Brevet FR2478843A1 — publié le 19810925

DISPOSITIF DE SAUVEGARDE DES DONNEES D'UN MICROPRO CESSEUR EN CAS DE COUPURE DE COURANT La présente invention concerne un dispositif de sauvegarde des données d'un microprocesseur en cas de coupure du courant, ledit microprocesseur étant alimenté à partir d'une source de tension continue comportant des moyens de redressement d'une tension alternative fournie à partir du réseau, un condensateur de filtrage amont, un circuit de régulation et uncondensateur de filtrage "aval". L'invention s'applique de façon générale à tous les appareils pour lesquels des programmes séquentieis sont régis a partir d'un microprocesseur, et notamment des appareils électroménagers tels que machines a laver le linge ou la vaisselle, appareils de cuisson, etc... Si les appareils munis de programmateurs électromécaniques possèdent une "mémoire" de position en cas de coupure du secteur, il n'en est pas de même pour ceux régis par un microprocesseur ; en effet, en cas de coupure, la disparition de la tension d'alimentation entraîne l'annhilation des informations du programme en cours ; au retour de la tension, il est nécessaire de reprogrammer la machine sans savoir exactement quelle partie du cycle a déjà été effectuée. Indépendamment des moyens élaborés mis en oeuvre en informatique professionnelle, il existe différentes solutions "Grand Public" pour pallier cette perte d'informations parmi celles-ci, on peut citer l'utilisation de batteriestampon en charge permanente lorsque le secteur est présent, et s'y substituant lorsque celui-ci disparaît ; cette solution est coûteuse et de fiabilité incertaine au cours de la durée de vie de la machine. On peut encore utiliser comme source de secours une batterie de condensateurs électrochimiques, mais on est rapidement limité en volume si l'on désire obtenir un temps de sauvegarde de l'ordre de quelques dizaines de secondes. Le brevet français n0 2 297 273 décrit une machine à laver à commande électronique munie d'un système de sauvegarde combinant les deux solutions précitées, avec leurs défauts propres. Le but de l'invention est de réaliser un dispositif de sauvegarde de données pendant un laps de temps s'échelonnant à volonté entre plusieurs dizaines de minutes et plusieurs jours. L'invention est basée sur la considération que l'industie électronique offre actuellement des circuits logiques à fonctions spécialisées, du type C MOS, dont la consommation énergétique est particulièrement réduite. Selon l'invention, un dispositif de sau--#arde des données d'un microprocesseur en cas de coupure de courant, ledit microprocesseur étant alimenté à partir d'une source de tension continue comportant des moyens de redressement d'une tension alternative fournie à partir du. réseau, un condensateur de filtrage "amont", un circuit de régulation et un condensateur de filtrage aval, est particulièrement remarquable en ce qu'il comporte des moyens de transfert des données du microprocesseur vers un registre à décalage dont les broches d'alimentation sont branchées sur un condensateur réservoir, lesdits moyens étant actionnés à partir de la sortie d'un circuit comparateur dont les deux entrees sont respectivement reliées aux condensateurs de filtrage "amont et "aval" de la source de tension continue, et en ce qu'il comporte des moyens interrupteurs électroniques disposés, d'une part sur les conducteurs d'entrée-sortie et de commande du registre à décalage, et d'autre part entre le condensateur réservoir et la source de tension continue. Avantageusement, les moyens de transfert de données vers le registre à décalage consistent en un circuit démultiplexeur relié à des broches de sortie l'horloge" et "codage" du microprocesseur, une broche d'entrée "interruption" de ce dernier étant reliée à la sortie du circuit comparateur précité. En cas de coupure de courant, la différence de rapidité de décroissance de la tension aux bornes des condensateurs de filtrage amont et "aval" est détectée et mise à profit pour assurer immediatement le transfert des données vers le registre à décalage avant que la tension d'alimentation du microprocesseur ne soit devenue inférieur à la limite spécifiée parallèlement, le condensateur réservoir branché entre les broches d'alimentation du registre à décalage est automatiquement débranché de la source principale et continue d'alimenter celui-ci. Au retour du courant, un second circuit comparateur vérifie si la valeur de la tension résiduelle du condensateur réservoir alimentant le registre à décalage est supérieure ou inférieure à une valeur limite spécifiée et délivre au micro processeur## soit un ordre de rentrée des données et de reprise du programme en cours dans le premier cas, soit un ordre d'attente d'une nouvelle programmation dans le second cas. Le dispositif selon l'invention comporte également des fonctions annexes destinées à faire face à la plupart des phénomènes transitoires pouvant se produire lors d'une coupure de courant, et à assurer ainsi une sécurité maximale de fonctionnement de l'appareil qu'il équipe. De par sa conception, la durée de sauvegarde des données du dispositif selon l'invention dépend essentiellement de la valeur du condensateur réservoir alimentant le registre à décalage ; en choisissant judicieusement cette valeur, on peut moduler cette durée en fonction de la destination de l'appareil équipé, une sauvegarde de plusieurs jours pouvant éventuellement être obtenue à partir d'un unique condensateur électrochimique de bonne qualité. Une telle durée, tout à fait superflue dans le cas d'une coupure accidentelle du réseau, peut s'avérer utile pour certaines applications où la ligne alimentant l'appareil équipé est coupée volontairement de façon durable pour des raisons de sécurité ou d'éco- nome. La description qui va suivre, en regard des dessins annexés, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 représente le schéma synoptique d'un microprocesseur et de son alimentation équipés du dispositif de sauvegarde selon l'invention. Les figures 2a à 2i représentent des diagrammes de tension en fonction du temps en différents points du schéma de la figure 1. Sur la figure l,où le dispositif selon l'invention est représenté à l'intérieur d'un cadre en traits interrompus, deux bornes 1 et 2 du secteur sont respectivement reliées aux anodes et cathodes réunies de deux paires de diodes redresseuses 3, 4 et 5, 6. Aux cathodes réunies des diodes 3 et 5, est connecté un conducteur positif 7 de tension non régulée, tandis que les anodes réunies des diodes 4 et 6 sont reliées à une masse commune 8, un condensateur de filtrage "amont" 9 étant disposé entre le conducteur 7 et la masse. Le conducteur 7 est relié à l'entrée d'un circuit 10 régulateur de tension à la sortie duquel est connecté un conducteur positif 11 de tension régulée Vb, un condensateur de filtrage "aval" 12 étant disposé entre le conducteur 11 et la masse. Deux broches 13 et 14 d'alimentation d'un microprocesseur 15 sont respectivement reliées au conducteur 11 et à la masse 8, tandis qu'une broche de sortie 16 dudit microprocesseur est connectée par une résistance 17 å la base d'un transistor interrupteur 18, de type PNP, une résistance 19 et un condensateur 20 étant disposés entre cette dernière et le conducteur 11. Le collecteur du transistor 18 est relié à l'anode d'une diode d'isolement 21 dont la cathode est connectée à un conducteur positif 22 entre lequel et la masse 8 est disposé un condensateur réservoir 23, ce dernier étant shunte par un interrupteur 24 couplé mécaniquement avec l'interrupteur "marche-arrêt" de l'appareil. Les broches d'alimentation d'un registre à décalage 25 sont respectivement réunies, la positive au conducteur 22 et la négative à la masse 8 ; la broche "entrée données" du registre 25 est reliée à la sortie d'une porte "ET" 26 dont une entrée est connectée à une broche de sortie 27 "données générales" du microprocesseur 15, tandis que la broche "sortie données" dudit registre est réunie à une entrée d'une porte "ET" 28 dont la sortie est reliée à une broche 29 "données sauvegardées" du microprocesseur 15. Deux broches de sortie codage 30, 31, et une broche de sortie horloge 32 du microprocesseur 15 sont reliées aux broches d'entrée correspondantes d'un circuit démultiplexeur 33 dont les broches d'alimentation sont respectivement connectées au conducteur 11 et à la masse 8. L'une des sorties "horloge" du démultiplexeur 33 est connectée à une entrée d'une porte "ET" 34 dont la sortie est réunie à l'entrée "horloge" du registre 25, une résistance 35 étant, par ailleurs, disposée entre la sortie de ladite porte et la masse 8. L'anode d'une diode d'isolement 36 est reliée au conducteur 11, tandis que la cathode est connectée à un conducteur positif 37, un condensateur réservoir 38 étant disposé entre ledit conducteur et la masse 8. L'entrée négative d'un premier circuit comparateur 39 est reliée à un pont de résistances 40, 41 disposé entre le conducteur 37 et la masse 8, tandis que l'entrée positive est connectée à un autre pont de résistances 42, 43 disposé entre le conducteur 7 et la masse 8. La sortie du comparateur 39, reliée à une broche d'entrée 44 "interruption" du microprocesseur 15, est par ailleurs connectée, d'une part au conducteur 37 par une résistance 45, et d'autre part à l'entrée positive par une résistance 46. L'entrée négative d'un deuxième circuit comparateur 47 est reliée à un pont de résistances 48, 49 disposé entre le conducteur 37 et la masse, tandis que l'entrée positive est réunie au conducteur 22 par l'intermédiaire d'un interrupteur électronique 50, une résistance 51 étant par ailleurs disposée entre ladite entrée positive et la masse 8. La sortie du comparateur 47 est reliée, d'une part à une broche d'entrée "validation" 52 du microprocesseur 15, et d'autre part au conducteur 37 par une résistance 53. L'entrée positive d'un troisième circuit comparateur 54 est reliée à un premier pont de résistances 55, 56 disposé entre le conducteur il et la masse 8, tandis que l'entrée négative est connectée à un second pont de résistances 57, 58 disposé entre le conducteur 37 et ladite masse. La sortie du comparateur 54, découplée à la masse par un condensateur 59, est reliée tout à la fois au conducteur 11 par une résistance 60, à l'entrée de commande de l'interrupteur électronique 50, et aux secondes entrées des portes 26, 28 et 34. Un condensateur 61 est disposé entre une entrée 62 de réenclenchement. (RESEr! du microprocesseur 15 et la masse 8, ledit condensateur étant shunté par le trajet émetteurcollecteur d'un transistor 63, de type PNP, dont la base est réunie à la sortie du comparateur 54. Dans le but de simplifier les explications qui vont suivre, seuls les branchements du microprocesseur 15 directement concernés par le dispositif de sauvegarde selon l'invention ont été représentés, à l'exclusion des autres bran chements relatifs aux entrées d'information et aux sorties d'ordres spécifiques à l'appareil qu'il équipe, lequel peut être une machine à laver le linge ou la vaisselle, un appareil de cuisson, etc... La fonction du dispositif selon l'invention est de sauvegarder les données stockées dans le microprocesseur 15 au moment où se produit une interruption de courant sur les bornes 1 et 2 du secteur. En considérant les figures 2a et 2b qui représentent respectivement les tensions sur le conducteur 7 (VR) et sur le conducteur 11 (Vb), on peut voir qu'au temps tl où se produit la coupure, la tension VR commence à décroître alors que la tension Vb reste stable jusqu'au temps t3 correspon dant à la valeur de VR à partir de laquelle la régulation ne peut s'effectuer ; ceci est obtenu en donnant au condensateur de filtrage aval 12 une valeur plus élevée que celle du condensateur de filtrage amont 9. D'autre part, on considère que pour une tension nominale d'alimentation de 5 V du microprocesseur 15, celle-ci peut décr-oître jusqu a 4,5 V sans que le fonctionnement de ce dernier en soit affecté ; on dispose donc entre le début de la coupure et le seuil critique de la tension Vb d'un laps de temps de quelques millisecondes qui est mis à profit par le dispositif de sauvegarde selon l'invention. En fonctionnement normal, la tension appliquée sur l'entrée positive du comparateur 39 en provenance du conducteur 7 est supérieure à celle de l'entrée négative fixée depuis le conducteur 11 par le pont de résistances 40, 41 ; dans ces conditions, la sortie du comparateur 39 fournit un niveau "haut" de repos à 1 t entrée "interruptic.li 44 du microprocesseur 15 (fig 2c). En cas d'interruption de courant, la tension-VR du conducteur 7 commence à décroître à partir du temps t1 (fig 2a), et lorsque celle-ci atteint 8 V, au temps t2 , la sortie du comparateur 39 bascule à un niveau "bas" (fig 2c) qui, appliqué à l'entrée 44 du microprocesseur, interrompt le programme normal de ce dernier pour lui substituer un programme "interruption" Ce nouveau programme autorise, d'une part au moyen d'un codage logique des sorties 30 et 31 le passage des impulsions d'horloge de la sortie 32 vers la porte 34 via le démultiplexeur 33, et d'autre part la "sortie" sur la broche 27 des données nécessaires pour une reprise éventuelle du fonctionnement normal. Pendant ce temps, les portes 26, 28 et 34 sont ouvertes, et l'interrupteur 50 fermé, leurs entrées de commande étant à un niveau "haut" (fig 2e) en raison de l'état de la sortie du comparateur 54 dont la tension à l'entrée positive est supérieure à celle de l'entrée négative ; dans ces conditions, les impulsions d'horloge issues de la porte 34 provoquant le chargement du registre 25 à partir des données issues de la porte 26 (fig 2d). Après un laps de temps necessaire au chargement de toutes les données dans le registre 25, en l'occurrence envi ron 350rs, le programme "interruption" du microprocesseur modifie le codage logique des sorties 30 et 31, interrompant aussi le chargement ; il est à noter que cette séquence de chargement a été, pour des raisons de clarté, considérablement dilatée sur la figure 2d. A partir du temps t3 (fig 2a), la tension Vb du conducteur 11 commence à décroître et lorsqu'elle atteint le seuil de 4,5 V, la sortie du comparateur 54 bascule, fermant les portes 26, 28 et 34, ouvrant l'interrupteur 50, et rendant conducteur le transistor 63 (RESET), (fig 2e). Parallèlement, la baisse de tension Vb du conducteur 11 provoque le blocage de la diode 21, maintenant ainsi la charge du condensateur 23 de forte valeur ; il en résulte que le registre 25 du type C MOS à très faible consommation spécifique reste alimenté sans possibilité de décharge fortuite par ses entrées et sorties de données en raison du blocage des portes 26 et 28. La baisse de tension Vb du conducteur 11 entraîne également le blocage de la diode 36, ce qui maintient pendant un certain laps de temps la charge du condensateur 38 alimentant par le conducteur 37 les comparateurs 39, 47 et 54. Au retour du courant, la tension VR au temps t4 (fig 2a) est suffisante pour que la tension Vb remonte à 4,5 V (fig 2b) alimentant de nouveau les comparateurs, ce qui entraîne en premier lieu l'ouverture des portes 26, 28 et 34 et la fermeture de l'interrupteur 50 (fig 2e). Par contre, le transistor 18 est maintenu bloqué par une tension positive appliquée à sa base depuis la sortie 16 du microprocesseur 15 (fig 2f) ; dans ces conditions, le condensateur 23 conserve la tension de charge qu'il avait au moment du retour du courant, cette tension étant appliquée via l'interrupteur 50 à l'entrée positive du comparateur -47. La valeur de la tension résiduelle du condensateur 23 au moment du retour du courant est bien évidemment fonction de la durée de l'interruption ; or, il existe une valeur minimale de tension d'alimentation du registre 25 en-deçà de laquelle la sauvegarde des données emmagasinées ne peut être assurée, par exemple 3 volts. Si la valeur résiduelle de la tension au moment du retour du courant est supérieure à cette valeur critique (points tiretés fig 2g), la sortie du comparateur 47 fournit au temps t4 à l'entrée 52 "validation" du microprocesseur 15 un niveau haut (fig 2h) qui va autoriser un processus de transfert des données sauvegardées contenues dans le registre 25 vers le microprocesseur 15 par la broche d'entrée 29, via la porte 28 (fig 2d). Dans le cas où la valeur de la tension résiduelle est inférieure au seuil de sécurité (pointillés fig 2g), la sortie du comparateur 47 reste au niveau "bas" (fig 2i) et le microprocesseur va être mis en position d'attente d'une nouvelle programmation. Le moment où le choix est fait entre ces deux possibilités se situe à l'instant t5 (fig 2a) où la sortie du comparateur 39 délivre de nouveau un niveau "haut" sur l'entrée 44 "interruption" du microprocesseur ; il importe donc que le transistor 18 soit encore bloqué à cet instant, ce qui est réalisé en retardant le moment où apparaît sur la sortie 16 du microprocesseur le signal de déblocage du transistor 18 (fig 2f) qui autorise la recharge du condensateur 23. Des dispositions sont prises pour faire face à certaines situations susceptibles de se présenter ; c'est ainsi qu'après le chargement des registres, le microprocesseur 15 reste sur une boucle d'attente d'environ une seconde au cas où une décroissance trop lente de la tension du secteur risquerait de rétablir le fonctionnement normal. Egalement, dans l'éventualité d'un retour erratique du courant, la réintégration des données stockées dans le registre vers le microprocesseur n'est effectuée également qu'après une boucle d'attente de une seconde. Après le retour du courant, et avant que la tension Vb alimentant le microprocesseur ne soit montée à une valeur suffisante, le niveau de sortie de la broche 16 peut prendre, de ce fait, des valeurs erratiques ; pour éviter le risque d'une recharge partielle du condensateur 23 par déblocage accidentel du transistor 18 avant que la valeur de tension résiduelle n'ait été prise en compte, la présence du condensateur 20 sur la base du transistor permet de maintenir ce dernier bloqué en polarisant positivement sa base lors de la montée de la tension Vb. La porte 34, bloquée dès que la tension Vb est inférieure à 4,5 V, empêche toute transmission sur l'entrée "horloge" du registre 25 de signaux erratiques pouvant affecter le contenu de celui-ci et résultant du fonctionnement aléatoire Bu microprocesseur 15 et du démultiplexeur 33 en. présence d'une tension d'alimentation insuffisante. L'interrupteur 24 de court-circuit du condensateur 23 est couplé mécaniquement avec l'interrupteur général "marchearrêt" (non représenté) de l'appareil, de telle façon qu'il se ferme après que les bornes 1 et 2 aient cessé d'être ali mentées, et qu'il s'ouvre avant que lesdites bornes ne soient reliées au réseau ; on évite ainsi qu'une coupure volontaire de l'appareil ne soit prise en compte par le dispositif au même titre qu'une interruption accidentelle de la distribution d'électricité. - REVENDICATIONS 1. Dispositif de sauvegarde des données d'un microprocesseur 15 en cas de coupure de courant, ledit micropro-cesseur étant alimenté à partir d'une source de tension continue comportant des moyens de redressement d'une tension alternative fournie à partir du réseau, un condensateur 9 de filtrage "amont", un circuit de régulation 10, et un condensateur 12 de filtrage "aval", caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de transfert des données du microprocesseur vers un registre à décalage 25 dont les broches d'alimentation sont branchées sur un condensateur réservoir 23, lesdits moyens étant actionnés à partir de la sortie d'un circuit comparateur 39 dont les deux entrées sont respectivement reliées aux condensateurs de filtrage "amont 9" et "aval 12" de la source de tension continue, et en ce qu'il comporte des moyens interrupteurs électroniques 26, 28, 34, 21 disposés, d'une part sur les conducteurs d'entrée-sortie et de commande du registre à décalage, et d'autre part entre le condensateur réservoir et la source de tension continue. 2. Dispositif de sauvegarde de données selon la reven#dication 1, caractérisé en ce que les moyens de transfert des données vers le registre à décalage 25 consistent en un circuit démultiplexeur 33 relié à des broches de sorties "horloge" 32 et codage 30, 31 du microprocesseur, une broche d'entrée "interruption" 4 étant reliée à la sortie du comparateur 39 spécifiée sous 1. 3. Dispositif de sauvegarde de données selon l'ensem- ble des revendications 1 et 2; caractérisé en ce qu'il comporte un deuxième circuit comparateur 47 dont une entrée est raccordée par un pont de résistances 48, 49 un condensateur réservoir 38 relié par une diode de blocage 36 à la source de tension continue, l'autre entrée étant raccordée par un interrupteur électronique 50 au condensateur réservoir 23, et la sortie étant reliée à une broche "validation" 52 du microprocesseur 15. 4. Dispositif de sauvegarde de données selon l'ensemble des revendications 1, 2 et 3, caractérisé en ce qu'il comporte un troisième circui- comparateur 54 dont une entrée est raccordée par un pont de résistances 57, 58 au condensateur réservoir 38, l'autre entrée étant reliée par un interrupteur électronique 50 au condensateur réservoir 23, et dont la sortie est réunie à l'entrée de commande de l'interrupteur électronique 50, aux entrées de commande des moyens interrupteurs 26,'28 et 34 et à la base du transistor 63 couple à une entrée de réenclenchement (RESET) du microprocesseur 15. 5. Dispositif de sauvegarde de données selon l'ensemble des revendications 1, 2, 3 et 4, caractérisé en ce que le condensateur réservoir 23 et sa diode de blocage 21 sont reliés à la source de tension continue 11 par le trajet collecteur-émetteur d'un transistor 18 dont la base est couplée à une broche de sortie 16 du microprocesseur 15. 6. Dispositif de sauvegarde de données selon l'ensemble des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le con condensateur réservoir 23 est shunté par un interrupteur 24 couplé mécaniquement avec l'interrupteur général "marchearrêt" de l'appareil équipé dudit dispositif.