鐵電存儲器在智能電表中的應用

摘 要：在智能電表中，數據擦寫次數比較頻繁，而且在掉電時存取數據量大、時間短，因此提高可靠快速的保存數據是一個關鍵的技術，鐵電存儲器可以有效的解決此問題，文中以FM25C160為例介紹了鐵電存儲器在智能電表中的應用。

關鍵詞：鐵電存儲器；智能電表；SPI總線

1 引言

智能電表是智能電網的智能終端，除了具備傳統電能表基本用電量的計量功能以外，它還具有用電信息存儲、雙向多種費率計量功能、用戶端控制功能等智能化的功能，對于智能電表要不斷的采集數據，其電表的精度不僅與檢測芯片的精度有關，更重要的是與其存儲方式有很大的關系。通常的作法是將平時數據記錄在SRAM，當出現掉電故障時將數據寫入到EEPROM，如果檢測到的數據不能寫入存儲器或者寫入存儲器過程出錯都會大大降低電表的精度，影響其自身的質量，而且存器是存儲系統數據及用戶數據的關鍵部件，所以數據的安全保存是最重要的。

近幾年，隨著鐵電存儲器技術的成熟，利用鐵存儲器可以有效的解決此問題。鐵電儲存器FRAM，它的核心技術是鐵電晶體材料，兼具了ROM和RAM的特性，并具有高開關速度、耐輻射、低功耗等優點。FM25C160是由RAMTRON公司生產的一種鐵電存儲器，因此在自動抄表系統的應用可以提高系統安全存取數據的特性。

2 主要特點及引腳

FM25C160是一個16Kbit的FRAM，總線速度可高達5MHZ，掉電數據可保持10年，低功耗，100億次的讀寫壽命，在智能電表中可以來一個脈沖寫入FRAM一次，以3200個脈沖為1度電計算，FRAM可以存3百萬度電，由于數據是實時寫入，就不用擔心掉電后數據會丟的問題。而同類EEPROM的擦寫次數為10萬次，所以不能來一個脈沖就寫入EPROM，只能將脈沖暫存SRAM中，另外EEPROM寫入數據時有10MS寫的周期，這在停電后必須有足夠長的時間維持EEPROM的寫入，而且還容易受到干擾，導致寫入數據出錯。從比較來看，FM25C160有其它產品不可替代的優勢。

FM25C160采用8引腳SOP封裝，兩根電源線，一根片選信號，兩個控制信號，兩根數據線，其中一根數據為輸入，另一根數據為輸出，還有一根同步時鐘，引腳功能如表1所示：

3 FM25C160的應用

FM25C160使用串行外圍接口SPI總線，速度高達5MHZ，這種高速串行總線能夠為主機微控制器提供高性能的串行通訊功能。

3.1 SPI總線

SPI協議是使用時鐘和數據線的同步串行協議，由操作碼控制，這些操作碼指定操作期間的命令，在/CS有效時，從總機發送出的第一個字節就是操作碼，緊跟操作碼后的是任意地址和數據，一個操作完成后，在一個新的操作碼發送之前，/CS信號必須為無效狀態。數據傳輸都是以8位為一組，它們與時鐘信號（SCK）同步，并且它們優先傳送最高有效位（MSB）。串行輸入信號在時鐘上升沿移入，而輸出信號在時鐘下降沿移出。

3.2 寫操作

首先寫入WREN操作碼，再寫入操作碼WRITE，隨后寫入一個兩字節地址，給出起始地址，可以連續寫入數據，只要主機連續發出時鐘，FRAM地址就會內部遞增，如果達到最后一個地址7FFH，地址計數器就會翻轉到0000H。

3.3 讀操作

首先使/CS有效，主機先發送讀操作碼，再發送一個兩字節地址，主機發送8個時鐘，每一時鐘通過SO讀取一個數據位，只要主機連續發送時鐘，地址的變化如同寫操作。

3.4 與不帶SPI口的單片機的連接

如處理器具有硬件SPI接口，可以直接連接，若自動抄表系統采用87C51單片機，其內部不帶SPI，可以通過普通I/O口來連接，如圖1所示。

利用軟件模擬來實現SPI接口的數據傳送，下面給出發送一個字節的程序清單。

SI EQU P1.6

SCK EQU P1.4

MOV R7， #8

MOV DPTR，#ADRR16

MOV A，@DPTR

LPP： RLC A

MOV SI，C ；數據傳送SDI

CLR SCK

SETB SCK ；SCLK時鐘

DJNZ R7，LPP

RET

FM25C160是一種高性能的存儲器，性能指標遠遠大于EEPROM。它的近似無限次快速擦寫和非易失性的特點，將分離的SRAM和EPROM器件整合到一個鐵電存儲器，為整個系統節省功耗，成本，空間，同時增加了整個系統的可靠性。隨著鐵電技術的日趨成熟，在智能電表中，存儲器采用FRAM是一種極具優化的方案。

[參考文獻]

[1]葉啟明.新穎、性能優良的鐵電存儲器FRAM.家電檢修技術.2006.6.

[2]付承菊，郭冬云.鐵電存儲器的研究進展[M].微納電子技術.2006.9.

[3]孟臣，李敏.高性能鐵電存儲器FM24C256及其在單片機中的應用.電子技術.2003.1.