基于FM3116的电能表存储系统的软硬件设计

引言

在单片机应用和智能仪器中，存储器已成为不可或缺的一部分，包括系统工作时存储临时性数据的RAM，以及永久性存储数据的非易失性存储器。RAM简单易用，存储速度快，但掉电数据易丢失；而非易失性存储器尽管能够长期保存数据，但存储速度慢，写入功耗高，而且读写次数受限。采用铁电存储器(FRAM)可解决上述问题。这种存储器的核心是铁电晶体材料具有RAM快速读写的优点，同时也具有非易失性存储器永久存储数据的特点。基于上述特点，介绍一种FRAMFM3116在复费率电能表中的应用设计。

2FM3116简介

FM3116是Ramtron公司新一代铁电存储器，该存储器主要包括16 KB的非易失性存储器、实时时钟、低电压复位、看门狗计数器、非易失性的事件计数器等。FM3116的引脚配置如图1所示，各引脚功能描述如表1所列。

FM3116采用I2C接口。FM3116内部集成存储器及实时时钟／处理器伴侣。可独立访问每个元件，其访问地址分别为1010B和1101B。主机通过对这两个元件的读写操作实现对FM3116读取、存储数据和对实时时钟／处理器伴侣的控制。

3电能表的数据存储系统

作为计量电能的仪表，电能表的计量精度极为重要，它不但与电能计量器件的精度有关，而且还与电能表的数据存储系统有关。如果检测到的电能数据无法写入存储器或写入存储器时出错，电能表的精度将大大降低。

传统电能表数据存储系统采用EEPROM存储器+掉电检测电路。由于EEPROM存储器的存储次数约一百万次，因此不是一个电能脉冲就存储一次，而是将脉冲暂存到单片机的RAM中，等脉冲记录到一定值或一定时间，再将脉冲数据转存到EEPROM中。因此需要掉电检测电路实时检测当前是否处于昝电状态，当检测到掉电时就将RAM中的脉冲数据存储到EEPROM中。由于写EEPROM较慢，大概有10 ms的写周期，这就要求在掉电后有足够的电压，以保证脉冲数据写入EEPROM中，通常是利用大容量电容来确保掉电后的电压。但是，基于写EEPROM的特点，写入EEPROM数据易于出错。为了提高写入数据的准确性，需要在软件设计上采取一些措施。因此，传统电能表数据存储系统无论是在硬件上还是在软件上都比较复杂。

该系统设计的复费率电能表采用ADE7755将电网中采集到的功率信息转换成与之成正比的脉冲信号，送给单片机。AVR单片机作为中心处理单元对脉冲进行计数，从而实现电能计量。由于是复费率电能表，除了实时计量电能外，还具有复费率、事件记录等多种功能，需存储大量数据，并且擦写次数多。因此，复费率电能表系统需要设计一种寿命长，读写数据安全的数据存储系统。目前，FM3116是非常适合电能表设计要求的存储器。它的存储时间短，能够在极短的时间内保存大量数据，实现了电能表在突然掉电时数据及时、安全存储。