我們設計的簡易PLC所提供的變量，有一類是斷電記憶的。

所謂斷電記憶也就是數據在斷電重啟之後保持斷電前的數值。

MCU的存儲器分為兩類：RAM和ROM。

兩者的最大區别是RAM在斷電以後保存在上面的數據會自動消失，而ROM不會自動消失，可以長時間斷電保存。

為了實現斷電記憶，需要把數據寫入到ROM，即FLASH中。

不幸的是，FLASH有兩個緻命的缺點：

1)擦寫次數有限，一般僅有10萬次的擦寫次數，超過擦寫次數，FLASH将被損壞。

2) FLASH的存儲位隻能由1改為0，如果需要将0改為1，則需要将數據擦除，最小擦除的單位為1個page。對于STM32F103為2KB，對于STM32F051為1KB。

Cortex系列的處理器還有一種backup寄存器供斷電記憶數據使用，比如給RTC時鐘使用。

該寄存器的數據可以由VBAT的電壓來維持，而一般VBAT電壓由紐扣電池供電。

比如，我們選擇CR1220的電池，其容量為40mAh, VBAT的工作電流低到2uA。

CR1220的電池可以保證backup寄存器的數據在斷電之後一年内不丢失。

美中不足的是，STM32F103僅有84個字節的backup寄存器。

當需要斷電記憶的數據比較多時，還是需要将其存入到FLASH中。

可以分為兩種數據：

1）不會經常改變的數據，比如用戶設置的運行參數（比如密碼、溫控器的溫度阈值等）。

對于這種數據，隻需要做幾分鐘的緩存，在數據改變過後幾分鐘再寫入FLASH即可。

即使數據未存入FLASH，用戶重新設置即可。由于發生概率低，也不會有什麼問題。

2）改變頻率非常高的數據，比如計數器，有一個客戶将我們的控制器用于流水線上的計件。

基本上1s數據加一次，而且要求絕對準确。

保證任何不能錯計任何數據。

對于這種應用，如果還是采用1分鐘緩存的方法，10萬次的擦寫次數大概可以使用66天，不能滿足要求。

而且如果在這1分鐘内發生了斷電，數據沒能寫入FLASH，将會導緻這段時間的數據丢失。

當時，由于backup 寄存器數據有限，不得以需要采用FLASH來存儲。

斷電延時電路

如上的電路圖所示，二極管D1用于電源反接的保護，V 經過R1、R2的分壓以及C5的濾波之後送入MCU的A/D口，用于檢測電源電壓。

補充：有網友留言，把檢測電壓的電路接到反向保護二極管的負極沒有辦法檢測到掉電，放在正極是否更好？

我們的考慮是，放在D1的正極，當有負電壓輸入時（比如脈沖群），負電壓經過R1，R2會直接到IO口，會形成所謂的潛通路。瞬間幾千V的高壓，是否會造成R1、R2以及IO口損壞，值得研究。

為了保證可靠，就放在了負極，避免了形成潛通路，同時對高頻正脈沖可以通過E1，C1的可靠過濾。

當掉電時，E1開始放電，此時并不能立即檢測到掉電，當放電至22V時，MCU認為掉電了，開始執行相應動作。

浪費了從23.2V到22V左右的能量，由于負載電流小，浪費這點能量并不導至C1無法取值。所以還是值得的。

小小的細節，卻能體現我們設計電路時的深思熟慮，這得益于我們的團隊之前從事汽車電子所形成的可靠性設計的思維。

E1用于儲能，用于當電源斷電時，給MCU供電，保證存儲在RAM中的數據可靠存入FLASH。

采用大電容給控制器供電，MCU實時檢測輸入電壓。

做了幾下的設計改進：

1)MCU的供電和其它負載(比如繼電器、WiFI模塊等）的供電分開，MCU專門由一路電源供電。

2)讓用戶采用控制器所支持的最高工作電壓為24V的電源供電。

3)在100us的定時中斷時，啟動A/D轉換并讀上次轉換數據，如果讀到的轉換數據所對應的電壓低于22V，則說明發生電源斷電，立即切斷所有輸出，以及一些内設模塊。從而在100us内就将功耗降到最低。

4) 在主程序中，判斷由定時中斷置位的斷電标志，如果判斷有檢測到斷電，降低主頻，

立即将需要斷電存儲卻暫存在RAM保存的數據寫入FLASH。

DC-DC最低輸入電壓為5.0V左右。

STM32F103在禁用外設時，其工作電流大概為8mA@16MHz。

算上DC-DC的效率80%，以及DC-DC和LM1117的工作電流，以8/80% 2mA=12mA計算。

FLASH擦除時間為40ms/page, 寫入速度為70us/1bit。

假設需要存入的數據總量為1024Byte即512Word。

由擦寫 寫入需要花費的時間為80ms，實際可以在運行過程中先擦寫一個page備用，從而可以省去擦寫的時間，在這裡，仍以80ms來考慮。

要求斷電之後，電容E1上的電壓以12mA 的電流放電，從22V放電至 5V的時間需要大于80ms。

根據電容流過電容的電流I=C*du/dt，将電流、電壓降、時間等代入，得到：

C=12mA * 80ms /(22-5)=56uF，可選擇100uF的電容。

另一種計算方法可以從能量的角度考慮，計算更準确：

電容從22V放電至5V，所釋放的能量為1/2*C*(22*22-5*5)，考慮到DC-DC的效率0.8，到5V的能量為:

1/2*C*459*0.8=5V*12mA*t=60mW*80ms。

解得C=26uF。

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