基于法拉电容的单片机掉电数据保存方案

基于法拉电容的单片机掉电数据保存方案

随着MCU内部集成FLASH ROM以及法拉级电容的出现，传统的掉电电池或达拉斯DS存储器实现掉电数据保存的方式已经过时。本文将详细介绍一种基于法拉电容的单片机掉电数据保存方案，包括硬件电路设计和软件实现细节。

硬件电路设计

电源电路

电路采用6V供电（如7806），使用二极管实现单向充电并钳位至0.6V，确保单片机在4.5V-5.5V之间正常工作。47欧姆电阻用于电源滤波和限流，防止异常时烧毁单片机。

储能电容

选用0.47F/5.5V储能电容，通过47欧姆电阻限制上电浪涌电流。计算表明，即使使用5.5A恒流充电也需要0.47秒才能充满，因此需要上电加速电路。使用肖特基二极管（1N5819）从法拉电容向单片机VCC放电，同时阻断法拉电容对上电加速电路的旁路作用。

掉电检测电路

使用9014三极管和分压电阻构成基极上发射极双端输入比较器，实现掉电检测和发出最高优先级的掉电中断。电路相当于半只比较器LM393，但更简单且功耗更低（掉电时耗电小于0.15mA）。

其他硬件要点

• 驱动单片机外部口线的高电平驱动电路应直接接在电源前方，避免与单片机VCC争抢电源。
• 使用二极管串联上拉电阻，防止掉电后单片机通过口线向电源和外部设备反供电。

软件实现

• INX0在硬件上处于最高优先级，软件中也需要保证其最高优先级。
• 在INX0中断程序入口，需要将所有端口置为低电平，以阻断法拉电容的电荷通过单片机口线外泄。

掉电维持时间计算

假设单片机工作电流为20mA（外设驱动电流已被屏蔽），可以计算出0.47F电容从5.5V跌落到4.5V所能维持的掉电工作时间为：

T = 1V * 0.47F * 1000 / 20mA = 23.5秒

这足以完成多次掉电数据保存操作。

图1：单片机掉电数据保存电路图