FM3164在火灾自动报警系统中的应用

    FM3164是RAMTRON公司推出的新一代非易失性铁电存储器，采用I2C总线，是集串行存储器、实时时钟、看门狗、复位电路、低电压检测等多种功能于一体的强大芯片。如果将FM3164应用于火灾自动报警系统的报警主机中，则可以解决实现报警信息的快速存储功能和准确的系统时间，同时也解决了失效和处理器因干扰而死机问题。

1 FM3164的基本结构及内部原理
    FM3164采用铁电晶体材料，这一特殊材料使铁电存储器同时拥有随机存取存储器(RAM)和非易失性存储的特性。FM3164将非易失FRAM与实时时钟(RTC)、处理器监控器、非易失性事件计数器、可编程可锁定的64位ID号和通用比较器相结合。采用先进的0．35μm制造工艺，这些功能通过一个通用I2C接口嵌入到14个引脚的SOIC封装中，从而取代系统板上的多个元件。存储器的读／写以及其他控制功能都通过工业标准的I2C总线来实现。其内部原理如图1所示。

    A0，A1是器件地址选择信号(总线可最多连接4个I2C器件)；SCL和SDA是与CPU通信接口，其中SDA是双向数据端口；PFI是比较器输入端，输出结果送到CAL／PFO脚，同时它也是时钟校正信号输出端。当电源电压低于2．5 V时，时钟供电切换到后备电池。CNT1，CNT2是两路外部事件计数器的输入端。

2 FM3164功能
    FM3164内有25个特殊功能寄存器SFR。CPU通过I2c总线控制这些寄存器来实现各种功能。FM3164内部功能图如图2所示。

2．1 内存操作
    FM3164系列产品提供了不同的内存容量，包括4 Kb，16 Kb，64 Kb和256 Kb，该系列产品软件兼容，所有版本使用一致的两位字节地址操作内存，存储器采用铁电技术制造，可以二线制总线时钟速度进行读写操作，读写以字节为单位，写操作没有任何延时，而且通过了无限次的读写次数。具备其他同类串行存储器无法比拟的优点。
2．2 处理器检测功能
    FM3164提供两个基本功能，早期电源失效检测和防止软件死锁的看门狗功能。当电源跌落到预编程动作点VTP以下时，RST引脚被拉低，这将一直保持为低电平，直到电源电压太低，以致不能维持电路运行。当电源电压上升到VTP以上时，RST引脚将继续保持低电平大约100 ms左右，以便在可靠的电压水平提供足够的复位时间，当1OO ms时间到后，RST引脚将恢复弱上拉状态，使系统复位。看门狗计数器同样能产生一个有效复位信号，看门狗计数器是一个自由运行可编程计数器，通过一个5位非易失性寄存器，以100 ms步长编程为100 ms～3 s周期，它有两个控制位：看门狗使能WDE和看门狗复位控制位WR，只有看门狗使能并且计数器超时后，复位信号才有效。
2．3 买时时钟操作
    实时时钟(RTC)可以用电池或者电容作为后备电源，它提供了软件校准功能，以便提供更高的精度。实时时钟包括一个晶振，时钟分频器和供用户访问的寄存器系统。它分割32．768 Hz的时基信号，以提供1 s的分辨率，静态寄存器为用户提供了对时间的读写访问，寄存器包括秒、分钟、小时、星期、月、年。时间寄存器通过位于00H中的R，W位与时间内核同步，将R位从0改变为1时，时间信息从内核转入保持寄存器中，以供用户读取，R位用于读时间。设置位W为1将使用户寄存器冻结，将它清除为0，使得用户寄存器中的值被装载进时间内核。W位用于设置新的时间值，用户必须确保不将非法值写入寄存器，除了寄存器被冻结期间以外，时间值可以被连续更新。
2．4 时钟校准
    当寄存器00H中的CAL位设置为1时，时钟进入校准模式。当进入校准模式后，CAL／PFO输出管脚用于校准功能，比较器输出暂时无效。时钟校准操作是通过晶振偏移对计数器进行数据修正进行的。在CAL模式，CAL／PFO管脚输出512 Hz的方波，任何有规律的偏离512 Hz的频率误差都被转换为时钟误差，用户将此误差转换为PPM格式，并将适当的修正值写入校准寄存器。时钟校准有关的因素列在图3中，正PPM误差需要负调整，以减少脉冲；负PPM误差需要正调整，以增加脉冲。正PPM调整需要将CALS位设置为1，负PPM调整将CLAS位设置为0。校准后，在校准温度下时钟的最高精度可以达到±2．17PPM或者每月±0．09分钟。校准设置存储在FRAM中，因此即使后备电源失效也不会丢失，设置值位于寄存器01H的CA L．4-0，此值仅在CAL位设置为1时才可以进行写入，为了退出校准模式，用户必须将CAL位设置为0，此时CAL／PFO管脚恢复比较输出功能。