空调系统中掉电记忆功能的实现方法

裴德凤

（合肥通用机械研究院，安徽 合肥 230031）

1 引言

一般家用电器产品在使用过程中遇到忽然停电断电的情况后，恢复供电，只会进入通电待机状态不会重新启动，而这种突发情况往往会给用户带来不必要的麻烦，当单片机在意外掉电，再恢复供电时，掉电前的一些存储在RAM区的数据随即丢失，为了避免这种情况发生，系统增加了掉电记忆功能，即单片机在正常工作时，用户设定的一些参数，以及系统采集的数据在断电前写入到E2PROM存储器中，再来电时，系统自动从存储器中读出信息，按照设定的方式运行.本文以空调系统为例，介绍如何实现掉电记忆功能.

2 系统硬件电路设计

2.1 24C02芯片简介

24C02芯片内部含有256*8位低功耗CMOS的E2PROM，该芯片采用I2C总线形式传送数据，具有体积小、接口简单、可靠性高、功耗低，价格便宜的特点，其引脚图如图1所示：

图1 24C02引脚图

图中SDA为串行数据输入/输出，SCL为串行时钟输入线，A0、A1、A2为地址线，当接不同的电平时，芯片的地址也不同，可实现一个系统中扩展多片24C02，数据通过SDA双向串行传送.WP引脚为写保护控制端，接“1”禁止写入，接“0”允许写入，Vcc和Vss分别是接正、负电源.

I2C总线的通信协议简述如下：

（1）I2C总线开始信号：SCL保持高电平，且数据线SDA由高到低变化，I2C被启动.

（2）I2C总线停止信号：SCL保持高电平，且数据线SDA由低到高变化时，I2C总线数据停止传送.

（3）数据改变：SCL为低电平时，SDA才能改变传输的数据，数据传输时，SCL必须为高电平，SDA必须为固定状态，不允许跳变.

（4）数据传输：SCL为高电平时，SDA若保持稳定，那么SDA上正在传输数据.即当SCL为高电平时，SDA上的任何变化都被当作启动或停止信号.发送到SDA上的每个字节必须为8位，每次传送的字节数量不受限制，每个字节后面必须跟一个响应位ACK.

（5）在I2C总线开始信号后，发送一个从机地址，地址码共7位，第8位为读写数据选择位R/W，“0”表示写数据，“1”表示读数据，系统发出开始信号后，系统中各个器件将CPU发送到总线上的地址和自己的地址进行比较，如果两者相一致，则该器件即被CPU选中，其接收数据还是发送数据则由R/W的状态确定.[1]

数据传送格式如下：

2.2 空调系统中24C02读写条件及内容

空调在工作过程中需要随时记忆开关机状态、运行模式，设定温度，设定风速的状态，当这些状态一有变化时，即单片机只要判断到有按键按下，或遥控接收信号，立即将上述信息重新写入相应的存储芯片，具体存储方式如下表1所示.另外，为了识别读出字节的准确性，在写入时外加一个校验字节.

表1 存储信息分配表

由上表可知一般空调系统共需要4*8位存储空间来进行信息的存储.为此，在设计中，选用24C02芯片完全能满足空调产品对存储容量的要求，I2C总线结构只需要单片机的两个端口即可进行数据的读写，这对于I/O端口并不富足的M37544单片机控制的空调控制系统来说，非常合适.

当系统首次上电时，单片机将存储芯片中的内容读出，存放到相应的存储单元，系统将会按照掉电前状态运行.判断首次上电的方法：可以在几个固定的存储单元中存入固定的数据，如果单片机掉电，此数据会丢失.所以单片机复位后，首先比较这几个单元的数据是否与存放的数据一致，如果不一致，则说明此次复位为上电复位，即需要读取24C02数据.

2.3 24C02与单片机接口电路

图2 24C02与单片机的接口电路

24C02与单片机的接口电路如图2所示，因为本控制系统只用到一片24C02，所以可将A0、A1、A2三条地址线接地，表示24C02的地址为000，用单片机的P1.0端口接串行时钟输入端SCL，P1.1端口接串行数据输入输出端SDA.

3 读/写24C02软件流程图

3.1 写24C02程序设计

当24C02被启动后，单片机首先发送写控制命令，因为24C02器件识别码为1010，本控制系统硬件电路中三根地址线A2、A1、A0全部接地，所以器件的地址为000，因为是向24C02中写数据，所以R/W位应送0.

图3 写24C02流程图

图4 写24C02子程序片段

当执行写操作时，单片机发出启动信号后，接着发送写控制字节，即1010 0000，当单片机接收到24C02的应答信号ACK后，将发送待写入的字节首地址，单片机再次接收到24C02的应答信号ACK后，将发送待写入的数据至指定地址单元中，当主器件再次收到应答信号ACK后，产生停止位结束一个字节的写入.紧跟着写入下一个字节，也可多个字节数据连续传送之后，再送停止位[1].

图3为写24C02程序流程图.

其中基于M37544单片机[2]的发送数据子程序代码如图4所示，该程序中累加器A中存放待发送的数据，RR7单元中存放发送的位数.

3.2 读24C02程序设计

读24C02字节数据之前，先发送起始位，再通过写操作发送要读的24C02的首地址，当收到应答信号之后再发送读控制命令，24C02器件识别码为1010，器件的地址为000，要读24C02中的数据，R/W位应置1.所以读控制命令为10100001，该命令发送之后，24C02发出应答信号之后会发出8位数据.当所有数据接收完毕，单片机发出一个停止位，结束当前的读操作.

读24C02芯片的流程图如图5所示：

图5 读24C02流程图

其中基于M37544单片机的读字节数据子程序片段如下图6所示，该程序实现读一个字节数据的功能，首先根据数据口p1.1的高低电平状态，将进位标志位CY置1或清0，再移位送入累加器的最高位，最终读取的数据存放在累加器A中，RR7中存放读取数据的位数，初始存入8，当RR7中的数据减到等于0时，一个字节接收完毕.

图6 读24C02数据的子程序片段

4 总结

随着家电产品的智能化发展，在电饭锅、洗衣机、空调等家电产品中，增加了掉电记忆功能，实践证明，在单片机控制系统中，采用24C02存储芯片，可以达到良好记忆效果，从而满足一些特定场合的需求.该种控制方式具有简单灵活、体积小、功耗低、价格便宜等优良性能.