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第7章單片機內(nèi)部比較器與DataFlash存儲器

1 比較器

7.1.1 比較器結(jié)構(gòu)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(nèi)部比較器的重要用途是對單片機供電電源進行監(jiān)測，當監(jiān)測到外部

斷電時立即產(chǎn)生中斷，通知CPU保存程序運行過程中的重要數(shù)據(jù)（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(xù)運行一個短暫時間），我們選擇數(shù)據(jù)保存位置為單片機內(nèi)部DataFlash存儲器，舉個例子：某產(chǎn)品需要進行壽命測試，產(chǎn)品運行一個循環(huán)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(xù)運行，并且要求實際運行次數(shù)準確，這就需要用到單片機內(nèi)部比較器與DataFlash存儲器斷電瞬間存儲數(shù)據(jù)的功能。

1 STC15W系列單片機內(nèi)部比較器

7 7.1.1 比較器結(jié)構(gòu)圖

STC15W系列的比較器結(jié)構(gòu)如圖7-1所示。

7.1.2 寄存器說明

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(guān)閉。

n CMPIF ：比較器中斷標志位。當比較器的比較結(jié)果由LOW變成HIGH時，若是PIE被設(shè)置成

1，那么內(nèi)部的一個叫做CMPIF_p的位會被設(shè)置成1，當比較器的比較結(jié)果由HIGH變成LOW 時，若是NIE被設(shè)置成1，那么內(nèi)部的一個叫做CMPIF_n的位會被設(shè)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(chǎn)生的條件是[(EA==1)&& (((PIE=l)&&(CMPIF_p==l)) || ((NIE==1)&&(CMPIF_n==l)))]，CPU進入中斷函數(shù)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(fā)CMPIF_p

= 1產(chǎn)生中斷，0：禁用比較器由LOW變HIGH的事件引發(fā)CMPIF_p = 1產(chǎn)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(fā)CMPIF_n

= 1產(chǎn)生中斷；0：禁用比較器由HIGH變LOW的事件引發(fā)CMPIF_n = 1產(chǎn)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(nèi)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(jié)果輸出控制位。1,使能比較器的比較結(jié)果輸出到P1.2， 0,禁止比較器的比較結(jié)果輸出。

n CMPRES：比較器比較結(jié)果標志位。1： CMP+的電平高于CMP-的電平(或內(nèi)部1.27V 的BandGap參考電壓)； 0： CMP+的電平低于CMP-的電平(或內(nèi)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(jié)果是“經(jīng)過延時控制后的結(jié)果”，而非模擬比較器的直接輸出結(jié) 果。

表7-2 比較控制寄存器2：CMPCR2（地址為E7H，復位值是：0000 1001B）

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(jīng)過延時控制后的結(jié)果，而非模擬比較器的直接輸出結(jié)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(shè)設(shè)置值為 bbbbbb，當比較器由LOW變HIGH后必須偵測到HIGH持續(xù)至少bbbbbb個時鐘，此芯片線路才認定比較器的輸出是由LOW轉(zhuǎn)成HIGH，如果在bbbbbb個時鐘內(nèi)，模擬比較器的輸出又回復到LOW，此線路認為甚么都沒發(fā)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(xù)至少bbbbbb個時鐘，此線路才認定比較器的輸出是由HIGH轉(zhuǎn)成LOW，如果在 bbbbbb個時鐘內(nèi)，比較器的輸出又回復到HIGH，此線路認為甚么都沒發(fā)生，視同比較器的輸出一直維持在HIGH. 若是設(shè)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(shè)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(shè)置為

1.27V基準電壓。

例7.1 利用IAP15W4K58S4的比較器實現(xiàn)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(diào)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。

#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(jié)果CMPRES輸出到測試口顯示

}

實驗結(jié)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(jié)果。

例7.2 利用IAP15W4K58S4的比較器實現(xiàn)掉電檢測功能(查詢方式)。

void main()

{

CMPCR1=0x80; // 10000000

// D5(PIE) =0; 關(guān)閉比較器輸出由LOW變HIGH的事件引發(fā)CMPIF_p = 1產(chǎn)生中斷

// D4(NIE) =0; 關(guān)閉比較器輸出由HIGH變LOW的事件引發(fā)CMPIF_n = 1產(chǎn)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(jié)果CMPRES輸出到測試口顯示

}

2 DataFlash存儲器與相關(guān)實驗

STC15F2K60S2單片機內(nèi)部集成了1K字節(jié)的數(shù)據(jù)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(jié)的數(shù)據(jù)Flash存儲器分為2個扇區(qū)，每個扇區(qū)包含512字節(jié)，對應(yīng)的地址范圍分別為：第一扇區(qū)：0000H～01FFH，第二扇區(qū)：

0200H～03FFH，數(shù)據(jù)Flash存儲器的擦除操作是按扇區(qū)進行的，數(shù)據(jù)Flash存儲器擦寫次數(shù)在10萬次以上，可用于保存一些需要在應(yīng)用過程中修改并且斷電不丟失的一些參數(shù)數(shù)據(jù)。STC15W4K32S系列單片機原理與STC15F2K60S2系列完全相同。

對于IAP15W4K58S4芯片，內(nèi)部沒有數(shù)據(jù)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(yīng)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(shù)據(jù)寫入到程序存儲器Flash中，使得數(shù)據(jù)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(jié)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(jié)是

11111111B，則可將其中的1編程為0，如果該字節(jié)中有的位為0，要將其改為1，則須先將整個扇區(qū)擦除，因為只有“扇區(qū)擦除”才可以將0變?yōu)?。

② 如果在一個扇區(qū)中存放了大量的數(shù)據(jù)，某次只需要修改其中的一個字節(jié)或一部分字節(jié)時，則另外的不需要修改的數(shù)據(jù)須先讀出放在單片機的RAM中，然后擦除整個扇區(qū)，再將需要保留的數(shù)據(jù)和需修改的數(shù)據(jù)一并寫回該扇區(qū)中，這時，每個扇區(qū)使用的字節(jié)數(shù)越少越方便（不需讀出一大堆需保留數(shù) 據(jù)）。

③ 同一次修改的數(shù)據(jù)放在同一扇區(qū)中，不是同一次修改的數(shù)據(jù)放在另外的扇區(qū)，扇區(qū)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(shù)據(jù)) 例7.3 STC15F2K60S2單片機內(nèi)部DataFlash讀寫測試

本程序上電時先擦除DataFlash的第1個扇區(qū)，然后將第1個扇區(qū)的前半扇區(qū)與后半扇區(qū)分別寫入數(shù) 據(jù)0～255，然后讀出數(shù)據(jù)并判斷與寫入的數(shù)據(jù)是否一致，并通過串口助手顯示程序運行過程中的數(shù) 據(jù)與最終結(jié)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，F(xiàn)LASH.H里需要定義R/C時鐘頻率和FLASH存儲單元地址，F(xiàn)LASH.C無需作任何更改。

#define SYSclk 22118400L // 定義CPU實際運行的系統(tǒng)時鐘

#define EEP_address 0x0000 // 主程序從0000地址開始讀寫數(shù)據(jù)

/////////////////////////// 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(qū)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(shù)據(jù)、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(jié)

{

a=i;

EEPROM_write_n(EEP_address+i,&a,1);

地址、數(shù)據(jù)、長度

}

UART_Send_Str("寫入完畢\n");

for (i=0; i<512; i++)

校驗512字節(jié)

{

EEPROM_read_n(EEP_address+i,&a,1);

地址、數(shù)據(jù)、長度

UART_Send_StrNum("數(shù)據(jù)：",a);

if (a!=i%256) goto Error;

如果校驗錯誤,則退出

}

UART_Send_Str("讀出結(jié)束，測試正常");

while (1); Error:

UART_Send_Str("數(shù)據(jù)錯誤"); // IAP操作失敗

while (1);

}

本程序使用“串口調(diào)試助手sscom33”在電腦上顯示接收到的數(shù)據(jù)，文本模式，9600波特率，測

試結(jié)果正常，由于接收的數(shù)據(jù)量較大，其它串口助手可能會出現(xiàn)亂碼或開始接收到的數(shù)據(jù)被后來的

數(shù)據(jù)覆蓋掉而不能完整顯示的問題。

例7.5 使用IAP15W4K58S4單片機內(nèi)部比較器與DataFlash實現(xiàn)斷電瞬間存儲數(shù)據(jù)。

說明：IAP15W4K58S4與STC15F2K60S2內(nèi)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(qū)，程序編譯完成后進入軟件調(diào)試環(huán)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(qū) 域都可以當做EEPROM使用，對于IAP15W4K58S4芯片，具有58K字節(jié)的FLASH存儲空間，由于

1K=1024字節(jié)，58×1024=59392字節(jié)，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(qū)包含512個字節(jié)，59392/512=116個扇區(qū)，最后3個扇區(qū)地址范圍如表7-6所示,一般我們使用最后3個扇區(qū)地址已經(jīng)夠用了，比如本例，我們使用最后一個扇區(qū)，程序中使用代碼：

#define EEP_address 0xE600 即可。

表7-6 IAP15W4K58S4單片機內(nèi)部DataFlash地址末尾3個扇區(qū)地址

第114扇區(qū)		第115扇區(qū)		第116扇區(qū)
起始地址	結(jié)束地址	起始地址	結(jié)束地址	起始地址	結(jié)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(shù)
{
CMPCR1 &=0xBF;	//	清除中斷標志， 1011 1111
LED0 = CMPCR1&0x01;	//	將比較器結(jié)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(huán)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(huán)繼續(xù)按原程序運行

{

CMPCR1 &=0xBF;

// 清除中斷標志， 1011 1111，清除可能多次產(chǎn)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(chǎn)生斷電存儲操作,可能造成函數(shù)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?shù)綦姾箅妷航德浔容^快時,在這里先擦除 UART_Send_StrNum("計數(shù)值：",Power_up.times);

// 串口輸出計數(shù)值，波特率：9600 /22.1184MHZ

for(;;)

{

LED0=1; LED1=1; // 熄滅調(diào)試指示燈

delay1S();

Power_up.times++; // 秒計時器加1

UART_Send_StrNum("計數(shù)值：",Power_up.times);

}