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FM3164的原理和功能及在火灾自动报警系统中的应用

出处:电子发烧友 发布于:2018-12-07 14:13:10 | 553 次阅读

FM3164是RAMTRON公司推出的新一代非易失性铁电存储器,采用I2C总线,是集串行存储器、实时时钟看门狗、复位电路、低电压检测等多种功能于一体的强大芯片。与其他串行存储器相比,FM3164具有没有写延时,读写次数可达上百亿次,速度快,功耗低等优点。主要介绍FM3164的组成原理和基本功能,并结合它在火灾自动报警系统的应用给出实际应用方法,实现报警过程中信息快速、准确的存储。

1 FM3164的基本结构及内部原理

FM3164采用铁电晶体材料,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。FM3164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。采用先进的0.35μm制造工艺,这些功能通过一个通用I2C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。其内部原理如图1所示。

FM3164的原理和功能及在火灾自动报警系统中的应用

A0,A1是器件地址选择信号(总线可最多连接4个I2C器件);SCL和SDA是与CPU通信接口,其中SDA是双向数据端口;PFI是比较器输入端,输出结果送到CAL/PFO脚,同时它也是时钟校正信号输出端。当电源电压低于2.5 V时,时钟供电切换到后备电池。CNT1,CNT2是两路外部事件计数器的输入端。

2 FM3164功能

FM3164内有25个特殊功能寄存器SFR。CPU通过I2c总线控制这些寄存器来实现各种功能。FM3164内部功能图如图2所示。

FM3164的原理和功能及在火灾自动报警系统中的应用

2.1 内存操作

FM3164系列产品提供了不同的内存容量,包括4 Kb,16 Kb,64 Kb和256 Kb,该系列产品软件兼容,所有版本使用一致的两位字节地址操作内存,存储器采用铁电技术制造,可以二线制总线时钟速度进行读写操作,读写以字节为单位,写操作没有任何延时,而且通过了无限次的读写次数。具备其他同类串行存储器无法比拟的优点。

2.2 处理器检测功能

FM3164提供两个基本功能,早期电源失效检测和防止软件死锁的看门狗功能。当电源跌落到预编程动作点VTP以下时,RST引脚被拉低,这将一直保持为低电平,直到电源电压太低,以致不能维持电路运行。当电源电压上升到VTP以上时,RST引脚将继续保持低电平大约100 ms左右,以便在可靠的电压水平提供足够的复位时间,当1OO ms时间到后,RST引脚将恢复弱上拉状态,使系统复位。看门狗计数器同样能产生一个有效复位信号,看门狗计数器是一个自由运行可编程计数器,通过一个5 位非易失性寄存器,以100 ms步长编程为100 ms~3 s周期,它有两个控制位:看门狗使能WDE和看门狗复位控制位WR,只有看门狗使能并且计数器超时后,复位信号才有效。

2.3 买时时钟操作

实时时钟(RTC)可以用电池或者电容作为后备电源。实时时钟包括一个晶振,时钟分频器和供用户访问的寄存器系统。它分割32.768 Hz的时基信号,以提供1 s的分辨率,静态寄存器为用户提供了对时间的读写访问,寄存器包括秒、分钟、小时、星期、月、年。时间寄存器通过位于00H中的R,W位与时间内核同步,将R位从0改变为1时,时间信息从内核转入保持寄存器中,以供用户读取,R位用于读时间。设置位W为1将使用户寄存器冻结,将它清除为0,使得用户寄存器中的值被装载进时间内核。W位用于设置新的时间值,用户必须确保不将非法值写入寄存器,除了寄存器被冻结期间以外,时间值可以被连续更新。

2.4 时钟校准

当寄存器00H中的CAL位设置为1时,时钟进入校准模式。当进入校准模式后,CAL/PFO输出管脚用于校准功能,比较器输出暂时无效。时钟校准操作是通过晶振偏移对计数器进行数据修正进行的。在CAL模式,CAL/PFO管脚输出512 Hz的方波,任何有规律的偏离512 Hz的频率误差都被转换为时钟误差,用户将此误差转换为PPM格式,并将适当的修正值写入校准寄存器。正PPM误差需要负调整,以减少脉冲;负PPM误差需要正调整,以增加脉冲。正PPM调整需要将CALS位设置为1,负PPM调整将CLAS位设置为0。校准后,在校准温度下时钟的最高精度可以达到±2.17PPM或者每月±0.09分钟。校准设置存储在FRAM中,设置值位于寄存器01H 的CA L.4-0,此值仅在CAL位设置为1时才可以进行写入,为了退出校准模式,用户必须将CAL位设置为0,此时CAL/PFO管脚恢复比较输出功能。

FM3164的原理和功能及在火灾自动报警系统中的应用

2.5 事件计数器

FM3164有2个后备电池支持的16位事件计数器(或1个32位的事件计数器),位于寄存器0DH~1OH中。CIN1和CIN2是事件计数器信号输入端,计数采用可编程边沿触发方式,若0CH地址的C1P位置1,则CIN1采用上升沿触发,否则采用下降沿触发。C2P控制CIN2。

3 FM3164的工作过程

FM3164作为从机,集成了两个功能不同的部件,每个部件都可以被独立访问。一个是存储器,访问时从机地址的位7~4必须被设置为1010B;若要访问实时时钟/处理器等,则从机地址的位7~4必须被设置为1101B。该器件采用二线制的I2C接口,二线协议由SDA和SCL两个引脚的状态确定。共有四种状态:开始、停止、数据传输及应答。

FM3164严格按I2C总线的时序和数据格式操作,其访问操作过程可描述为如下步骤:启动→从机地址→应答→目标地址→应答→(启动→从机地址→应答)→数据(单或多字节)→应答→停止(从机地址中包含了读写命令,括号中的步骤为当前地址读和连续地址读命令所特有的)。

4 FM3164在火灾自动报警控制器中的应用

在现代大中型城市的高层建筑、公共场所、地下设施、现代化厂区等重要建筑和设施的建设和管理中,国家消防规范要求都必须安装独立的火灾报警系统。火灾报警系统快速、安全、可靠、准确地运行至关重要。时钟器件和信息存储器作为报警主机中最为关键的部分,如果采用当前最新工艺技术的铁电非易失性存储器FM3164,则可以实现报警信息的快速存储功能和保证准确的系统时间。

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