带RTCI2C总线铁电存储器FM31256设计.doc

带RTC的I2C总线铁电存储器FM31256的设计摘? 要 FM31256是一种基于I2C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FM31256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。 关键词 I2C总线 铁电体技术 RTC MSP430F 　　FM31256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1 mA,写入电流小于150 mA;擦写使用寿命长,芯片的擦写次数为100亿次,比一般的EEPROM存储器高10万倍,即使每秒读/写30次,也能用10年;读/写的无限性,芯片擦写次数超过100亿次后,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FM31256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。 ??? 1? FM31256的基本结构及原理 　　FM31256由256 KB存储器和处理器配套电路（processor companion）两部分组成。与一般的采用备份电池保存数据不同,FM31256是真正意义上的非易失（truly nonvolatile）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。 　　FM31256 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64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0.35 μm制造工艺,这些功能通过一个通用接口嵌入到14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I2C总线来实现。???? 　　图1为FM31256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”。A1～A0为器件地址选择信号,即总线上可同时使用4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）,CAL/PFO引脚输出PFI引脚的输入信号与1.2 V参考电压之间的比较结果;校准模式下,CAL/PFO引脚将输出512 Hz的方波用于时钟校准。CNT2～CNT1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1? FM31256原理图 ??? 2? FM31256功能及使用方法 　　在FM31256中,有25个特殊功能寄存器（SFR）00H～18H。通过对这些功能寄存器进行操作,可以实现各种功能。 ??? 2.1? 特殊功能寄存器 ??? （1）? 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32.768 Hz的时基信号以提供1 s（1 Hz）的分辨率,寄存器（02H～08H）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01H地址的OSCEN位（D7）置位,振荡器起振;同时将00H地址的R位（D0）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00H地址的W位。 　　FM31256的时钟精度可通过软件校准,将00H地址的CAL位（D2）置位,时钟进入校准模式,比较器输出512 Hz的频率信号,并可通过设置01H地址的CAL4～CAL0位（D4～D0）确定校准值。当00H地址的CAL位（D2）为0时,进入比较器模式。 ??? （2）? 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,FM31256将输出低电平复位脉冲,复位信号持续100ms。改变0BH地址的VTP1～VTP0位（D1～D0）,可以设定电平检测的阈值;改变0AH地址的WDT4～WDT0位（D4～D0）,看门狗的溢出时间可以在100 ms到3 s之间选择,其中0AH地址的WDE位（D7）,用于看门狗启动或停止;09H地址用于监视复位信号来源（看门狗计数器、上电