在電子技術(shù)日新月異、新型多功能電能表層出不窮的今天，電能表中存儲(chǔ)器的選擇也是多種多樣，存儲(chǔ)器的好壞直接關(guān)系到電能表的正常使用和測(cè)量精度。目前應(yīng)用最多的方案仍是sram加后備電池、eeprom、nvram這三種。但這三種方案均存在著缺陷。其中sram加后備電池的方法增加了硬件設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，同時(shí)由于加了電池又降低了系統(tǒng)的可靠性；而eeprom的可擦寫次數(shù)較少(約10萬次)，且寫操作時(shí)間較長(zhǎng)(約10 ms)；而nvram的價(jià)格問題又限制了它的普及應(yīng)用。因此，工程人員在設(shè)計(jì)電能表的存儲(chǔ)模塊時(shí)，往往要花很大的精力來完善方案，才能使電表數(shù)據(jù)準(zhǔn)確無誤的寫入存儲(chǔ)器中。鑒于以上情況，越來越多的設(shè)計(jì)者將目光投向了新型的非易失性鐵電存儲(chǔ)器(fram)。鐵電存儲(chǔ)器具有以下幾個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)：

　　(1)讀寫速度快。串口fram的時(shí)鐘速度可達(dá)20 mhz，并口fram的訪問速度達(dá)70 ns，幾乎無須任何的寫入等待時(shí)間，可認(rèn)為是實(shí)時(shí)寫入，所以不用擔(dān)心掉電后數(shù)據(jù)會(huì)丟失；

　　(2)擦寫次數(shù)多。一般認(rèn)為fram的擦寫次數(shù)為100億次，而最新的鐵電存儲(chǔ)器的寫入次數(shù)可達(dá)一億億次，這幾乎可以認(rèn)為是無限次；

　　(3)超低功耗。fram的靜態(tài)工作電流小于10μa，讀寫電流小于150μa。

　　目前，鐵電存儲(chǔ)器的主要生產(chǎn)商ramtron公司的fram主要包括串行fram和并行fram兩大類。而串行fram由于可節(jié)省大量的管腳而得到更為廣泛的應(yīng)用。實(shí)際上，串行接口fram又分為i2c和spi兩種接口。經(jīng)過多方比較，本設(shè)計(jì)選擇帶有spi接口的fm25640來進(jìn)行說明。

1 fm25640芯片介紹

1.1 fm25640的主要特性

　　fm25640為64kb的非易失性鐵電存儲(chǔ)器，結(jié)構(gòu)容量為8192×8位，具有100億次的讀寫次數(shù)，掉電數(shù)據(jù)可保持10年。該器件支持spi的模式0&3，最大可達(dá)到5 mhz的總線速度，采用8腳sop或dip封裝。

1.2 引腳功能

各引腳的具體功能如下：

　　cs：片選，低電平有效。當(dāng)它為高電平時(shí)，所有的輸出處于高阻態(tài)，芯片忽略其它輸入；當(dāng)它為低電平時(shí)，芯片功能開啟，并根據(jù)sck的信號(hào)而動(dòng)作。

　　so：串行輸出。數(shù)據(jù)輸出引腳。

　　wp：寫保護(hù)，低電平有效時(shí)，將阻止向狀態(tài)寄存器進(jìn)行寫操作。

　　vss：電源地。

　　si：串行輸入。數(shù)據(jù)輸入引腳。

　　sck：串行時(shí)鐘。

　　hold：保持端口，低電平有效。當(dāng)sck為低電平且該腳亦為低電平時(shí)，暫停當(dāng)前的操作。而當(dāng)sck為低電平而hold為高電平時(shí)，則恢復(fù)被暫停的操作。

　　vdd：5 v引腳電源。

1.3 spi接口

　　fm25640帶有高速spi(serial peripheral interface)接口。在通過它來進(jìn)行串行通信時(shí)，其最大可以達(dá)到5 mhz的操作速度。

　　spi接口是一種時(shí)鐘和數(shù)據(jù)同步的串行接口，應(yīng)使用so、si、sck、cs四個(gè)引腳，可與任何具有spi接口的mcu直接連接。對(duì)于沒有spi接口的mcu，spi可以與普通i／o口相連。然后用軟件模擬spi接口，當(dāng)然，也可以選擇其它帶有i2c總線接口和并口的fram產(chǎn)品。

　　spi有四種工作方式。分別為方式0、方式1、方式2和方式3，fm25640支持其中的方式0(cpol=0，cpha=0)和方式3(cpol=1，cpha=1)，等兩種方式，數(shù)據(jù)可在時(shí)鐘的上升沿移進(jìn)fm25640，而且數(shù)據(jù)一般出現(xiàn)在cs有效后的第一個(gè)時(shí)鐘的上升沿。因此，如果時(shí)鐘從高電平開始，將不能產(chǎn)生第一個(gè)有效的上升沿而導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸失敗。數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，所有移進(jìn)和移出fm25640的數(shù)據(jù)都是8位為一組，它們與時(shí)鐘信號(hào)同步，最高有效位(msb)在前，串行數(shù)據(jù)在時(shí)鐘的上升沿移進(jìn)，并在時(shí)鐘的下降沿移出。

　　spi接口是通過操作指令來控制的，fm25640的操作指令集如表1所列，該指令集共有6條指令。當(dāng)有效后，第一個(gè)傳輸?shù)淖止?jié)就是操作指令，緊跟著操作指令之后的是兩字節(jié)的地址，該地址共16位，其中高三位不起作用，后13位則指定了一個(gè)唯一的地址。地址后面為所要寫入的數(shù)據(jù)，若數(shù)據(jù)多于1個(gè)，則第一個(gè)數(shù)據(jù)之后的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)地址由fm25640自動(dòng)按順序增加。如果地址到達(dá)最高地址1fffh，地址計(jì)數(shù)器將重新置為0000h。

2 fm25640在電表數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中的應(yīng)用

2.1 fm25640與mcu的連接電路

　　本設(shè)計(jì)中的單片機(jī)選擇motorola公司的mc68hc908lj12，這是一款適用于電表設(shè)計(jì)的mcu，內(nèi)含12kbflash存儲(chǔ)器并可在線編程。同時(shí)還具有一個(gè)帶有紅外功能的串行通信接口sci，一個(gè)高速spi，8個(gè)鍵盤輸入中斷，以及內(nèi)部lcd驅(qū)動(dòng)模塊，因而節(jié)省了外掛液晶驅(qū)動(dòng)芯片。系統(tǒng)中的電能計(jì)量芯片則選擇美國adi公司的三相電能計(jì)量芯片ade7758，該芯片精確度高，可以提供有功功率、無功功率、視在功率、電壓有效值和電流有效值等多項(xiàng)數(shù)據(jù)，具有兩路脈沖輸出，同時(shí)也帶有spi串口。由于spi接口可支持多個(gè)器件掛在同一個(gè)總線上，并可通過片選信號(hào)區(qū)分每一個(gè)器件，因此，將fm25640和ade7758都通過spi接口與單片機(jī)mc68hc908lj12相連，并將mc68hc908lj12的兩個(gè)i／o口pta4、pta5分別與fm25640和ade7758的片選端cs