FM3164在火災(zāi)自動報警系統(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器，采用I2C總線，是集串行存儲器、實時時鐘、看門狗、復(fù)位電路、低電壓檢測等多種功能于一體的強大芯片。如果將FM3164應(yīng)用于火災(zāi)自動報警系統(tǒng)的報警主機中，則可以解決實現(xiàn)報警信息的快速存儲功能和準(zhǔn)確的系統(tǒng)時間，同時也解決了失效和處理器因干擾而死機問題。

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器同時擁有隨機存取存儲器(RAM)和非易失性存儲的特性。FM3164將非易失FRAM與實時時鐘(RTC)、處理器監(jiān)控器、非易失性事件計數(shù)器、可編程可鎖定的64位ID號和通用比較器相結(jié)合。采用先進的0．35μm制造工藝，這些功能通過一個通用I2C接口嵌入到14個引腳的SOIC封裝中，從而取代系統(tǒng)板上的多個元件。存儲器的讀／寫以及其他控制功能都通過工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的I2C總線來實現(xiàn)。其內(nèi)部原理如圖1所示。

    A0，A1是器件地址選擇信號(總線可最多連接4個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，同時它也是時鐘校正信號輸出端。當(dāng)電源電壓低于2．5 V時，時鐘供電切換到后備電池。CNT1，CNT2是兩路外部事件計數(shù)器的輸入端。

2 FM3164功能
    FM3164內(nèi)有25個特殊功能寄存器SFR。CPU通過I2c總線控制這些寄存器來實現(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，存儲器采用鐵電技術(shù)制造，可以二線制總線時鐘速度進行讀寫操作，讀寫以字節(jié)為單位，寫操作沒有任何延時，而且通過了無限次的讀寫次數(shù)。具備其他同類串行存儲器無法比擬的優(yōu)點。
2．2 處理器檢測功能
    FM3164提供兩個基本功能，早期電源失效檢測和防止軟件死鎖的看門狗功能。當(dāng)電源跌落到預(yù)編程動作點VTP以下時，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行。當(dāng)電源電壓上升到VTP以上時，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)位時間，當(dāng)1OO ms時間到后，RST引腳將恢復(fù)弱上拉狀態(tài)，使系統(tǒng)復(fù)位?？撮T狗計數(shù)器同樣能產(chǎn)生一個有效復(fù)位信號，看門狗計數(shù)器是一個自由運行可編程計數(shù)器，通過一個5位非易失性寄存器，以100 ms步長編程為100 ms～3 s周期，它有兩個控制位：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數(shù)器超時后，復(fù)位信號才有效。
2．3 買時時鐘操作
    實時時鐘(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。實時時鐘包括一個晶振，時鐘分頻器和供用戶訪問的寄存器系統(tǒng)。它分割32．768 Hz的時基信號，以提供1 s的分辨率，靜態(tài)寄存器為用戶提供了對時間的讀寫訪問，寄存器包括秒、分鐘、小時、星期、月、年。時間寄存器通過位于00H中的R，W位與時間內(nèi)核同步，將R位從0改變?yōu)?時，時間信息從內(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時間內(nèi)核。W位用于設(shè)置新的時間值，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，時間值可以被連續(xù)更新。
2．4 時鐘校準(zhǔn)
    當(dāng)寄存器00H中的CAL位設(shè)置為1時，時鐘進入校準(zhǔn)模式。當(dāng)進入校準(zhǔn)模式后，CAL／PFO輸出管腳用于校準(zhǔn)功能，比較器輸出暫時無效。時鐘校準(zhǔn)操作是通過晶振偏移對計數(shù)器進行數(shù)據(jù)修正進行的。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)溫度下時鐘的最高精度可以達到±2．17PPM或者每月±0．09分鐘。校準(zhǔn)設(shè)置存儲在FRAM中，因此即使后備電源失效也不會丟失，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時才可以進行寫入，為了退出校準(zhǔn)模式，用戶必須將CAL位設(shè)置為0，此時CAL／PFO管腳恢復(fù)比較輸出功能。