第7章 單片機內部比較器與DataFlash存儲器
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2016-3-28 03:03 上傳
1 比較器
7.1.1 比較器結構圖
7.1.2 寄存器說明
7.1.3 比較器測試實驗
2 DataFlash存儲器
單片機內部比較器的重要用途是對單片機供電電源進行監測，當監測到外部
斷電時立即產生中斷，通知CPU保存程序運行過程中的重要數據（由于電路板 上有電容存儲能量，外部斷電時單片機還可繼續運行一個短暫時間），我們選擇 數據保存位置為單片機內部DataFlash存儲器，舉個例子：某產品需要進行壽命 測試，產品運行一個循環單片機記錄一次，但運行過程中可能會突然斷電，要求 重新上電后壽命測試繼續運行，并且要求實際運行次數準確，這就需要用到單片 機內部比較器與DataFlash存儲器斷電瞬間存儲數據的功能。
1 STC15W系列單片機內部比較器
7 7.1.1 比較器結構圖
STC15W系列的比較器結構如圖7-1所示。
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表7-1 比較控制寄存器1：CMPCR1 （復位值是：0000 0000B）
位 | D7 | D6 | D5 | D4 | D3 | D2 | D1 | D0 |
位名稱 | CMPEN | CMPIF | PIE | NIE | PIS | NIS | CMPOE | CMPRES |
n CMPEN：比較器模塊使能位。1：使能比較器模塊；0：禁用比較器模塊，比較器的電源
關閉。
n CMPIF ：比較器中斷標志位。當比較器的比較結果由LOW變成HIGH時，若是PIE被設置成
1，那么內部的一個 叫做CMPIF_p的位會被設置成1，當比較器的比較結果由HIGH變成LOW 時，若是NIE被設置成1，那么內部的一個 叫做CMPIF_n的位會被設置成1，當CPU去讀此中斷 標志位CMPIF時，會讀到(CMPIF_p || CMPIF n)，當CPU對此中斷標志位CMPIF寫0后， CMPIF_p以及CMPIF_n都會被清除為O，而中斷產生的條件是[(EA==1)&& (((PIE=l)&&(CMPIF_p==l)) || ((NIE==1)&&(CMPIF_n==l)))]，CPU進入中斷函數后，并不 會自動清除此CMPIF標志，用戶必須用軟件寫”0”去清除它。
n PIE：比較器上升沿中斷使能位。1：使能比較器由LOW變HIGH的事件引發CMPIF_p
= 1產生中斷，0：禁用比較器由LOW變HIGH的事件引發CMPIF_p = 1產生中斷。
n NIE：比較器下降沿中斷使能位。1,使能比較器由HIGH變LOW的事件引發CMPIF_n
= 1產生中斷；0：禁用比較器由HIGH變LOW的事件引發CMPIF_n = 1產生中斷。
n PIS: 比較器正極選擇位。1：選擇ADC_CONTR[2:0]所選擇到的ADC輸入引腳作為比 較器的正極輸入源; 0：選擇外部P5.5為比較器的正極輸入源。
n NIS: 比較器負極選擇位。1：選擇外部管腳P5.4為比較器的負極輸入源，0：選擇 內部約1.27V的BandGap參考電壓為比較器的負極輸入源。
n CMPOE：比較結果輸出控制位。1,使能比較器的比較結果輸出到P1.2， 0,禁止比 較器的比較結果輸出。
n CMPRES：比較器比較結果標志位。1： CMP+的電平高于CMP-的電平(或內部1.27V 的BandGap參考電壓)； 0： CMP+的電平低于CMP-的電平(或內部1.27V的BandGap 參考電壓)。此bit是一個“只讀”的bit;軟件對它做寫入的動作沒有任何意義， 軟件所讀到的結果是“經過延時控制后的結果”，而非模擬比較器的直接輸出結 果。
表7-2 比較控制寄存器2：CMPCR2（地址為E7H，復位值是：0000 1001B）
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2016-3-28 02:43 上傳
nINVCMPO：比較器輸出取反控制位。l：比較器取反后再輸出到P1.2，0：比較器正常輸
出，比較器的輸出是經過延時控制后的結果，而非模擬比較器的直接輸出結果。
n DISFLT：去除比較器輸出的0.luS 延時控制。1：去除比較器輸出的O.luS延時控制(可以 讓比較器速度有少許提升)；0：比較器的輸出有O.luS延時控制。
n LCDTY[5:0]：比較器輸出端 Level-Change control的延時時鐘選擇，假設設置值為 bbbbbb，當比較器由LOW變HIGH后必須偵測到HIGH持續至少bbbbbb個時鐘，此芯片線路才認定 比較器的輸出是由LOW轉成HIGH，如果在bbbbbb個時鐘內，模擬比較器的輸出又回復到LOW， 此線路認為甚么都沒發生，視同比較器的輸出一直維持在LOW，當比較器由HIGH變LOW，必須 偵測到LOW持續至少bbbbbb個時鐘，此線路才認定比較器的輸出是由HIGH轉成LOW，如果在 bbbbbb個時鐘內，比較器的輸出又回復到HIGH，此線路認為甚么都沒發生，視同比較器的輸 出一直維持在HIGH. 若是設定成000000,代表沒有Level-Change Control。
7.1.3 比較器測試實驗
下圖是STC15W系列典型掉電檢測電路，正常供電使用5V電壓，我們假設VCC從5V下跌到4.3V時 進入掉電保存處理程序，P5.5作比較器的信號輸入正端，比較器的信號輸入負端在程序中設置為
1.27V基準電壓。
例7.1 利用IAP15W4K58S4的比較器實現掉電檢測功能 (中斷方式)，要求當VCC低于大約4.3V時點亮一個LED，
高于大約4.3V時LED熄滅，本實驗要求VCC使用0—5V直流 可調電源（最大不要超過5.5V），也可使用第14章的精
密電壓表模塊直接下載這里的代碼測試。
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2016-3-28 02:44 上傳
#include "STC15W4K.H" // 注意宏定義后面沒分號
sbit LED=P4^1;
void main()
{
CMPCR1=0xB0; // 10110000，開比較器中斷
CMPCR2=0x00; // 0000 0000，比較器只延時0.1uS
EA=1;
while(1);
}
void cmp()interrupt 21
{
CMPCR1 &=0xBF; // 清除中斷標志， 1011 1111
LED = CMPCR1&0x01; // 將比較器結果CMPRES輸出到測試口顯示
}
實驗結果：當VCC < 4.20V時LED點亮，當VCC > 4.20V時LED熄滅。對程序稍作修改，不使用中 斷也能達到相同的實驗結果。
例7.2 利用IAP15W4K58S4的比較器實現掉電檢測功能(查詢方式)。
void main()
{
CMPCR1=0x80; // 10000000
// D5(PIE) =0; 關閉比較器輸出由LOW變HIGH的事件引發CMPIF_p = 1產生中斷
// D4(NIE) =0; 關閉比較器輸出由HIGH變LOW的事件引發CMPIF_n = 1產生中斷
CMPCR2=0x00; // 0000 0000,比較器只延時0.1uS
while(1)
{
LED = CMPCR1&0x01; // 將比較器結果CMPRES輸出到測試口顯示
}
}
2 DataFlash存儲器與相關實驗
STC15F2K60S2單片機內部集成了1K字節的數據Flash存儲器（也稱作DataFlash）可當作EEPROM使 用，地址范圍是0000H～03FFH，與程序Flash存儲器空間是分開的，這1K字節的數據Flash存儲器分 為2個扇區，每個扇區包含512字節，對應的地址范圍分別為：第一扇區：0000H～01FFH，第二扇區：
0200H～03FFH，數據Flash存儲器的擦除操作是按扇區進行的，數據Flash存儲器擦寫次數在10萬次 以上，可用于保存一些需要在應用過程中修改并且斷電不丟失的一些參數數據。STC15W4K32S系列單 片機原理與STC15F2K60S2系列完全相同。
對于IAP15W4K58S4芯片，內部沒有數據Flash，是將程序存儲器Flash的剩余空間當作EEPROM使 用，IAP的意思是“在應用編程”， 即在程序運行時“程序存儲器Flash”可由程序自身進行擦寫， 正是因為有了IAP，從而可以將數據寫入到程序存儲器Flash中，使得數據如同燒入的程序一樣，掉 電不丟失，IAP可將所有程序存儲器Flash空間當作EEPROM修改，因此要注意不要把自己的有效程序 擦除掉了，型號不是IAP開頭的芯片無法對“程序存儲器Flash”進行任何操作。
Flash存儲器的操作提示：
① 對Flash存儲器進行字節編程時，只能將1改為0，或1保持為1、0保持為0。如果該字節是
11111111B，則可將其中的1編程為0，如果該字節中有的位為0，要將其改為1，則須先將整個扇區擦 除，因為只有“扇區擦除”才可以將0變為1。
② 如果在一個扇區中存放了大量的數據，某次只需要修改其中的一個字節或一部分字節時，則另外 的不需要修改的數據須先讀出放在單片機的RAM中，然后擦除整個扇區，再將需要保留的數據和需修 改的數據一并寫回該扇區中，這時，每個扇區使用的字節數越少越方便（不需讀出一大堆需保留數 據）。
③ 同一次修改的數據放在同一扇區中，不是同一次修改的數據放在另外的扇區，扇區不一定用滿， 這樣，可不需讀出保護。
7.2.2 DataFlash操作實驗（斷電瞬間存儲數據) 例7.3 STC15F2K60S2單片機內部DataFlash讀寫測試
本程序上電時先擦除DataFlash的第1個扇區，然后將第1個扇區的前半扇區與后半扇區分別寫入數 據0～255，然后讀出數據并判斷與寫入的數據是否一致，并通過串口助手顯示程序運行過程中的數 據與最終結果是否正常，R/C時鐘頻率22.1184MHz，串口通信波特率9600。
程序主要使用到2個模塊文件FLASH.H與FLASH.C，在程序移植過程中，FLASH.H里需要定義R/C時鐘 頻率和FLASH存儲單元地址，FLASH.C無需作任何更改。
#define SYSclk 22118400L // 定義CPU實際運行的系統時鐘
#define EEP_address 0x0000 // 主程序從0000地址開始讀寫數據
/////////////////////////// 主程序：Flash_Test.C ///////////////////////////////
#include "FLASH.H"
#include "uart_debug.h" void main()
{
unsigned char a;
unsigned int i;
UART_init(); // 波特率：9600 /22.1184MHZ（占用定時器1） UART_Send_Str("開始擦除\n");
EEPROM_SectorErase(EEP_address); // 扇區擦除 UART_Send_Str("擦除完畢\n");
for (i=0; i<512; i++) // 檢測是否擦除成功(全FF檢測)
{
EEPROM_read_n(EEP_address+i,&a,1); // 地址、數據、長度 UART_Send_StrNum("擦除值：",a) ;
if (a!=0xff) goto Error; // 如果校驗錯誤,則退出
}
UART_Send_Str("開始寫入\n");
for (i=0; i<512; i++) // 編程512字節
{
a=i;
EEPROM_write_n(EEP_address+i,&a,1);
//
地址、數據、長度
}
UART_Send_Str("寫入完畢\n");
for (i=0; i<512; i++)
//
校驗512字節
{
EEPROM_read_n(EEP_address+i,&a,1);
//
地址、數據、長度
UART_Send_StrNum("數據：",a);
if (a!=i%256) goto Error;
//
如果校驗錯誤,則退出
}
UART_Send_Str("讀出結束，測試正常");
while (1); Error:
UART_Send_Str("數據錯誤"); // IAP操作失敗
while (1);
}
本程序使用“串口調試助手sscom33”在電腦上顯示接收到的數據，文本模式，9600波特率，測
試結果正常，由于接收的數據量較大，其它串口助手可能會出現亂碼或開始接收到的數據被后來的
數據覆蓋掉而不能完整顯示的問題。
例7.5 使用IAP15W4K58S4單片機內部比較器與DataFlash實現斷電瞬間存儲數據。
說明：IAP15W4K58S4與STC15F2K60S2內部DataFlash唯一不同的只有地址值不一樣，為了防 止誤寫有效程序區，程序編譯完成后進入軟件調試環境，打開存儲器窗口，我們會看到有 效的程序代碼都存放在存儲單元地址的低端，從原則上來說，凡是地址高端的FLASH空白區 域都可以當做EEPROM使用，對于IAP15W4K58S4芯片，具有58K字節的FLASH存儲空間，由于
1K=1024字節，58×1024=59392字節，存儲單元地址從0開始算起，地址范圍是0～59391， 用16進制表示為0000H～E7FFH，因為每個扇區包含512個字節，59392/512=116個扇區，最 后3個扇區地址范圍如表7-6所示,一般我們使用最后3個扇區地址已經夠用了，比如本例， 我們使用最后一個扇區，程序中使用代碼：
#define EEP_address 0xE600 即可。
表7-6 IAP15W4K58S4單片機內部DataFlash地址末尾3個扇區地址
|
| |
| |
|
起始地址 | 結束地址 | 起始地址 | 結束地址 | 起始地址 | 結束地址 |
E200H | E3FFH | E400H | E5FFH | E600H | E7FFH |
主要程序代碼如下：
#include "PowerDown_save.H"
#include "FLASH.H"
#include "myfun.h"
struct POWER_UP Power_up;
void cmp_init() // 掉電檢測比較器初始化
{
CMPCR1=0xB0; // 10110000 ，開比較器中斷 CMPCR2=0x00; // 0000 0000，比較器只延時0.1uS EA=1;
}
void cmp()interrupt 21 | // | 較器中斷函數 |
{ |
|
|
CMPCR1 &=0xBF; | // | 清除中斷標志， 1011 1111 |
LED0 = CMPCR1&0x01; | // | 將比較器結果CMPRES輸出到測試口顯示 |
if (LED0==0) |
| // 掉電 |
{ |
|
|
EA=0; | // | 防止更高級的中斷打斷 |
EEPROM_write_n(EEP_address,(u8 *)&Power_up,sizeof(struct
POWER_UP));
// 掉電保存值
delay1S(); // 延時1秒后確認真的斷電還是瞬間電源干擾
while(1)
{
if (CMPCR1&0x01==1)
// ==0，真正掉電，死循環等待程序停止運行
// ==1，供電正常,單片機程序沒任何問題，退出循環繼續按原程序運行
{
CMPCR1 &=0xBF;
// 清除中斷標志， 1011 1111，清除可能多次產生的中斷標志，防止中斷死機 EA=1;
break;
}
}
}
}
void main()
{
UART_init();//波特率：9600 /22.1184MHZ（占用定時器1）
cmp_init();//掉電檢測比較器初始化
EA=0;//防止剛上電讀ROM時就產生斷電存儲操作,可能造成函數重入問題。
EEPROM_read_n(EEP_address,(u8 *)&Power_up,sizeof(struct POWER_UP)); // 讀出保存值
EA=1; // 進入正常工作時打開總中斷 EEPROM_SectorErase(EEP_address); // 當掉電后電壓降落比較快時,在這里先擦除 UART_Send_StrNum("計數值：",Power_up.times);
// 串口輸出計數值，波特率：9600 /22.1184MHZ
for(;;)
{
LED0=1; LED1=1; // 熄滅調試指示燈
delay1S();
Power_up.times++; // 秒計時器加1
UART_Send_StrNum("計數值：",Power_up.times);
}
}
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