铁电存储器在智能电表中的应用

　　摘 要：在智能电表中，数据擦写次数比较频繁，而且在掉电时存取数据量大、时间短，因此提高可靠快速的保存数据是一个关键的技术，铁电存储器可以有效的解决此问题，文中以FM25C160为例介绍了铁电存储器在智能电表中的应用。 　　关键词：铁电存储器；智能电表；SPI总线 　　1 引言 　　智能电表是智能电网的智能终端，除了具备传统电能表基本用电量的计量功能以外，它还具有用电信息存储、双向多种费率计量功能、用户端控制功能等智能化的功能，对于智能电表要不断的采集数据，其电表的精度不仅与检测芯片的精度有关，更重要的是与其存储方式有很大的关系。通常的作法是将平时数据记录在SRAM，当出现掉电故障时将数据写入到EEPROM，如果检测到的数据不能写入存储器或者写入存储器过程出错都会大大降低电表的精度，影响其自身的质量，而且存器是存储系统数据及用户数据的关键部件，所以数据的安全保存是最重要的。 　　近几年，随着铁电存储器技术的成熟，利用铁存储器可以有效的解决此问题。铁电储存器FRAM，它的核心技术是铁电晶体材料，兼具了ROM和RAM的特性，并具有高开关速度、耐辐射、低功耗等优点。FM25C160是由RAMTRON公司生产的一种铁电存储器，因此在自动抄表系统的应用可以提高系统安全存取数据的特性。 　　2 主要特点及引脚 　　FM25C160是一个16Kbit的FRAM，总线速度可高达5MHZ，掉电数据可保持10年，低功耗，100亿次的读写寿命，在智能电表中可以来一个脉冲写入FRAM一次，以3200个脉冲为1度电计算，FRAM可以存3百万度电，由于数据是实时写入，就不用担心掉电后数据会丢的问题。而同类EEPROM的擦写次数为10万次，所以不能来一个脉冲就写入EPROM，只能将脉冲暂存SRAM中，另外EEPROM写入数据时有10MS写的周期，这在停电后必须有足够长的时间维持EEPROM的写入，而且还容易受到干扰，导致写入数据出错。从比较来看，FM25C160有其它产品不可替代的优势。 　　FM25C160采用8引脚SOP封装，两根电源线，一根片选信号，两个控制信号，两根数据线，其中一根数据为输入，另一根数据为输出，还有一根同步时钟，引脚功能如表1所示： 　　3 FM25C160的应用 　　FM25C160使用串行外围接口SPI总线，速度高达5MHZ，这种高速串行总线能够为主机微控制器提供高性能的串行通讯功能。 　　3.1 SPI总线 　　SPI协议是使用时钟和数据线的同步串行协议，由操作码控制，这些操作码指定操作期间的命令，在/CS有效时，从总机发送出的第一个字节就是操作码，紧跟操作码后的是任意地址和数据，一个操作完成后，在一个新的操作码发送之前，/CS信号必须为无效状态。数据传输都是以8位为一组，它们与时钟信号（SCK）同步，并且它们优先传送最高有效位（MSB）。串行输入信号在时钟上升沿移入，而输出信号在时钟下降沿移出。 　　3.2 写操作 　　首先写入WREN操作码，再写入操作码WRITE，随后写入一个两字节地址，给出起始地址，可以连续写入数据，只要主机连续发出时钟，FRAM地址就会内部递增，如果达到最后一个地址7FFH，地址计数器就会翻转到0000H。 　　3.3 读操作 　　首先使/CS有效，主机先发送读操作码，再发送一个两字节地址，主机发送8个时钟，每一时钟通过SO读取一个数据位，只要主机连续发送时钟，地址的变化如同写操作。 　　3.4 与不带SPI口的单片机的连接 　　如处理器具有硬件SPI接口，可以直接连接，若自动抄表系统采用87C51单片机，其内部不带SPI，可以通过普通I/O口来连接，如图1所示。 　　利用软件模拟来实现SPI接口的数据传送，下面给出发送一个字节的程序清单。 　　SI EQU P1.6 　　SCK EQU P1.4 　　MOV R7， #8 　　MOV DPTR，#ADRR16 　　MOV A，@DPTR 　　LPP： RLC A 　　MOV SI，C ；数据传送SDI 　　CLR SCK 　　SETB SCK ；SCLK时钟 　　DJNZ R7，LPP 　　RET 　　FM25C160是一种高性能的存储器，性能指标远远大于EEPROM。它的近似无限次快速擦写和非易失性的特点，将分离的SRAM和EPROM器件整合到一个铁电存储器，为整个系统节省功耗，成本，空间，同时增加了整个系统的可靠性。随着铁电技术的日趋成熟，在智能电表中，存储器采用FRAM是一种极具优化的方案。 　　[参考文献] 　　[1]叶启明.新颖、性能优良的铁电存储器FRAM.家电检修技术.2006.6. 　　[2]付承菊，郭冬云.铁电存储器的研究进展[M].微纳电子技术.2006.9. 　　[3]孟臣，李敏.高性能铁电存储器FM24C256及其在单片机中的应用.电子技术.2003.1.