CN101004698A - 微处理系统防止损坏的方法及其电路 - Google Patents

Abstract

本发明一种微处理系统防止损坏的方法及其电路，涉及电子技术领域，其特征是：CPU供电源低于微控器正常工作应需的最低要求供电压时，通过复位电路使CPU处于截止状态；与复位电路相关的存贮器供电，采用降压到存贮器应需的工作电压范围的最佳值。在开机启动或复位时序间，电源增设软启动功能和整机一律优先强制处于待机状态的电路；从CPU电源控制引出端，至电源ON/OFF切换电路，仅用一个控制管VH1，可实现开机启动或复位时序强制待机功能、电源ON/OFF切换电路功能、和实现待机或开机启动存贮器只读不写保护功能。具有电路最简洁可靠，成本最低，功能最多优点。

Description

微处理系统防止损坏的方法及其电路

技术领域

本发明涉及电子技术领域，特别涉及于微控器CPU系统有关复位存贮相关电路技术。

背景技术

微处理系统，以最常见的彩电为例说明如下：彩电微处理系统损坏的，最常见的是：彩电微控器CPU丢数据或数据错乱。已有技术复位电路，仅作为CPU开机启动后复位清零初始化程序控制，复位电路输出低电位零电压给复位端时，(多数集成芯片产品，如：东芝彩电集成电路TMP8879/8873)使CPU处于截止状态，仅微安级电流。此时关闭所有的程序。CPU复位完毕后，输出高电位电压给复位端时，CPU才能正常工作。CPU正常工作状态有毫安级电流。而已有技术是仅要求复位电路输出电压比CPU电源上升时序延迟一些，并没有要求在CPU工作电压上升到额定值范围，才能使CPU工作。比如：最常见5V供电的微控器CPU，正常供电压范围是4.75V至5.25V。复位电路输出低电位零电压给复位端时，使CPU处于截止状态，CPU复位完毕后，输出高电位电压给复位端时，CPU就能工作.所以常采用PNP型三极管，其基极偏置支路接入3.9V稳压管。当电压上升高约3.6V左右时，复位电路原由截止转为导通输出高电位给复位端。复位完毕后CPU和存贮器就能工作。CPU正常工作电压最低要求电压4.37V，此与复位完毕时CPU电压4.37V相差0.77V左右欠压工作状态时序。经研究发现：就在这相差0.77V时间欠压工作时序内，如果让CPU工作，易造成CPU数据错乱。如果在这相差0.77V左右时序内，如果再连锁使存储器或行扫描工作，就更容易出差错。

已有技术彩电现在几乎都采用集成电路总线控制的I2C，大规模集成电路，但是存贮器易数据错乱，甚至无法工作。造成CPU数据错乱，原因虽有多方面。其中上述一个原因：已有技术复位电路容易造成微控器供电源VCC还没有上升到稳定值时，复位电路复位完毕和存贮器就已工作。另外，

现在微控器CPU供电压、电流和功耗越来越小，所以电源控制指令端PR或其他指令端，输出高/低(1/0)指令电平，惟有通过该指令端外接上拉负载电阻接电源后才能实现，[其内部采用漏极或集电极对地短路才能输出低电平“0”，漏极或集电极对地断路时，惟有通过电源外接上拉电阻才能输出高电平“1”输出形式]。而现在广泛采用正常工作开关电源兼待机电源，而开关电源开机启动和复位过程时，往往因上述原因是先开机后待机且伴随着开机冲击声，然后按微控器CPU指令端执行是正常工作状态还是待机状态。所以CPU在复位时是否需要强制控制开关稳压电源处于待机状态还是开机状态？对造成CPU数据错乱也有很大影响。已有技术开机启动和复位过程时，都没有加有效的强制控制开关稳压电源处于待机状态的功能。相反，传统技术，电源切换电路，如果本应需CPU高电平“1”开机的、低电平“0”关机的，却“必须”相反搭配CPU高电平“1”待机、低电平“0”开机的指令才能正常工作。为此，需花成本，从CPU电源指令端增添多级三极管作为反相器并加阻容积分网络和加防开机削冲击声电路等，不仅增添了复杂电路成本，而且对开关电源兼待机电源切换不利，因为该电源切换电路需前后沿很陡的特发脉冲“0”或“1”电平，如果持有放大区的电平触发该电源切换电路处于临界状态时，就无法实现应需的待机或正常工作状态。易产生待机指示灯一亮一熄现象，和CPU稳压电源输入端电压异常升高现象。能否开拓更简洁有效的、且降本的方案防止彩电数据错乱？这是本创新要解决的问题。

发明内容

在微控器CPU供电源未上升到应需额定正常工作电压范围内时，不允许复位电路能通电工作，输出低电位零电压给复位端时，使CPU处于截止状态。为此：在已有复位电路基础上，在需复位时加入延长截止关断时间，等到微控器CPU供电源上升到应需额定正常工作电压范围内时，才能输出高电位电压给复位端时，才允许CPU能正常工作。总关机后当微控器CPU供电源开始下跌时，又提前再次复位，截止关断复位电路输出低电平零电压给复位端，使CPU处于截止状态，关闭所有的程序。

为了更好地防止CPU数据错乱。与复位电路相关的存贮器中供电，采用由电阻分压或二极管或稳压管降压到存贮器应需的工作电压范围的中间值或最低值叠加中间值范围的1/4处作为最佳值；尽量保持与复位电路同步工作或截止。

另外，必须在微控器CPU供电正常和正常复位后才能使行扫描电路工作。开机启动或复位间增设软启动功能和强制待机状态执行电路。

存贮器都带有写保护功能，可采用本创新的发挥待机切换电路又兼存贮器写保护功能执行电路。

上述方案可以单独或其相结合运用，并可通用于所有的电子电器领域。

附图说明

说明书附图共有4页14幅。[附图来源于真实实现彩电整机产品具体印制电路板(PCB)所对应的原理图。采用局部放大分项专门描述]。说明书附图，各元件所组合后功能名称、元件位号、和元件参数或代换范围，附图分别采用字体不一样的标记，可方便区分。特别是有多个元件组合连接后产生一定功能用方框虚线加大字体的数字编号或对映缩影方框图，更方便对照说明书解释。附图力求详细本创新相关的必备实质性特征的具体实施例。φ表示可变更或可拆端。“*”号依实际可调试变更参数。“：”表示可去除该元件。脉冲变压器原初级导通时，初次级感应极性同名端一律用黑园点·表示。普通三极管可优选代换成场效应管等。说明书和附图未注解的(特别是元件及其位号)，按法定或通行贯例解释。[电路元件、参数及其位号仅表示该整机产品原理图对映实物印刷电路板PCB中附图位号和元件有关属性BOM参数，并不都是针对本说明书而标记的，兼供本创新优选实施例具体产品参考]。图1是本创新的原理图中所对应的功能方框组成图。图2或图6是与创新相关的微控器CPU系统相关的复位电路和存贮器电路在整机电路中有关的局部图。图3是采用不同方式降压供电给存贮器实施例印刷板图。图4、图7、图8、图9、图10是开机启动时在CPU复位前，一律先强制整机处于待机状态电路，图7是图4更具体的实施例。图5是图7局部具体的实施例。图8、图9或图10是兼用本创新的其他电路(特别是电源切换电路)，直接利用存储器是否需要写保护功能的引出端WP，实现在复位期或待机时，存储器只读不写功能。图11加反相器后可代换图10功能，图12、图13加反相器后可代换图4、图7、图8、图9功能。图14是本创新微控器供电源和复位端电压和时间时序图。和已有技术作对比的有益效果。与电网不相牵连的冷底(电路)板公共端“地”⊥GND或⊥加其他标记等同简化⊥标记。不同附图中，含相同标记，具有同一对象，指功能或性能作用相同。Vcc可指任一电源高电位端，有时为了区分不同的Vcc，用5V-1，12V-1等不同的电源标记，可以是不同电源电压数值，同一附图中除Vcc外，相同附图标记者可以相连接。各图作用详见下文说明。

具体实施方式

下面结合附图示例详细说明实现本创新最好方式。前文已述或结合沿用已有技术或同理应变更等不再重述。

[图2示例]：一种微处理系统防止损坏的方法及其电路，包括有复位电路，所述复位电路包括有一个PNP型开关管A001，其基极偏置回路对地(⊥)之间依次连接电阻R022和稳压管VD005相串接的偏置电路，开机启动时，当微控器供电源由0V上升到额定值(如：5V)过程前，则复位电路稳压管VD005和开关管A001，要保持截止关断状态。输出低电位零电压给复位端时，使CPU处于截止状态。为此，稳压管VD005稳压值等于CPU供电正常应需最低电压值和开关管A001基射结导通时电压降之和。比如5V供电的CPU，最低要求供电压4.37V以上，开关管A001基射结从截止到刚导通时电压降约0.5V，所以选4.1V或4.2V、4.7V稳压管为佳。输出高电位电压给复位端时，CPU才能正常工作.总关机后当CPU电压下跌到最低正常工作电压时4.375V时，再次复位使开关管A001快速提前进入截止状态。

本创新突出优点：只有CPU供电压进入正常工作状态范围内才能使CPU工作。杜绝已有技术CPU供电压未正常时CPU已进入工作状态。

为了使存贮器更可靠工作，为此，[参见图2或图6或图3示例]：把往常存贮器供电源和CPU供电源合在一起，改进为存贮器可分别通过光线J020或J020A取源于CPU供电源5V-1或开关管A001集电极(即：复位电路输出端)，再通过串接稳压管D020构成降压电路供电给存贮器，存贮器供电压可调到规格书范围的中间值或最低值叠加中间值范围的1/4处作为最佳值。所述的稳压管降支路，也可由二极管D020整流电阻R020和电阻R024分压和电容C004滤波形成。本创新突出优点：存贮器不易损坏。

为了防止CPU在开机启动或关机后供电下跌不正常状态，行振荡级供电源HVCC采用软启动式，[图7示例]：由软启动式行振荡HOSC供电源(9)、行振荡供电欠压保护电路(16)工作/待机切换电路(5B)等构成，光电耦合器N2C输出端支路JW连接开关电源稳控环路。在串联放大调阻式稳压器中稳压调整管VH基极偏置电路，加大电阻R112阻值和电容C110容量，不仅延长稳压输出电压由低值缓升到稳态值过程，而且兼电子滤波器效果，减轻后级滤波电容容量，减轻稳压调整管回路开启浪涌冲击过流危害。而且更加有利于使行振荡在微控器CPU开机复位完毕后，才能通电工作。可由微控器CPU直接控制行振荡HOSC是否振荡，或：增设行欠压自动关断行扫描前置驱动脉冲信号(HDRIVE)的保护电路(16)，等到行振荡供电源HVCC上升到稳定值才能使行振荡HOSC开始工作。也可采用具体可参照[图5或图7示例]：其中图5示例中，由行扫描电路(6)和行振荡供电欠压保护电路(16)构成。如果微控器CPU直接控制行振荡HOSC是否振荡，可以去除行振荡供电欠压保护电路(16)。

为了降低串联放大调阻式稳压器功耗，就必须降低各串联放大调整管集射主支路电压降，[图7示例]：串联放大调整管集电极回路取源于较低电压供电源电容C4供电，(电容C4是主输出端电压0.125倍).而基极偏置回路采用双倍以上的较高电压电容C62供电。(电容C62是主输出端电压0.2375倍)。(附图0.125P和0.275P分别指该变压器绕组匝数和原级P比值)。

为了实现开机启动或微控器CPU开机复位时，一律先强制整机处于待机状态。根据现在微控器CPU电源控制指令端PR，输出高/低(1/0)指令电平，惟有通过外接上拉负载电阻接电源后才能实现控制电源指令，[即：其内部采用漏极或集电极对地短路才能输出低电平0、漏极或集电极对地断路时，惟有通过电源接上拉电阻才能输出高电平1输出形式]。为此：

开关电源兼待机电源的切换电路，如果需微控器CPU电源控制指令端PR都是低电平“O”开机ON，高电平“1”待机OFF功能的话。可参照图3、图4、图7、图8、图9示例改进。[图4或图7示例]：从微控器CPU电源指令端PR，通过分压式偏置电阻J910和R902H，连接控制管VH基极，把该电源切换电路的控制管VH基射结并联的下偏置电阻R902H，原是接地端，本创新改进为接到(CPU稳压前级的)电源12V-1正极；此还比连接电源5V-1要好些。本创新ON/OFF＝0/1，在待机“1”时，PR指令端电压等于控制管VH基射结电压降0.7V左右。开机仍为0V，而已有技术ON/OFF是0V/5V变化，如果已有技术线路长，难免有产生静电的危害，由于本创新PR指令端有旁路控制管VH基射结电压降0.7V左右兼作为抗静电保护，所以可靠性也提高。本创新电阻R902H接到(CPU稳压前级的)电源12V-1正极比接电源5V-1要好些，[因为开机启动时，供电源12V-1从0V开始上升不到2V时，就已处于强制待机状态，此电压处于开机启动各绕组电源上升率的16％左右，比稳定的待机状态下电压(占开机工作状态电压50％左右)，还要低，如果改为接供电源5V-1，由于滤波电容两端电压的延迟上升，如果偏置电阻R902H偏置电源上升到2V左右时，则其他电源上升超过50％]。可去除已有技术邻近CPU电源控制指令端PR必须要通过外接上拉电阻接电源才能输出高电平缺点。就能实现开机启动或CPU复位或待机指令时，一律先强制整机处于待机状态。可削除开机冲击声、行启动等现象。本创新可通用于所有的微控器CPU电源控制指令端PR(内部采用漏极或集电极断路高电位输出形式)。但是，

有的开关稳压电源DC ON/OFF切换电路，要求CPU电源控制端PR是高电平“1”开机、低电平“O”待机功能。可参图10示例改进。[图10示例]中，该电视中CPU电源控制指令端PR(由于内部采用漏极断路高电位输出形式)，通电光线或电阻J910直接连接控制管VH1基极，同时通过分压电阻R902HB和R902HA后，再连接(图2或图10示例的有关复位电路中开关管A001集电极端ARES，这样能使开机启动或复位时序中，控制管VH1基极自然一律优先处于低电平“O”强制待机状态；从开关管A001集电极可以通过电阻R902HA接存贮器复位端RESET；从微控器CPU复位端RESET，通过二极管VH12后连接于本创新的过载关机装置(另申请专利)，可实现过载关机功能，不过，建议：[图7示例]中，该二极管VH12正极最好直接通过串接稳压管W323支路，连接光电耦合器N2C输入端内含的发光二极管阴极为佳。(此时，复位电路中电阻R902HA可去除短接)。

已有技术存储器虽有写保护功能引出端，但需增添控制管和外围元件成本，所以该功能很少有厂商运用。能否兼用其他控制电路直接实现存储器写保护功能？为此：

可兼用本创新的图4或图7示例电路为基础，直接利用存储器是否需要写保护功能的引出端WP，实现在复位期或待机时，存储器只读不写功能。可参见图9示例。

[图9示例]：存贮器写保护引出端WP，在低电平“0”时具有可读可写功能，高电平“1”时，具有只读不写。为此，把图5示例的待机控制电路电阻R902H分呈两个电阻R902H1，R902H2，从中直接接存贮器写保护引出端WP，该存贮器写保护引出端WP可顺串二极管D020A后，接微控器CPU待机控制指令端PR，该指令端PR(DC：ON/OFF)是低电平“0”开机、高电平“1”待机，所以可实现存贮器在开机启动或复位间或待机时，使存贮器处于高电平“1”只读不写状态，正常工作后使存贮器处于低电平“0”可读可写状态功能。因此：本创新突出优点：可降低成本，提高性能，克服已有技术多数把该有写保护功能不利用缺点。

[图8示例]：写保护引出端WP是在低电平“0”时只读不写，在高电平“1”时可读可写功能。此于图5存贮器写保护引出端WP相反.所以可通过二极管D020A连接控制管VH1集电极或通过二极管D020B接有字符屏显或有同步信号指令端SN.可实现待机或非字符屏显或无信号状态时只读不写功能。

[图10示例]中：若需要高电平只读不写的写保护功能的存贮器，则可把该存贮器写保护功能引出脚WP，可直接连接控制管VH1集电极，实现待机或开机启动存贮器只读不写功能，(只有开机后才有可读可写功能)，图10中，如果该开关电源取样调节电路ASE采用采用KA431的话，则该二极管D020A负端最高电位低于5V，可去除该二极管D020A后短接不用，稳压管WST也可去除后短接不用。[开关电源取样调节电路ASE采用采用KA431的话，控制管VH1集电极也可参照相同于图7示例去更改]。

图12、图13加反相器后可代换图4、图7、图8、图9功能；图11加反相器后可代换图10功能。对比从图4至图10示例，可见：本创新从CPU电源控制引出端PR，至开关电源兼待机电源的切换电路，仅用一个控制管VH1，可实现开机启动或复位时序强制待机功能、开关电源兼待机电源的切换电路功能、和实现待机或开机启动存贮器只读不写保护功能。因此：本创新突出优点：电路最简洁可靠，成本最低，功能最多。

[图14示例]：开机启动和总关机后有关微控器CPU供电源电压和开机启动复位端电压和总关机再复位时，复位端电压。其中，X.H分别是已有技术和本创新启动复位端电压时间图，X2，H2分别表示已有技术和本创新关机复位端电压时序图。从中推出本创新唯有在CPU供电压正常范围内，CPU才能能电工作，否则处于截止状态。杜绝已有技术CPU供电压，未上升正常范围内，就能工作现象，有利于减少CPU开启或关机引起数据错乱现象。[图15示例]是整机局部有关的参考图。

本说明书中附图所有的位号和参数可以更改。如：CPU供电端位号5V-1，根据CPU实际需要，可以是5V，3.3V，1.8V等，供电端位号12V-1可以是14V左右。未特别说明的，有的位号元件，如：电阻等等可改为二极管等等其他元件。

本创新方案可以单独或其相结合运用。并可直接通用于所有的电子电器领域。特别对电视技术(包含任何显示技术产品)更适合。

Claims (10)

1.一种微处理系统防止损坏的方法及其电路，包括微控器(CPU)、复位电路、存储器、供电源及其控制电路和其他相关的电路，其特征在于：在微控器CPU供电源低于微控器正常工作应需的最低要求供电压时，通过复位电路使微控器CPU处于截止状态。

2.根据权利要求1所述的微处理系统防止损坏的方法及其电路，其特征在于：在开机启动或复位时序间，电源增设软启动功能和整机一律优先强制处于待机状态。

3.根据权利要求1所述的微处理系统防止损坏的方法及其电路，其特征在于：开机启动在需复位时，加入更加延长复位电路保持截止状态时间，等到微控器CPU供电源上升到应需额定正常工作电压范围内时，才能输出高电位电压“1”给复位端时，才允许CPU能正常工作；总关机后当微控器CPU供电源开始下跌时，又提前再次复位，截止关断复位电路输出低电平电压“0”给复位端(PESET)，使CPU处于截止状态，关闭所有的程序。

4.根据权利要求1所述的微处理系统防止损坏的方法及其电路，其特征在于：与复位电路相关的存贮器供电，采用由电阻分压或二极管或稳压管降压到存贮器应需的工作电压范围的中间值或最低值叠加中间值范围的1/4处作为最佳值；所述存贮器供电取源于CPU供电端(5V-1)或开关管(A001)集电极(ARES)；任可通过串接稳压管D020支路降压后直接供电给存贮器，或：通过用二极管(D020)整流、电阻(R020)和电阻(R024)分压和电容(C004)滤波形成降压后供电给存贮器。

5.根据权利要求2所述的微处理系统防止损坏的方法及其电路，其特征是：电源工作/待机(ON/OFF)的切换电路，若要求CPU电源控制端PR指令是：ON/OFF＝0/1时，则电源工作/待机(ON/OFF)的切换电路中的控制管VH1基极，通过偏置电阻(R902H或R902H1、R902H2)接电源(12V-1)正极。

6.根据权利要求2所述的微处理系统防止损坏的方法及其电路，其特征是：电源工作/待机(ON/OFF)的切换电路，若要求CPU电源控制端PR指令是：ON/OFF＝1/0时，则电源工作/待机(ON/OFF)的切换电路中的控制管VH1基极，通过偏置电阻(R902HB)接CPU复位端(RESET)。

7.根据权利要求2或6所述的微处理系统防止损坏的方法及其电路，其特征是：电源工作/待机的切换电路中的控制管(VH1)基极，还可以通过偏置分压电阻(R902H1、R902H2)相邻处，接存储器写保护端WP，并从存储器写保护端WP，通过二极管(D020A)接CPU电源控制指令端PR，使电源工作/待机切换电路又兼存贮器写保护功能执行电路，实现在复位期或待机时，存储器只读不写功能。

8.根据权利要求2或8所述的微处理系统防止损坏的方法及其电路，其特征是：存储器写保护端WP，通过二极管(D020A)连接于电源工作/待机的切换电路中的控制管(VH1)集电极，使待机切换电路又兼存贮器写保护功能执行电路，实现在复位期或待机时，存储器只读不写功能。

9.根据权利要求2所述的微处理系统防止损坏的方法及其电路，其特征是：所有的供电源，特别是行振荡级供电源(HVCC)采用软启动式，在串联放大调阻式稳压器中稳压调整管(VH)基极偏置电路，加大电阻(R112)阻值和电容(C110)容量，不仅延长稳压输出电压由低值缓升到稳态值过程，而且兼电子滤波器效果，减轻后级滤波电容容量，减轻稳压调整管回路开启浪涌冲击过流危害；而且更加有利于使行振荡(HOSC)在微控器(CPU)开机复位完毕后，才能通电工作；可由微控器(CPU)直接控制行振荡(HOSC)是否振荡，或：增设行欠压自动关断行扫描前置驱动脉冲信号(H DRIVE)的保护电路(16)，等到行振荡供电源(HVCC)上升到稳定值，才能使行振荡(HOSC)开始工作。

10.根据权利要求2或6或9所述的微处理系统防止损坏的方法及其电路，其特征是：从CPU电源控制引出端(PR)，至工作兼待机电源的切换电路，仅用一个控制管(VH1)，可实现开机启动或复位时序强制待机功能、开关电源兼待机电源的切换电路功能、和实现待机或开机启动存贮器只读不写保护功能。

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