FM3164的原理和功能及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。与其他串行存储器相比，fm3164具有没有写延时，读写次数可达上百亿次，速度快，功耗低等优点。主要介绍fm3164的组成原理和基本功能，并结合它在火灾自动报警系统的应用给出实际应用方法，实现报警过程中信息快速、准确的存储。
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。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。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，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。
2.5 事件计数器
fm3164有2个后备电池支持的16位事件计数器（或1个32位的事件计数器），位于寄存器0dh～1oh中。cin1和cin2是事件计数器信号输入端，计数采用可编程边沿触发方式，若0ch地址的c1p位置1，则cin1采用上升沿触发，否则采用下降沿触发。c2p控制cin2。
3 fm3164的工作过程
fm3164作为从机，集成了两个功能不同的部件，每个部件都可以被独立访问。一个是存储器，访问时从机地址的位7～4必须被设置为1010b；若要访问实时时钟／处理器等，则从机地址的位7～4必须被设置为1101b。该器件采用二线制的i2c接口，二线协议由sda和scl两个引脚的状态确定。共有四种状态：开始、停止、数据传输及应答。
fm3164严格按i2c总线的时序和数据格式操作，其访问操作过程可描述为如下步骤：启动→从机地址→应答→目标地址→应答→（启动→从机地址→应答）→数据（单或多字节）→应答→停止（从机地址中包含了读写命令，括号中的步骤为当前地址读和连续地址读命令所特有的）。
4 fm3164在火灾自动报警控制器中的应用
在现代大中型城市的高层建筑、公共场所、地下设施、现代化厂区等重要建筑和设施的建设和管理中，国家消防规范要求都必须安装独立的火灾报警系统。火灾报警系统快速、安全、可靠、准确地运行至关重要。时钟器件和信息存储器作为报警主机中最为关键的部分，如果采用当前最新工艺技术的铁电非易失性存储器fm3164，则可以实现报警信息的快速存储功能和保证准确的系统时间。
5 结束语
本文详细全面地介绍了fm3164系列芯片铁电存储器的功能原理和使用方法，给出了通用的硬件电路和部分控制程序。fm3164系列芯片以其强大的功能和性能代替普通的串行存储器和时钟芯片，将在嵌入式控制系统中越来越多地被采用。
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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。
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