循环检测；为高电平时继续向下执行（这种情况表示系统电源受到干扰或短时掉电，现已经恢复正常）。

G)恢复外部器件工作（此时尽管进入了掉电保护程序，但AVR在C5的维持下，一直正常工作，所有的数据并没有破坏，可以继续进行工作）；

H)中断返回。

在实际应用中，系统断电保护的设计是一个比较难的问题，实现的方法和手段也有不同。这个设计主要是作为一个使用外部中断的例子，让读者可以从中体会到如何合理和正确的使用外部中断。

kingofkings 发表于 2007-9-19 20:00:35

"大容量的电解电容C5作为储能电容"图上2200uF是C4，马老师这里标错还是打错了？
可以用法拉电容吗？成本会太高吗？
能不能在电压输入端9V那里分压用AD检测呢？省掉IMP809-L？可能会造成AD没完成就没电的情况……我只是随便想想，还没有很成熟的考虑，但是如果用法拉电容的话，好像又是做得到的……我果然很混乱……呵呵，请马老师指教……

koon 发表于 2007-9-20 11:09:40

我觉得应检测9V的电压,一旦低于7.5V，MCU中断保存数据

machao 发表于 2007-9-22 10:15:34

回1楼：
1。可以使用法拉电容，价格是高一点，但体积小；同时容量大，可以保护更多的数据，也提高了掉电保护的可靠性。
2。用AD检测不如使用IMP809可靠，因为IMP809是硬件的。使用AD检测，增加了AVR的系统程序的复杂性，而且AD检测的响应也慢，不提倡。因为掉电保护是要求绝对可靠的。

回2楼：
理论上可以，但实际当中实现比较困难：
1。输入的9V电压一般不是稳定，电压波动大。而经过7805会稳定的多。
2。检测7.5v的电压监测芯片比较少。

kingofkings 发表于 2007-9-23 13:38:15

呵呵！
具体要看项目而定了，成本与品质找到一个平衡点就行了！

wz529 发表于 2007-12-23 19:34:23

谢谢马老师

stevenlu 发表于 2007-12-24 09:24:39

收藏起来，以后一定用得着

Forever 发表于 2007-12-24 09:41:35

收藏了，感谢马老师

xiaoke 发表于 2007-12-28 12:02:17

IMP809贵了点. 我用台湾合泰的HT7044A. 北京中发售价￥0.85. 据说广州还要低。

jevenhuang 发表于 2008-1-10 10:11:31

学习 学习

qkj1575 发表于 2008-1-10 20:07:08

在测试漏电保护器的动作持性时,必须准确测知漏电保护器的动作时刻。本系统设计的断电检测电路见图2。6N138为光电二极管与达林顿光电晶体管封装的光电耦合器,一次侧工作电流IF为1.6mA,Ifmax为20mA,Vfmax为1.7V。考虑到整流桥的正向导通压降Vdmax为2.4V,6N138一次侧电流iF由下式确定：
http://cache.amobbs.com/bbs_upload782111/files_9/ourdev_200297.jpg
从v1的零时刻开始使iF增加到1.6mA所需的时间t可由式（1）求得：t=0.4ms。因为iF为脉动直流信号,所以的关断时间大于0.8ms,即可判断电网断电、漏电保护器已动作。我们设计的判断时间为1ms,在电网电压波动较大时仍保证判断正确。由式（1）还可求得iFmax=11.4mA,小于6N138的Ifmax。
http://cache.amobbs.com/bbs_upload782111/files_9/ourdev_200298.jpg

断电检测模块
该模块由模块主程序、外部中断INT1和定时器T1中断服务子程序组成。
T1在INT1端变为高电平（6N138截止）时启动,定时到1ms发生中断,说明电路已断电,漏电保护器已动作。在T1中断服务子程序中置位断电标志、关闭INT1和T1中断。
根据1.2所述,在电网正常通电情况下,6N138截止使INT1端保护高电平的时间小于1ms。INT1端电平由高变低发生中断,在其中断服务子程序中设置使T1重新定时1ms,从而使T1不会在电网正常通电情况下发生中断。
模块主程序初始化INT1、T1,复位断电标志。

qkj1575 发表于 2008-1-10 20:09:38

只要你的电容大1点就可以了

ztxfhl 发表于 2008-1-31 02:08:00

我曾经用和马老师差不多的电路进行掉电数据保护,C4用680μF的,电源监测用两个19kΩ电阻分压,至少可保存10个字节的数据.

ztxfhl 发表于 2008-1-31 02:12:57

C4的大小取决于CPU的型号即Icc的大小,由D1,C4单独为CPU供电是关键.

liuyuema09 发表于 2008-3-19 18:24:43

收藏起来，好好学习一番。

jordanism 发表于 2008-5-20 15:42:24

好
思路不错
谢谢

fjh120 发表于 2008-5-20 16:54:46

收藏...
谢谢

wisebaby 发表于 2008-5-20 21:17:18

受教，这个项目一定得改了。没掉电时的数据保护！

非常感谢马老师！

wxdx8320 发表于 2008-6-9 22:16:24

马老师，51单片机可否采取您的这个方法啊？

poppush 发表于 2008-6-9 22:33:39

好 记好

lxx_sea_sky 发表于 2008-6-14 08:55:59

没用过，本没发言权。
但有一点疑问：从手册看，mega8在5V，16MHz时才20mA，而文中提到“AVR写EEPROM大约需要50-100mA的电流”，觉得应该还能改善，比如:进中断后所有端口高阻输入，adc禁止等。

machao 发表于 2008-6-14 13:18:26

to 18楼:标准51不能采用这样的设计,因为这个设计利用和需要AVR中BOD的功能的配合.大部分的51没有这样的功能.

to 20楼:文中提到“AVR写EEPROM大约需要50-100mA的电流”，不是单纯指对EEPROM操作,是指通常情况下,因为此时AVR可能还做其它的事情,如点亮一个LED,驱动某个部件等.

"进中断后所有端口高阻输入，adc禁止"等这些措施是可行的,但要根据实际情况,因为掉电的处理过程,实际上电还没有真正的"掉"光,或者控制板的电源掉了,但驱动电源没掉.因此AVR必须还要保证外部部件要正常处在安全的状态,不能乱。如果把"所有端口高阻输入"就等于放弃了对外部的控制,这样在工业控制中是非常危险的.

另外, "进中断后所有端口高阻输入，adc禁止"需要执行指令,需要时间.时间和电流是矛盾,要找到最佳的平衡点.把计算的电流放大一点,意味者储能电容要大,但留出必要的或更多的余量,可以保证系统的可靠.如果使用这样的掉电保护措施,说明系统可靠是第一位的,成本上稍微多点可以忽略掉了.

lxx_sea_sky 发表于 2008-6-16 09:22:53

马潮老师您说的很对，掉电前“对外部电路进行最后控制”和“计算的电流放大一点”都很正确。
只是还有点异议，“所有端口高阻输入，adc禁止”和最终掉电后的状态是一样的（当然，这里没有考虑掉电警报等问题），而这些指令的执行时间是微秒级，eeprom写等待是毫秒级，所以我觉得应该是没问题的

machao 发表于 2008-6-16 11:31:12

楼上说的对,指令的执行时间是微秒级的,可以做许多的工作.

请你仔细看我LZ位的掉电中断处理过程的描述.

因为对于电源掉电的处理,需要考虑存在电源确实掉电和电源不稳定产生波动的2种可能性.

因此在我的掉电处理过程中包含有对外部控制的处理部分,在进入掉电中断后,马上处理的是确保安全的动作,如将控制马达的I/O口输出0,以及消耗系统电源比较多(如LED显示)的部件关闭.可是没有将全部的I/O做处理.

这样的话,如果进入掉电中断是由于电源不稳定产生波动产生的,那么电源经过短时间波动后恢复了正常,实际没有掉电.在这种情况下AVR实际还在正常工作,当它检测到电源正常后,恢复外部器件工作,就可以从掉电中断中返回继续原来正常的程序执行了.

如果进入中断就把所有端口设置高阻输入，adc禁止等,那么正常恢复前就需要重新做初始化配置,而且还要恢复到进中断前的状态,这样就比较麻烦,另外代码也长,占用了资源.

所以,我认为不必要将全部的I/O做处理,只处理重要的I/O口.不是仅仅从时间上考虑问题,要综合考虑.固我不是以AVE本身最小的电流10~20mA做标准,而是用了"大约需要50-100mA的电流".这样,尽管储能电容大了些,不仅提高了可靠性,也方便做后面的处理.

lxx_sea_sky 发表于 2008-6-16 14:44:50

明白了

gaochaoning 发表于 2008-8-24 14:28:13

学习。谢谢。

yunlong 发表于 2008-10-26 23:31:09

这个用AVR自带的电压比较器啊！我做过实验的，在5V的电源VCC中串接一个二极管，然后再在二极管的输出侧接一个大容量的电容。

把电压比较器的AIN0端接到二极管的A端，比较器的AIN1端接到二极管的K端。然后打开全局中断和电压比较中断。在电压比较的中断程序中写入写EEPROM的程序，就可以了。我在M128上做过测试很好用，当然那个电容的容量要足够大。

http://cache.amobbs.com/bbs_upload782111/files_11/ourdev_470093.jpg

 (原文件名:电压比较.jpg) 

这个是用M16做的成品板的一部分，现在板子还没有做好。不过程序已经在M128上调试好了。

taishandadi 发表于 2009-1-8 09:47:01

学习，准备整理后下载。

vincent.r 发表于 2009-1-8 10:15:03

mark

naohbbq 发表于 2009-2-24 13:50:17

很好，谢谢马潮老师

frankwang518 发表于 2009-4-14 22:38:44

好
思路不错
谢谢

lingligang 发表于 2009-4-16 23:42:58

为什么加了大的电容有的时候就死机了

xiaoyuanlu 发表于 2009-4-17 10:10:40

mark!

yunlong 发表于 2009-4-17 12:44:12

31楼 应该是电容过大，导致掉电后电容的电量短时间内放电不完全后导致的。建议用空闲的管脚接上一个放电电阻，在保存完EEPROM数据后就进入放电状态。同时开启BOD功能。

kcity2008 发表于 2009-4-22 20:57:26

mark

huangjiyue 发表于 2009-4-26 10:43:09

受教了！

sunyouyuan 发表于 2009-5-5 18:07:39

收藏了 谢谢 日后可能用到

gzzhang 发表于 2009-5-5 20:44:13

大家说的都不孬！

ndust 发表于 2009-5-5 20:58:59

jh

deepin 发表于 2009-5-18 10:50:34

收藏
MARK

wochai 发表于 2009-5-18 16:06:57

我是判断24V的电压,降低到12V时,通过光耦将信号输入到INT脚进行判断
个人认为直接侦测前级电压能给我们的操作提供更充裕的时间
我做的东西是24V供电,通过DC/DC提供MCU的5V工作电压,试验中,即时再iN5817后不加电容(24V和前面的5V有100uF电容),MCU也能正常写入数据,当然为了保险,我还是用了100uF

D.lovers 发表于 2009-5-18 21:29:39

经典！绝对收藏

lucsunny 发表于 2009-5-25 15:44:38

真是只有想不到 没有做不到阿。

wangff2531 发表于 2009-5-25 16:06:42

mark

firegl99 发表于 2009-5-25 20:22:35

最近项目需要掉电保存数据，mark

hc235280 发表于 2009-5-30 19:59:56

留名学习

ddcour 发表于 2009-5-30 23:39:04

记号

Ethen 发表于 2009-5-31 08:59:18

mark~

googse 发表于 2009-5-31 13:08:38

我挖

lilyxi 发表于 2009-6-20 23:27:08

收藏！！

simon_leung 发表于 2009-9-17 16:08:48

mark

zjczm 发表于 2009-9-26 16:53:56

路过.
这个实践过了.选电容合适就可以了.

wodetianmyday 发表于 2009-10-23 15:49:26

mark

jbhjiang 发表于 2009-11-22 11:47:44

最近项目也用掉电保护数据，学习了！

gongxd 发表于 2009-11-22 11:59:47

mark

junmadianzi 发表于 2009-12-8 22:39:32

我想在7805前用电阻分压再用HT7044检测,分压电阻保证在约18V(电源电压为24V)时,HT7044输出低电平来产生停电信号,这样支持的时间会不会长一些,因为7805输入7V就能保证输出5V,

zsy777 发表于 2009-12-9 01:36:32

记号

start00 发表于 2009-12-9 08:57:54

学习。谢谢。

qingniao 发表于 2010-1-4 16:29:56

很有用，谢谢！！

liumaojun_cn 发表于 2010-1-4 18:12:06

mark

zhigang 发表于 2010-1-4 19:40:40

Mark!

Ryan 发表于 2010-1-24 20:08:02

受教了！！！

gdmfq 发表于 2010-1-24 20:14:39

正需要用呢

zek_sj 发表于 2010-1-27 18:52:26

太好了，收藏了，以后绝对能用到的！

l456789 发表于 2010-1-29 13:32:05

收藏.

rahpven 发表于 2010-2-2 20:09:48

收藏

yihongmeilang 发表于 2010-2-2 23:46:14

留着 后用

huangning 发表于 2010-3-8 11:18:09

好贴

gxy508 发表于 2010-3-8 16:31:18

mark

zhangjw 发表于 2010-3-16 22:28:59

mark。

homexxhh 发表于 2010-3-20 14:12:21

不好意思，马潮老师，我对你这个方案看了后还是不明白，能不能帮忙解答一下？
这个掉电保护功能是针对哪个电压掉电保护呢？是9V的还是5V的？为什么要用两个分开的电源供电呢？AVR的5V不能从7805出来吗？
谢谢~~~~

xiaowangkanqiu 发表于 2010-3-26 12:41:24

hao

weilan2200 发表于 2010-4-14 18:01:33

学习了！

sonna 发表于 2010-4-14 20:56:15

不错~

XA144F 发表于 2010-4-22 16:22:36

我试验的是使用DS1302，这样写入数据的速度快的多，或者是PCF8583，有240字节的空间。

jackielau 发表于 2010-4-23 09:47:33

26 33 楼 改进

zhames 发表于 2010-4-23 13:02:03

dig

HXHNTTXLLA 发表于 2010-4-26 22:16:45

学习了。。。

yinhe 发表于 2010-5-6 19:54:34

ji

anjing197 发表于 2010-5-13 12:57:27

学习了，谢谢

cgbabc 发表于 2010-5-13 13:56:22

学习

tangwei039 发表于 2010-5-13 14:57:06

收藏

jichong211 发表于 2010-7-9 21:06:01

MARK 掉电保护数据

382383706 发表于 2010-7-14 08:39:04

mark

382383706 发表于 2010-7-14 08:47:45

能不能直接将5V接到INT0脚，省掉电压比较器

mavericklx 发表于 2010-7-14 09:25:10

mark～～

leavesy 发表于 2010-7-14 11:17:35

学习

gsl8828 发表于 2010-7-22 14:38:30

学习 学习 学习 学习

kelos3000 发表于 2010-7-29 21:59:07

ddddd

ywf85 发表于 2010-8-10 16:31:53

mark

swustlx86 发表于 2010-8-16 13:47:17

mark

liren 发表于 2010-9-24 17:04:17

谢谢马潮老师!

liren 发表于 2010-9-24 17:04:34

谢谢马潮老师!

shanyao 发表于 2010-10-7 15:53:47

谢谢分享

radarOV123 发表于 2010-12-4 00:25:40

收藏了 谢谢 日后可能用到

csq463276932 发表于 2011-1-28 16:27:46

来学习的，谢谢。

liren 发表于 2011-1-28 17:57:18

mark下！谢谢了，这么好的资料！

castlehu 发表于 2011-1-28 21:01:17

mark

03024003 发表于 2011-1-29 09:10:13

mark e2

jielove2003 发表于 2011-1-29 11:28:29

MARK

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