基于PSoC的單鍵開(kāi)關(guān)機(jī)和自動(dòng)關(guān)機(jī)方案

　　摘要： 本 文介紹了一種基于Cypress(賽普拉斯)的8位PSoC芯片的單鍵開(kāi)關(guān)機(jī)和自動(dòng)關(guān)機(jī)實(shí)現(xiàn)方案。采用該方案的應(yīng)用系統(tǒng)具有開(kāi)關(guān)機(jī)電路簡(jiǎn)單，操作方便，系統(tǒng)功耗低等優(yōu)點(diǎn)。

　　關(guān)鍵詞： PSoC;單鍵開(kāi)關(guān)機(jī);自動(dòng)關(guān)機(jī);功耗

　　引言

　　一種行之有效的功耗降低方法是給產(chǎn)品添加自動(dòng)關(guān)機(jī)電路和單鍵開(kāi)關(guān)機(jī)電路，使得系統(tǒng)在預(yù)先設(shè)定的時(shí)間里檢測(cè)到無(wú)外部操作時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)關(guān)斷電源電路，從而確保系統(tǒng)非工作狀態(tài)時(shí)實(shí)現(xiàn)真正的零功耗;同時(shí)單鍵開(kāi)關(guān)機(jī)電路使得操作者能方便地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)機(jī)操作。本文正是基于這個(gè)思想介紹了一種基于賽普拉斯PSoC芯片的單鍵開(kāi)關(guān)機(jī)和自動(dòng)關(guān)機(jī)的方案實(shí)現(xiàn)。該方案具有電路簡(jiǎn)單，成本低廉，操作方便，軟件代碼少，關(guān)機(jī)功耗低，可方便地集成于PSoC便攜式電子產(chǎn)品中實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)低功耗目的。

　　PSoC

　　PSoC(Programmable system on chip,可編程片上系統(tǒng))是Cypress半導(dǎo)體有限公司生產(chǎn)的的可編程片上系統(tǒng)芯片。它主要由8位微處理器，可編程模擬模塊和數(shù)字模塊，外加硬件乘法累加器，I2C，F(xiàn)lash，SRAM，睡眠定時(shí)器等周邊外圍模塊組成。

　　因此，PSoC除了能實(shí)現(xiàn)一般MCU的功能外，還可通過(guò)可編程模擬和數(shù)字模塊靈活地實(shí)現(xiàn)單芯片電子產(chǎn)品系統(tǒng)所需的模擬與數(shù)字外圍功能。為了方便用戶(hù)簡(jiǎn)單而快速地實(shí)現(xiàn)模擬數(shù)字外圍功能的設(shè)計(jì)，Cypress基于可編程數(shù)字模擬模塊構(gòu)建了大量的用戶(hù)模塊，如可編程運(yùn)算放大器、比較器、6~14位的A/D和D/A轉(zhuǎn)換器、濾波器、8/16 /24/32位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、脈寬調(diào)制器、觸摸感應(yīng)等模塊。這些用戶(hù)模塊將PSoC內(nèi)部的寄存器配置、數(shù)字模塊和模擬模塊之間的內(nèi)部連線(xiàn)、底層API(應(yīng)用程序接口)函數(shù)都已設(shè)計(jì)好了。當(dāng)用戶(hù)需要某個(gè)數(shù)字模擬外圍功能時(shí)，只需要簡(jiǎn)單地調(diào)用相應(yīng)的用戶(hù)模塊即可實(shí)現(xiàn)。

　　單鍵開(kāi)關(guān)機(jī)和自動(dòng)關(guān)機(jī)電路

　　圖1是基于PSoC芯片為控制核心而設(shè)計(jì)的一種簡(jiǎn)單的單鍵開(kāi)關(guān)機(jī)和自動(dòng)關(guān)機(jī)電路，該電路所需占用PSoC的硬件資源是兩個(gè)I/O口：ON/OFF和PWR_CTRL。ON/OFF是輸入口，用來(lái)檢測(cè)開(kāi)關(guān)SW1動(dòng)作情況;PWR_CTRL是輸出口，用來(lái)控制電源的開(kāi)與關(guān)。SW1是整個(gè)電路的輸入控制開(kāi)關(guān)。下面將詳細(xì)介紹該電路的單鍵開(kāi)機(jī)、單鍵關(guān)機(jī)和自動(dòng)關(guān)機(jī)的工作原理。

圖1 單鍵開(kāi)關(guān)機(jī)和自動(dòng)關(guān)機(jī)電路

　　開(kāi)機(jī)工作原理：當(dāng)系統(tǒng)處于關(guān)機(jī)狀態(tài)時(shí)，開(kāi)關(guān)SW1按下，PMOS管Q1的柵極電壓由9V電池電壓經(jīng)R1、R3分壓后由原來(lái)的9V變?yōu)?.5V，而Q1的源極電壓為9V輸入，Vgs=Vg-Vs=4.5-9=-4.5V，Q1從而導(dǎo)通，使得Vin近似于等于輸入電源電壓，Vin再經(jīng)過(guò)后面的LDO或DC-DC電源芯片變換成系統(tǒng)所需要的電源電壓VDD，使產(chǎn)品后面的系統(tǒng)開(kāi)始工作;然后在系統(tǒng)一開(kāi)始上電工作時(shí)，PSoC通過(guò)PWR_CTRL輸出I/O口輸出高電平信號(hào)，Q2的漏極變?yōu)榈碗娖?，從而將Q1的柵極鎖定成低電平狀態(tài)，這樣確保在SW1開(kāi)關(guān)按鈕釋放后，Vsg仍大于PMOS管Q1的導(dǎo)通開(kāi)啟電壓，從而使得電池電壓能穩(wěn)定送到后面的產(chǎn)品系統(tǒng)電路中實(shí)現(xiàn)供電。

　　關(guān)機(jī)工作原理：當(dāng)系統(tǒng)開(kāi)機(jī)后無(wú)開(kāi)關(guān)SW1按下的情況時(shí)，PSoC輸入口ON/OFF由于電阻R2上拉至VDD的原因一直是高電平狀態(tài)。當(dāng)開(kāi)關(guān)SW1突然按下時(shí)，二極管D1的負(fù)端變?yōu)榱汶娖剑琌N/OFF輸入電平就會(huì)由原來(lái)的VDD高電平狀態(tài)，變?yōu)槎O管正向電壓電平0.6V低電平狀態(tài)。ON/OFF輸入口的這種電平狀態(tài)突變會(huì)使得PSoC產(chǎn)生I/O口中斷，執(zhí)行關(guān)機(jī)中斷處理：設(shè)置PWR_CTRL口輸出為0電平信號(hào)。當(dāng)PWR_CTRL=0時(shí)，Q2的漏極為高電平信號(hào)，Q1的柵極電壓也隨之變?yōu)?V電平，Vgs變?yōu)?V，PMOS管Q1關(guān)閉，從而將電池電壓與輸入電壓Vin通路切斷，實(shí)現(xiàn)關(guān)機(jī)功能。

　　自動(dòng)關(guān)機(jī)工作原理：PSoC內(nèi)的MCU不斷檢測(cè)外部輸入操作，當(dāng)一旦檢測(cè)到無(wú)外部操作超過(guò)預(yù)先設(shè)定的時(shí)間，PSoC將輸出PWR_CTRL口置為0，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)關(guān)機(jī)功能。至于時(shí)間定時(shí)功能，PSoC芯片可有多種實(shí)現(xiàn)方式，例如可以通過(guò)由可編程數(shù)字模塊構(gòu)造的硬件定時(shí)器用戶(hù)模塊實(shí)現(xiàn)，也可以通過(guò)PSoC芯片內(nèi)本身集成的睡眠定時(shí)器，或者通過(guò)軟件計(jì)數(shù)定時(shí)等實(shí)現(xiàn)。

　　單鍵開(kāi)關(guān)機(jī)和自動(dòng)關(guān)機(jī)軟件

　　中斷處理子程序

　　ON/OFF輸入I/O口中斷處理：

　　Set PWR_CTRL=0;

　　Ret

　　定時(shí)器中斷處理：

　　Set PWR_CTRL=0;

　　Ret

　　單鍵開(kāi)關(guān)機(jī)和自動(dòng)關(guān)機(jī)軟件流程如圖2所示，要實(shí)現(xiàn)單鍵開(kāi)機(jī)，在軟件上只需要在程序最開(kāi)始執(zhí)行處添加一條將PWR_CTRL置 為“1”的語(yǔ)句即可;要實(shí)現(xiàn)單鍵關(guān)機(jī)，只需要在I/O中斷服務(wù)處理程序里，添加一條將PWR_CTRL置為 “0”的語(yǔ)句;要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)關(guān)機(jī)，只需打開(kāi)睡眠定時(shí)器或利用PSoC內(nèi)的由可編程數(shù)字模塊構(gòu)成的定時(shí)器用戶(hù)模塊實(shí)現(xiàn)定時(shí)功能，然后再在定時(shí)中斷里添加一條將PWR_CTRL置為 “0”的語(yǔ)句。

圖2 單鍵開(kāi)關(guān)機(jī)和自動(dòng)關(guān)機(jī)軟件流程

　　結(jié)語(yǔ)

　　該方案具有電路簡(jiǎn)單，成本低廉，操作方便，軟件代碼少，關(guān)機(jī)功耗低，可方便地集成于PSoC便攜式電子產(chǎn)品中實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)低功耗目的。

　　參考文獻(xiàn)：

　　1. 王瑩，‘不與摩爾定律較勁’，電子產(chǎn)品世界，2008.1