FM3164在火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)中的應(yīng)用

    FM3164是RAMTRON公司推出的新一代非易失性鐵電存儲(chǔ)器，采用I2C總線，是集串行存儲(chǔ)器、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、看門狗、復(fù)位電路、低電壓檢測(cè)等多種功能于一體的強(qiáng)大芯片。如果將FM3164應(yīng)用于火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的報(bào)警主機(jī)中，則可以解決實(shí)現(xiàn)報(bào)警信息的快速存儲(chǔ)功能和準(zhǔn)確的系統(tǒng)時(shí)間，同時(shí)也解決了失效和處理器因干擾而死機(jī)問(wèn)題。

1 FM3164的基本結(jié)構(gòu)及內(nèi)部原理
    FM3164采用鐵電晶體材料，這一特殊材料使鐵電存儲(chǔ)器同時(shí)擁有隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)和非易失性存儲(chǔ)的特性。FM3164將非易失FRAM與實(shí)時(shí)時(shí)鐘(RTC)、處理器監(jiān)控器、非易失性事件計(jì)數(shù)器、可編程可鎖定的64位ID號(hào)和通用比較器相結(jié)合。采用先進(jìn)的0．35μm制造工藝，這些功能通過(guò)一個(gè)通用I2C接口嵌入到14個(gè)引腳的SOIC封裝中，從而取代系統(tǒng)板上的多個(gè)元件。存儲(chǔ)器的讀／寫以及其他控制功能都通過(guò)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的I2C總線來(lái)實(shí)現(xiàn)。其內(nèi)部原理如圖1所示。

    A0，A1是器件地址選擇信號(hào)(總線可最多連接4個(gè)I2C器件)；SCL和SDA是與CPU通信接口，其中SDA是雙向數(shù)據(jù)端口；PFI是比較器輸入端，輸出結(jié)果送到CAL／PFO腳，同時(shí)它也是時(shí)鐘校正信號(hào)輸出端。當(dāng)電源電壓低于2．5 V時(shí)，時(shí)鐘供電切換到后備電池。CNT1，CNT2是兩路外部事件計(jì)數(shù)器的輸入端。

2 FM3164功能
    FM3164內(nèi)有25個(gè)特殊功能寄存器SFR。CPU通過(guò)I2c總線控制這些寄存器來(lái)實(shí)現(xiàn)各種功能。FM3164內(nèi)部功能圖如圖2所示。

2．1 內(nèi)存操作
    FM3164系列產(chǎn)品提供了不同的內(nèi)存容量，包括4 Kb，16 Kb，64 Kb和256 Kb，該系列產(chǎn)品軟件兼容，所有版本使用一致的兩位字節(jié)地址操作內(nèi)存，存儲(chǔ)器采用鐵電技術(shù)制造，可以二線制總線時(shí)鐘速度進(jìn)行讀寫操作，讀寫以字節(jié)為單位，寫操作沒(méi)有任何延時(shí)，而且通過(guò)了無(wú)限次的讀寫次數(shù)。具備其他同類串行存儲(chǔ)器無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)。
2．2 處理器檢測(cè)功能
    FM3164提供兩個(gè)基本功能，早期電源失效檢測(cè)和防止軟件死鎖的看門狗功能。當(dāng)電源跌落到預(yù)編程動(dòng)作點(diǎn)VTP以下時(shí)，RST引腳被拉低，這將一直保持為低電平，直到電源電壓太低，以致不能維持電路運(yùn)行。當(dāng)電源電壓上升到VTP以上時(shí)，RST引腳將繼續(xù)保持低電平大約100 ms左右，以便在可靠的電壓水平提供足夠的復(fù)位時(shí)間，當(dāng)1OO ms時(shí)間到后，RST引腳將恢復(fù)弱上拉狀態(tài)，使系統(tǒng)復(fù)位。看門狗計(jì)數(shù)器同樣能產(chǎn)生一個(gè)有效復(fù)位信號(hào)，看門狗計(jì)數(shù)器是一個(gè)自由運(yùn)行可編程計(jì)數(shù)器，通過(guò)一個(gè)5位非易失性寄存器，以100 ms步長(zhǎng)編程為100 ms～3 s周期，它有兩個(gè)控制位：看門狗使能WDE和看門狗復(fù)位控制位WR，只有看門狗使能并且計(jì)數(shù)器超時(shí)后，復(fù)位信號(hào)才有效。
2．3 買時(shí)時(shí)鐘操作
    實(shí)時(shí)時(shí)鐘(RTC)可以用電池或者電容作為后備電源，它提供了軟件校準(zhǔn)功能，以便提供更高的精度。實(shí)時(shí)時(shí)鐘包括一個(gè)晶振，時(shí)鐘分頻器和供用戶訪問(wèn)的寄存器系統(tǒng)。它分割32．768 Hz的時(shí)基信號(hào)，以提供1 s的分辨率，靜態(tài)寄存器為用戶提供了對(duì)時(shí)間的讀寫訪問(wèn)，寄存器包括秒、分鐘、小時(shí)、星期、月、年。時(shí)間寄存器通過(guò)位于00H中的R，W位與時(shí)間內(nèi)核同步，將R位從0改變?yōu)?時(shí)，時(shí)間信息從內(nèi)核轉(zhuǎn)入保持寄存器中，以供用戶讀取，R位用于讀時(shí)間。設(shè)置位W為1將使用戶寄存器凍結(jié)，將它清除為0，使得用戶寄存器中的值被裝載進(jìn)時(shí)間內(nèi)核。W位用于設(shè)置新的時(shí)間值，用戶必須確保不將非法值寫入寄存器，除了寄存器被凍結(jié)期間以外，時(shí)間值可以被連續(xù)更新。
2．4 時(shí)鐘校準(zhǔn)
    當(dāng)寄存器00H中的CAL位設(shè)置為1時(shí)，時(shí)鐘進(jìn)入校準(zhǔn)模式。當(dāng)進(jìn)入校準(zhǔn)模式后，CAL／PFO輸出管腳用于校準(zhǔn)功能，比較器輸出暫時(shí)無(wú)效。時(shí)鐘校準(zhǔn)操作是通過(guò)晶振偏移對(duì)計(jì)數(shù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)修正進(jìn)行的。在CAL模式，CAL／PFO管腳輸出512 Hz的方波，任何有規(guī)律的偏離512 Hz的頻率誤差都被轉(zhuǎn)換為時(shí)鐘誤差，用戶將此誤差轉(zhuǎn)換為PPM格式，并將適當(dāng)?shù)男拚祵懭胄?zhǔn)寄存器。時(shí)鐘校準(zhǔn)有關(guān)的因素列在圖3中，正PPM誤差需要負(fù)調(diào)整，以減少脈沖；負(fù)PPM誤差需要正調(diào)整，以增加脈沖。正PPM調(diào)整需要將CALS位設(shè)置為1，負(fù)PPM調(diào)整將CLAS位設(shè)置為0。校準(zhǔn)后，在校準(zhǔn)溫度下時(shí)鐘的最高精度可以達(dá)到±2．17PPM或者每月±0．09分鐘。校準(zhǔn)設(shè)置存儲(chǔ)在FRAM中，因此即使后備電源失效也不會(huì)丟失，設(shè)置值位于寄存器01H的CA L．4-0，此值僅在CAL位設(shè)置為1時(shí)才可以進(jìn)行寫入，為了退出校準(zhǔn)模式，用戶必須將CAL位設(shè)置為0，此時(shí)CAL／PFO管腳恢復(fù)比較輸出功能。