【晒FRAM铁电存储器样片】+项目应用-硬度计样机测试 伺服电机, 存储器, 硬度计, 传感器, 控制板

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项目方案
在对MB85RC64芯片进行了详细测试后，将芯片焊接到当前在开发的项目—硬度计样机上进行更详细的测试，如果后期测试过程正常，我们就准备定型这个IC。硬度计由机械部分和电气部分组成，我们负责的是电气部分，下面是电气部分的结构框图：

整个电气控制部分由核心控制板，传感器及信号调理电路，伺服电机控制电路、5.7寸单色触摸屏模块和强电控制保护电路组成。在这其中，MB85RC64这颗FRAM芯片位于核心控制板上，靠近串口位置，下面是控制板局部图片：






通过图片可以清楚地看到，控制板和触摸屏通过FPC排线链接，排线长度非常长，有80cm（定制），方便安装到仪器面板上。FRAM在控制板上的电路原理图如下，非常简单：


它和STM32的PB6/PB7端口相连，可以采用硬件I2C协议和软件I2C协议（IO模拟），因为STM32的硬件IIC协议在使用中表现不太稳定，一般采用软件I2C协议（IO模拟）。

MB85RC64这个FRAM芯片在硬度计项目中主要应用在几个方面：

触摸屏校准，开机密码设定和关闭，掉电数据保存，程序状态定时保存和测试数据次数保存等。下面着重介绍几个应用。

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二项目应用
1、触摸屏校准
在用户第一次运行该程序时，需要对触摸屏进行校准，校准完成后，会向FRAM的固定地址：0x30处，写入校准标记：0x37,不是常用的0X01。下面是程序截图和触摸屏截图：

  

代码中：程序首先读取MB85RC64地址 0x30处的值，判断是否为0x37,这个值可以自由设定，如果不是，则执行触摸屏校准，校准完成并成功后，写入校准标记。
在图中，触摸坐标按照逆时针方向，依次显示边框上四个点，中间一个点，触摸后，并实时显示坐标，通过五点校准算法进行触摸校准！校准成功后，会写入校准标记，校准不成功，会提示重新校准，连续5次不成功，会提示校准错误，此时需要重新上电初始化！

         


         
       2 开机密码设定和关闭
为了防止非专业人员操作和摆弄仪器，在程序上设定了密码保护功能，可以根据需要随时进行设定和关闭。程序实现部分如下，采用Pass_A/Pass_B/Pass_C三个U8变量保存密码，这样组成一个6位数字的密码。FRAM的地址：0x90被用作密码打开和关闭标志区，
地址0x10、0x11,0x12被用作6为数字密码的存储区。下面是程序段截图：
   
      

开机设定密码程序段截图

   
      Touch_key是程序状态机的值，当关闭密码输入时，程序进入0x09状态，否则进入0xee状态。下面是程序状态机代码段截图：

   

      触摸屏实际操作界面截图：
            

            

           


设定六位数字密码后，输入密码错误，程序会给出“密码错误”的提示，并进入等待重新输入密码状态，直到密码输入成功为止。
在密码设定界面中，可以通过关闭密码按钮来关闭。
密码主要是为了防止人员误操作而设定，也可以修改为字母键盘，实现数字和字母组合，根据需求而定！

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3、掉电数据保存
在仪器操作过程中，突发断电情况是经常存在的，因为程序状态众多，每次重启后，从头开始会比较麻烦，电机转动位置也需要修正，因为需要在断电的瞬间实现对程序状态机值的保存和关闭电机。

在STM32的MCU中，提供了一个PVD（可编程电源检测模块）外设，利用它，可以设定监控VCC工作电压的工作阈值。描述如下：

   

   
它支持从2.3V-2.9V的可编程电压监控，这里采用的是下降沿阈值功能。
在突然掉电发生时，电压并不是从VCC的3.3V突变到0V，而是有一个缓慢变化过程，这个过程持续几百微秒。下面是我用示波器截取的硬度计控制板突然断电的瞬时波形：




可以看到，VCC工作电压从3.3042V跌落到0V，大于410US-420US，这个是在VCC输入和输出电解电容取值47UF的情况下进行测试！
如果我们设定PVD的监控电压在2.9V，意味着当VCC跌落到2.9V以下时，会发生PVD中断。通过MB85RC64的DATASHEET可知，其工
作电压范围：2.7V-3.6V，也就是说，在这个图中，从2.9V到2.7V的时间段内，FRAM是可以存储数据的，这个就是”黄金时间“，那么这个黄
金时间是多少呢？通过示波器的波形测量功能，我们得到下图：



可以看到，是5.3333US，如果想延长这个”黄金时间“，就必须在VCC端增加大容量的电解电容器！目前样板的电容设计容量较小，5.333us还不能够实现状态机值的保护和关闭电机语句执行，需要修改封装，更换大型大容器。
下面是PVD程序代码截图：
首先PVD初始化：设定2.9V监控电压值

   

  PVD中断，要实现在FRAM地址0x37处储存
程序状态机值touch_key和关闭私服电机驱动器的输出使能开关！这个后期会继续测试！



4、程序状态定时保存
通过定时器，写入整个程序状态机当前值，只有发生掉电后，程序才会读取FRAM地址，获取当前运行值，这个相当于一个双保险。在掉电保护中断失效，或者时间极短，中断无法完成FRAM保存数 据的情况下有用！
下面是代码截图：
利用定时器2资源实现1ms的定时
  
     

利用中断，产生200ms的定时，实现状态值定时保存！

     
     

5、测试数据次数保存

在仪器测试数据过程中，每进行一次数据测量，就将一个计数值写入FRAM的固定地址，累计到固定值后，停止工作或者发出次数限制报警。此功能主要实现对固件的知识产权保护和仪器演示功能，在应用产品中，用户会根据获取的序列号关闭此功能！






三
总结


     FRAM芯片使用比较容易，和EERPOM具有很高的替代性，除了价格稍高外，在硬件上几乎完全兼容，这样也方便对原有产品的升级！在将申请到的3个芯片焊接到3个样机测试过程中，没有发现读写问题，保存数据正确，为了保证稳定性，还需要做长时间的测试及高低温环境测试。在使用过程中，发现MB85RC64这颗FRAM的工作电压范围太窄，只有2.7V—3.6V。只能满足一般性应用要求。在应用到5V供电的MCU电路中，需要增加额外的电平转换电路，增加一些成本!另外，在使用STM32的PVD功能时，应用受到限制，因为STM32的PVD最高门槛电压是：2.9V，从2.9V到2.7V，电压降太小，造成时间短，不能实现过多保存和保护功能，如果能让FRAM的工作电压范围拓展到：2.0V-5.5V,那将增大FRAM的应用场合！





最后，特别感谢富士通公司和中电网论坛提供的样品申请活动，让我们获取了高性能产品的测试和体验！