利用C8051F310內(nèi)置比較器0實(shí)現(xiàn)掉電模式

　　在測(cè)量、控制等領(lǐng)域，常要求單片機(jī)內(nèi)部RAM中的數(shù)據(jù)在電源掉電時(shí)不丟失，重新加電時(shí)，RAM中的數(shù)據(jù)能夠保存完好,且系統(tǒng)在電源恢復(fù)后，能夠繼續(xù)執(zhí)行程序。利用C8051F310單片機(jī)內(nèi)置比較器0對(duì)電源電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，主電源掉電時(shí)，執(zhí)行比較器0中斷服務(wù)程序，保存特殊功能寄存器內(nèi)容，并置單片機(jī)于掉電模式以降低功耗，由備用電池對(duì)單片機(jī)供電，保持RAM中的數(shù)據(jù)不丟失。

　　基于C8051F310單片機(jī)的以下幾點(diǎn)，提出了本文題目要討論的內(nèi)容，并且已通過實(shí)驗(yàn)測(cè)試。

　　① C8051F310單片機(jī)進(jìn)入掉電模式，CPU停止運(yùn)行，所有的中斷和定時(shí)器（時(shí)鐘丟失檢測(cè)器除外）都處于非活動(dòng)狀態(tài)，內(nèi)部振蕩器被停止（模擬外設(shè)保持在所選擇的狀態(tài)，外部振蕩器不受影響）。供電電壓大于1.5 V即可保持RAM中的數(shù)據(jù)不變，且功率消耗極低，電流小于0.1 μA。
　?、?C8051F31x器件內(nèi)部有2個(gè)電壓比較器，在比較器輸出的上升沿和下將沿都可以產(chǎn)生中斷。比較器的響應(yīng)時(shí)間是可編程的，比較器的正向和負(fù)向回差電壓也是可配置的。
　?、?比較器的輸出可以是與系統(tǒng)時(shí)鐘同步的或者是不同步的。即使在系統(tǒng)時(shí)鐘停止時(shí)，比較器異步輸出CP0A信號(hào)仍然可用，這就允許比較器在器件處于停機(jī)方式時(shí)工作并產(chǎn)生輸出。當(dāng)被禁止時(shí)，比較器的電源電流降到小于 100 nA。
　?、?C8051F310運(yùn)行后，在復(fù)位期間內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的內(nèi)容不發(fā)生改變，復(fù)位前存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)保持不變。堆棧中的數(shù)據(jù)不發(fā)生變化。

圖1  單片機(jī)電源與電壓檢測(cè)原理

　　在C8051F310系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，使用電池作為備用電源（電池電壓大于C8051F310的RAM數(shù)據(jù)保持電壓即可, 1.5 V），單片機(jī)電源與電壓檢測(cè)原理如圖1所示。主電源正常時(shí)，調(diào)整電位器，使CP0+端電壓略大于CP0-端電壓。電壓檢測(cè)部分有兩個(gè)功能：一是為單片機(jī)內(nèi)置比較器提供模擬輸入信號(hào)；二是運(yùn)算放大器輸出驅(qū)動(dòng)LED燈，指示主電源正常。也可通過交叉開關(guān)將CP0A連到端口引腳，替代圖1中的功率放大器驅(qū)動(dòng)電源指示燈。前提條件是進(jìn)入掉電模式前不禁止比較器且電池電壓大于單片機(jī)最低工作電壓，這會(huì)增加掉電期間電池功耗。

　　主電源VCC正常時(shí)，主電源電壓高于電池電壓，系統(tǒng)由主電源供電。 主電源發(fā)生意外使電壓下降或者丟失時(shí)，比較器0對(duì)單片機(jī)發(fā)出斷電中斷請(qǐng)求，單片機(jī)響應(yīng)中斷，利用主電源上濾波電容上的剩余儲(chǔ)電，以最短的時(shí)間進(jìn)入并執(zhí)行中斷服務(wù)子程序。在中斷服務(wù)子程序中，將一些必須保護(hù)的特殊功能寄存器中的內(nèi)容保存到RAM（可利用堆棧區(qū)），關(guān)閉比較器、模數(shù)轉(zhuǎn)換等模擬外設(shè)，降低功耗，最后建立掉電保護(hù)標(biāo)記并使單片機(jī)進(jìn)入停機(jī)工作狀態(tài)。主電源恢復(fù)后，單片機(jī)執(zhí)行上電復(fù)位，從掉電時(shí)斷點(diǎn)處繼續(xù)執(zhí)行程序。[!--empirenews.page--]

　　掉電標(biāo)志位必須使用RAM中的可尋址位（位于20H～2FH單元），因?yàn)閱纹瑱C(jī)復(fù)位時(shí)，特殊功能寄存器中的通用標(biāo)志位被復(fù)位。在停機(jī)方式，內(nèi)部振蕩器、CPU和所有的數(shù)字外設(shè)都停止工作，但外部振蕩器電路的狀態(tài)不受影響。因此在進(jìn)行低功耗系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)建議使用內(nèi)部振蕩器；或者使用外部振蕩器，在掉電中斷服務(wù)程序中切換到內(nèi)部振蕩器，達(dá)到在掉電模式進(jìn)一步降低電池消耗的目的。根據(jù)圖1，內(nèi)置比較器0配置為下降沿中斷。正向和負(fù)向回差電壓配置0，響應(yīng)時(shí)間配置為方式0為佳。比較器0中斷服務(wù)子程序流程如圖2所示。

圖2  比較器0中斷服務(wù)程序流程

圖3  主程序流程

　　主程序流程如圖3所示。

　　使用C8051F310單片機(jī)的掉電模式應(yīng)注意以下3點(diǎn)：

　?、?禁止WDT（電源監(jiān)視器）：防止進(jìn)入掉電模式后電池電壓大于RAM數(shù)據(jù)保持電壓而小于Vrst（單片機(jī)VDD監(jiān)視器門限電壓）時(shí)復(fù)位單片機(jī)，致使單片機(jī)不能從斷點(diǎn)處繼續(xù)執(zhí)行程序。
　　② 對(duì)于在掉電模式電池電壓大于Vrst的情況，應(yīng)禁止時(shí)鐘丟失檢測(cè)器。這樣，當(dāng)發(fā)生電源丟失時(shí)使單片機(jī)長(zhǎng)期處于掉電模式，延長(zhǎng)電池使用壽命。如果現(xiàn)場(chǎng)必須使用時(shí)鐘丟失檢測(cè)器，時(shí)鐘可選用片外振蕩器，即使在掉電模式，時(shí)鐘也不丟失。
　?、?禁止比較器0復(fù)位。