CN2031126U - 微机存储数据控制保护装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型是由随机静态存储器RAM①、后备供电电池②、后备供电电池充放电电路③组成基本存储器内部数据维持电路。当因断电造成微机电源电压下降时，则电源④的电压变化通过电路⑤检出并产生触发信号。此信号分两路输出，一路由⑥立即向CPU⑧发出不可屏蔽中断信号，使CPU首先进行中断处理；另一路则经⑦延时将CPU强复位输入端电位拉低，强迫CPU将数据总线及地址总线挂起，从而保护RAM已有数据不被破坏。

Description

本实用新型是一种微型计算机内部存储器存储数据控制保护装置。

目前，单板微型计算机以Z80系列为例一般没有随机静态内存RAM的存储保护，因此在遇到突然断电及停电后，RAM中的数据会随之丢失，有关程序及数据还需重新输入，给应用带来不便甚至造成损失。如采用配专用电源的方法则费用太高，维护也很不便。目前虽然一些具有先进水平的微机控制设备具备内存保护功能，但其内存仅限于使用CMOS存储器电路且系统造价昂贵。

本实用新型的设计目的是提供一种具有停电断点自动保护    适用于各种MOS存储器电路并且具有成本低廉、耗电少、便于改装制造等特点，尤其是解决了单板微机的存储保护问题，极大地方便了微机应用的新型微机内存数据控制保护装置。

本实用新型使用了一块555集成电路并与其它外围电路元件相配合，完成电源电压的降低比较及控制触发输出。555的置位端 S连接电位器W的滑动端，用以接收电源电压的变化。

555的电压控制端Vc则接于R₄与LED₁、LED₂串连后分压的中点，由于发光二极管的特性作用，在其导通状态当电源电压在某一范围波动时，串连的两发光二极管端电压近似不变。这就保证了基准控制电压的输入值基本不变，同时发光管又作为工作指示使用。由于555的Vc端受LED₁、LED₂的钳位作用，其与置位端 S的相对输入变化通过555集成电路实现比较并控制输出变化。C与LED₁、LED₂的并联可使Vc电位更加稳定，并且保证在微机初始通电时Vc的电位可靠的低于S，以保证555的输出控制信号不影响微机正常启动工作。

在微机系统正常工作情况下，555的输出端Q呈低电位，T₁被截止，因而对微机不发生任何影响。同理，由于555的放电端Q′呈导通状态，T₂的基极与地相接，亦被截止，对微机无影响。

本实用新型由于将后备电池充放电电路与电压比较触发控制电路相配合，各保护动作全部自动完成，并且其起始保护电压的数值可以由W进行调节，极大地方便了实际应用。

图1为本实用新型的组成框图。其中①为微机内存RAM，②为后备电池，③为后备电池自动充放电电路，④为微机电源，⑤为电压比较控制电路，⑥为发不可屏蔽中断电路，⑦为強复位及延时电路，⑧为微机中央处理器CPU。

图2为本实用新型最佳实施方案电路图。该电路包括电压比较触发控制部分，由W及发光二极管LED₁、LED₂、电解电容C、电阻R₄及555集成电路组成；还包括发不可屏蔽中断部分，由R₂、T₂组成；还包括強复位电路部分，由R₁、T₁组成；还包括由二极管D₁、D₂、发光二极管LED₄、三极管T₃、电阻R₅组成的后备电池自动充放电电路部分及后备电池电源E。图2中虚线框内为TP－801A单板微机原电路，其中CPU与RAM的三条连线AB、CB、DB分别表示地址、控制、数据三总线。

该电路的工作是这样的：在微机的电源初始接通的瞬时，电压比较触发控制电路中由于C的作用，使555的Vc电位可靠地低于 S电位，使发屏蔽中断电路及強复位电路处于严格截止状态，可靠保证微机正常初始化工作。在后备电池充放电电路部分，由于正5伏电源已通过D₁加到受保护RAM芯片，此电压高于后备电池供电电压，则后备电池由通过D₂放电转为通过T₃充电。由于LED₄的钳位作用，保证了AB两端电位差为1.7伏。在充电过程中电池电压会不断上升，当其达到1.5伏时，此值与T₃基射极0.2伏叠加达到钳位值1.7伏。此时电池电压不能继续升高，防止了后备电池的过充电。

当微机电源突然断电的瞬时，电源电压会迅速逐步下降，经W分压输入555集成电路 S端的电压会随之下降，当此电压值低于555电压控制端Vc（Vc相对稳定）的一半时，555输出翻转。放电端Q′截止，输出端Q呈高电位。由于Q的高电位通过R₂加到T₂的基极使T₂导通，T₂集电极強行将CPU的 NMI端拉入低电位，強迫CPU首先进行断点保护处理。在此同时，由于Q′输出截止，T₁由R₁提供正偏而导通，将原微机的強复位键非地端接地，但由于原微机（Z80系列为例）电路中已分别存在一放电电容和电阻，強制复位信号要延持一段时间才能对CPU起控，此段时间已足够CPU进行中断处理，保护好断点。

強制复位信号 RESET的开始起控，迫使CPU将数据总线及地址总线置于高阻状态并且所有控制信号无效，保持此状态一直持续到电源电压低至无力控制为止。由于电源电压已经低至CPU无力控制，而此值已不足以使存储电路的门电路开通，因而原存储状态被封锁在内，数据被保存。当电源电压降低到低于后备电源电压，后备电池开始通过D₂对受保护的RAM供电，并一直持续到恢复微机供电止。

实际应用在断电瞬时可以观察到LED₃会闪亮一下，它指示了电路的正常工作情况，说明发不可屏蔽中断电路起控。

图2电路中各元件选取及调整原则如下：

（1）    555集成电路可以选单时基集成块，如NE555、μA555及国产5G1555等555系列产品。

（2）    电路中所用发光二极管均采用红色发光二极管，这样能够保证每个管子在导通情况下压降均为1.7伏左右。

（3） 二极管D₁选择1N4001或其系列产品；D₂选择中小功率整流锗管，也可用低频锗三极管的一个PN结代替。

（4）    电位器W选择10KΩ微型电位器或10KΩ微调电阻，其滑动端电位可以通过实际需要来调定。一般情况应使电位器滑动端电位略高于555电压控制端Vc的一半。如Vc为3.4伏，W的滑动端电位可以是1.8伏左右。其值比Vc的半值高差越小起控灵敏度越高，否则灵敏度越低，使用中还应注意，灵敏度太高易影响微机系统的稳定。滑动端电位确定后，也可换用固定电阻。

（5） 晶体三极管T₁、T₂选用普通高频小功率硅管，要求T₂的放大倍数大于100；T₃选择PNP型低频中小功率锗管。

（6） 电阻R₅的确定，由于其为T₃提供基极偏流并限制后备电池充电电流，据计算及实际调整取2KΩ为宜。

（7） 后备电池一般选1号电池1节，视存储器情况而定。当实际应用1.5伏电压已无力保护受保护的内存数据时，可将后备电源电池改为两节串连使用。但由于后备电池电压的提高，在对非CMOS存储器进行断电保护供电时电池电流有明显增大。此时由于后备电池电压的提高，LED₄应改用两只红色发光二极管串连使用，同时R₅也应减小为1KΩ。

在实际实施此实用新型中还应注意以下两点：

1.由于微机中内存RAM往往较大，在采用非CMOS存储器RAM芯片使用后备电池同时对其供电，电能消耗较大。为此在实际应用中可以仅将具有数据保存价值的几块RAM芯片单独进行后备电池供电，此时要注意将微机正5伏电源经D₁后接到受保护RAM芯片的Vcc端。

2.在受保护的RAM芯片中，其型号要求必须一致，生产厂家也需要完全相同。这样存储电路参数一致消耗电能均匀，保护效果也好。

本实用新型可以对现有单板微机控制系统进行改装，也可以直接用于微机上加以生产。其保护效果好，成本低廉，简易可靠，可明显提高微机的性能价格比。

Claims (11)

1、一种由二级管D₁、D₂、发光二极管LED₄及三极管T₃、电阻R₅与电池E组成自动保护电源部分，由555集成电路、发光二级管LED₁、LED₂、电位器W、电阻R₁、R₂、R₄、电容C组成的电压降低比较及控制触发部分，通过发不可屏蔽中断T₁、R₁电路部分与强复位T₂、R₂电路部分组成微机存储保护装置，其特征是电位器W的可调端与555集成电路的置位端 S相接并且电位可调。

2、根据权利要求1所述的存储保护装置，其特征是LED₁与LED₂串接后与C并联并与555的电压控制端Vc相接。

3、根据权利要求1所述的存储保护装置，其特征是T₁的基极与555的放电端Q′相接并经R₁与电源正极相连，T₁的集电极直接连接微机強复位按键的非地端。

4、根据权利要求1所述的存储保护装置，其特征是T₂的基极经R₂与555的输出端Q相接，T₂的集电极直接连接CPU的不可屏蔽中断输入端

NMI

5、根据权利要求1所述的存储保护装置，其特征是T₃的基极与LED₄负极相接并通过R₅接地。

6、根据权利要求1所述的存储保护装置，其特征是D₂的正极接地，负极连接T₃的发射极并与后备电池的负极相接。

7、根据权利要求1所述的存储保护装置，其特征是LED₁、LED₂、LED₃、LED₄均采用红色发光二极管。

8、根据权利要求1所述的存储保护装置，其特征是采用555时基电路作为电压比较及输出电路。

9、根据权利要求1所述的存储保护装置，其特征是T₁、T₂采用NPN型高频小功率硅管。

10、根据权利要求1所述的存储保护装置，其特征是T₃采用PNP型低频小功率锗管。

11、根据权利要求1所述的存储保护装置，其特征是D₂采用小功率整流锗管。

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