CN102882496B - 具有开关检测和微控制器复位功能的电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有开关检测和微控制器复位功能的电路，其包括外部开关S1、电流型控制开关S2、受控电子开关Q1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第一电容C1、第二电容C2和微控制器；外部开关S1的开关状态会影响第一电容C1和第二电容C2的电压值，第一电容C1的电压值变化会引起微控制器的唤醒和复位，第二电容C2的电压值变化反映了外部开关S1的开关状态。本发明具有开关检测和微控制器复位功能的电路能够实现外部开关状态检测功能和微控制器复位唤醒功能，电路结构简单可靠，简化了电路板的设计工作。
Description
技术领域
本发明涉及电子技术领域，尤其涉及一种具有开关检测和微控制器复位功能的电路。
背景技术
在电动摩托车的开发过程中，电池管理系统需要通过检测外部开关的状态(通常是用户的钥匙信号)来启动或关闭电池组的放电功能，从而控制摩托车的动力输出。
在用户断开开关(钥匙)后，电池管理系统为了降低车辆在静置状态下的功耗，会在做必要的检测和数据记录之后进入休眠状态。当用户重新闭合开关后，需要一种电路，将电池管理系统的微控制器立即从休眠状态唤醒，同时为了提升可靠性，每一次唤醒之后，程序都需要复位运行，完成系统的自检，并检测外部开关是否一直处于闭合状态，从而在完成自检之后确定是否需要启动电池组的放电功能。
目前，为了实现上述的外部开关状态检测及微控制器复位功能，通常需要设计两个独立的电路：一个是微控制器复位唤醒电路；另一个外部开关状态检测电路。这种电路的结构复杂，增加了电路板设计工作的难度。
发明内容
本发明的发明目的在于：提出一种具有开关检测和微控制器复位功能的电路，电路结构简单可靠，能够简化电路板的设计工作。
为了实现上述发明目的，本发明提供了一种具有开关检测和微控制器复位功能的电路，其包括外部开关S1、电流型控制开关S2、受控电子开关Q1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第一电容C1、第二电容C2和微控制器；
外部开关S1、第一电阻R1和电流型控制开关S2的原边串联，所组成的串联电路连接在第一电源VCC1和接地点之间；
第二电阻R2的第一端连接第二电源VCC2，第二电阻R2的第二端连接电流型控制开关S2的副边的第一输出端，电流型控制开关S2的副边的第二输出端连接第三电阻R3的第一端，第三电阻R3的第二端接地；第二电容C2的第一端连接第三电阻R3的第一端，第二电容C2的第二端接地，第二电容C2的第一端还与所述微控制器的I/O引脚电连接；
第四电阻R4的第一端连接第二电源VCC2，第四电阻R4的第二端连接所述微控制器的复位引脚，第四电阻R4的第二端还连接第一电容C1的第一端，第一电容C1的第二端接地；
受控电子开关Q1的受控端与所述电流型控制开关S2的副边的第一输出端电连接，受控电子开关Q1的开关端第一极与所述第四电阻R4的第二端电连接，受控电子开关Q1的开关端第二极与接地点电连接。
本发明具有开关检测和微控制器复位功能的电路，外部开关S1的开关状态会影响第一电容C1和第二电容C2的电压值，第一电容C1的电压值变化会引起微控制器的唤醒和复位，而第二电容C2的电压值变化能够反映外部开关S1的开关状态，从而实现外部开关状态检测功能和微控制器复位唤醒功能。本发明的电路结构简单可靠，简化了电路板的设计工作。
作为本发明具有开关检测和微控制器复位功能的电路的一种改进，所述受控电子开关Q1的受控端与所述电流型控制开关S2的副边的第一输出端电连接，包括：
所述受控电子开关Q1的受控端通过第五电阻R5连接到所述电流型控制开关S2的副边的第一输出端。
作为本发明具有开关检测和微控制器复位功能的电路的一种改进，所述受控电子开关Q1的开关端第一极与所述第四电阻R4的第二端电连接，受控电子开关Q1的开关端第二极与接地点电连接，包括：
所述受控电子开关Q1的开关端第一极通过第六电阻R6连接到所述第四电阻R4的第二端，所述受控电子开关Q1的开关端第二极通过第七电阻R7连接到接地点。
作为本发明具有开关检测和微控制器复位功能的电路的一种改进，所述第二电容C2的第一端还与所述微控制器的I/O引脚电连接，包括：
所述第二电容C2的第一端通过第八电阻R8连接到所述微控制器的I/O引脚。
作为本发明具有开关检测和微控制器复位功能的电路的一种改进，所述外部开关S1是受用户控制的开关，为机械触点开关或电子开关。
作为本发明具有开关检测和微控制器复位功能的电路的一种改进，所述电流型控制开关S2为光电耦合器。
作为本发明具有开关检测和微控制器复位功能的电路的一种改进，所述受控电子开关Q1为双极结型晶体管、金属-氧化层-半导体-场效晶体管或结型场效应晶体管。
作为本发明具有开关检测和微控制器复位功能的电路的一种改进，所述第一电阻R1是单个独立的电阻，或者是多个电阻的串并联组合体；
所述第二电阻R2是单个独立的电阻，或者是多个电阻的串并联组合体；
所述第三电阻R3是单个独立的电阻，或者是多个电阻的串并联组合体；
所述第四电阻R4是单个独立的电阻，或者是多个电阻的串并联组合体；
所述第五电阻R5是单个独立的电阻，或者是多个电阻的串并联组合体；
所述第六电阻R6是单个独立的电阻，或者是多个电阻的串并联组合体；
所述第七电阻R7是单个独立的电阻，或者是多个电阻的串并联组合体；
所述第八电阻R8是单个独立的电阻，或者是多个电阻的串并联组合体。
作为本发明具有开关检测和微控制器复位功能的电路的一种改进，所述第一电容C1是单个独立的电容，或者是多个电容的串并联组合体；
所述第二电容C2是单个独立的电容，或者是多个电容的串并联组合体。
作为本发明具有开关检测和微控制器复位功能的电路的一种改进，所述微控制器是包含处理器的智能芯片或集成电路，所述微控制器的复位引脚为低电平有效。
附图说明
以下结合附图和具体实施方式，对本发明具有开关检测和微控制器复位功能的电路及其有益技术效果进行详细说明，其中：
图1是本发明提供的具有开关检测和微控制器复位功能的电路的一个实施例的结构示意图。
图2是本发明提供的具有开关检测和微控制器复位功能的电路的另一个实施例的结构示意图。
图3是图1所示的具有开关检测和微控制器复位功能的电路的工作电压波形原理图。
具体实施方式
为了使本发明的发明目的、技术方案和有益技术效果更加清晰，以下结合附图和具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本发明，并不是为了限定本发明。
请参见图1所示，是本发明提供的具有开关检测和微控制器复位功能的电路的一个实施例的结构示意图。
本实施例提供的具有开关检测和微控制器复位功能的电路，包括外部开关S1、电流型控制开关S2、受控电子开关Q1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第一电容C1、第二电容C2和微控制器。
其中，外部开关S1、第一电阻R1和电流型控制开关S2的原边串联，所组成的串联电路连接在第一电源VCC1和接地点之间。例如，仅以图1所示的电路为例，第一电阻R1的第一端连接第一电源VCC1，第一电阻R1的第二端连接电流型控制开关S2的原边的第一输入端，电流型控制开关S2的原边的第二输入端连接外部开关S1的第一端，外部开关S1的第二端接地。需要说明的是，本发明只要满足外部开关S1、第一电阻R1和电流型控制开关S2三者串联的关系即可，并不限定三者串联的顺序。
第二电阻R2的第一端连接第二电源VCC2，第二电阻R2的第二端连接电流型控制开关S2的副边的第一输出端，电流型控制开关S2的副边的第二输出端连接第三电阻R3的第一端，第三电阻R3的第二端接地；第二电容C2的第一端连接第三电阻R3的第一端，第二电容C2的第二端接地，第二电容C2的第一端还与所述微控制器的I/O引脚电连接。
第四电阻R4的第一端连接第二电源VCC2，第四电阻R4的第二端连接微控制器的复位引脚RESET，第四电阻R4的第二端还连接第一电容C1的第一端，第一电容C1的第二端接地。
受控电子开关Q1的受控端与电流型控制开关S2的副边的第一输出端电连接，受控电子开关Q1的开关端第一极与第四电阻R4的第二端电连接，受控电子开关Q1的开关端第二极与接地点电连接。
其中，第三电阻R3的阻值远大于第二电阻R2的阻值。
可选的，上述受控电子开关Q1的受控端与电流型控制开关S2的副边的第一输出端电连接，包括：如图1所示，受控电子开关Q1的受控端通过第五电阻R5连接到电流型控制开关S2的副边的第一输出端。
需要说明的是，第五电阻R5并不是必须的，在不影响电路正常工作的情况下可以取消第五电阻R5的设计。
请参见图2所示，是本发明提供的具有开关检测和微控制器复位功能的电路的另一个实施例的结构示意图。
上述受控电子开关Q1的开关端第一极与第四电阻R4的第二端电连接，受控电子开关Q1的开关端第二极与接地点电连接，包括：如图2所示，受控电子开关Q1的开关端第一极通过第六电阻R6连接到第四电阻R4的第二端，受控电子开关Q1的开关端第二极通过第七电阻R7连接到接地点。
上述第二电容C2的第一端还与所述微控制器的I/O引脚电连接，包括：如图2所示，第二电容C2的第一端通过第八电阻R8连接到所述微控制器的I/O引脚。
同理，第六电阻R6、第七电阻R7和第八电阻R8并不是必须的，在不影响电路正常工作的情况下可以取消第六电阻R6、第七电阻R7和第八电阻R8的设计。
上述外部开关S1是受用户控制的开关，为机械触点开关或电子开关。
上述电流型控制开关S2为光电耦合器，或者是其他具有类似功能的受控型器件。
上述受控电子开关Q1为双极结型晶体管(BJT)、金属-氧化层-半导体-场效晶体管(MOSFET)或结型场效应晶体管(JFET)，还可以是其他电子类开关。
上述第一电阻R1是单个独立的电阻，或者是多个电阻的串并联组合体。
上述第二电阻R2是单个独立的电阻，或者是多个电阻的串并联组合体。
上述第三电阻R3是单个独立的电阻，或者是多个电阻的串并联组合体。
上述第四电阻R4是单个独立的电阻，或者是多个电阻的串并联组合体。
上述第五电阻R5是单个独立的电阻，或者是多个电阻的串并联组合体。
上述第六电阻R6是单个独立的电阻，或者是多个电阻的串并联组合体。
上述第七电阻R7是单个独立的电阻，或者是多个电阻的串并联组合体。
上述第八电阻R8是单个独立的电阻，或者是多个电阻的串并联组合体。
上述第一电容C1是单个独立的电容，或者是多个电容的串并联组合体。
上述第二电容C2是单个独立的电容，或者是多个电容的串并联组合体。
上述微控制器是包含处理器的智能芯片或集成电路，微控制器的复位引脚为低电平有效。上述微控制器能够植入嵌入式软件，完成对外部系统(例如电池管理系统)的控制功能。
需要说明的是，图1和图2所示的具有开关检测和微控制器复位功能的电路仅以电流型控制开关S2采用光电耦合器，受控电子开关Q1采用PNP型双极结型晶体管为例，以方便描述。具体的，当受控电子开关Q1采用PNP型双极结型晶体管时，该晶体管的基极为受控端，该晶体管的发射极为开关端第一极，该晶体管的集电极为开关端第二极。
本发明实施例提供的具有开关检测和微控制器复位功能的电路，外部开关S1的开关状态会影响第一电容C1和第二电容C2的电压值，第一电容C1的电压值变化会引起微控制器的唤醒和复位，第二电容C2的电压值变化能够反映外部开关S1的开关状态，从而实现外部开关状态检测功能和微控制器复位唤醒功能。
下面仅以图1所示的具有开关检测和微控制器复位功能的电路为例，对电路的工作原理进行详细描述。
在外部开关S1闭合的瞬间，电流型控制开关S2(即光电耦合器)的原边的二极管产生足够大的电流，并通过光电效应使得副边的光电三极管导通。根据电容电压不能突变的原理，第二电容C2的电压在初始时刻为0，这将导致受控电子开关Q1在电流型控制开关S2的光电三极管导通后随之导通，第一电容C1所存储的电荷通过受控电子开关Q1泄放，使第一电容C1的电压降低到较低的值，此时，微控制器因其复位引脚RESET为低电平而产生复位信号，微控制器被唤醒，程序复位运行。
由于第三电阻R3的阻值远大于第二电阻R2的阻值，使得第二电容C2的电压逐渐上升，并逐渐接近VCC2，最终导致受控电子开关Q1截止，第一电容C1重新通过VCC2和第四电阻R4进行充电，其电压值逐渐上升至VCC2，在此过程中微控制器的复位信号消失，程序脱离复位状态。
当外部开关S1闭合的初始阶段完成后，外部开关S1处于稳定闭合时，第二电容C2的电压始终为高电平。此时，微控制器检测到I/O引脚为高电平，判定外部开关S1处于稳定闭合状态，可以启动相应的控制任务。
当外部开关S1断开时，电流型控制开关S2的光电三极管截止，第二电容C2将通过第三电阻R3放电，其电压逐渐下降至低电平。此时，微控制器检测到I/O引脚为低电平，判定外部开关S1处于断开状态，可以停止相应的功能操作。
具体实施时，本实施例提供的具有开关检测和微控制器复位功能的电路可以应用到电池管理系统中，当微控制器的复位引脚RESET为低电平时，完成电池管理系统的唤醒和复位。当微控制器根据I/O引脚的电平变化，判定外部开关S1处于稳定闭合状态时，允许电池组放电，给车辆提供动力。当微控制器判定外部开关S1处于断开状态时，停止电池组的放电功能，从而实现对电池组放电功能的控制。此外，当微控制器检测到I/O引脚长时间处于低电平时，电池管理系统进入休眠状态。
请参见图3所示，是图1所示的具有开关检测和微控制器复位功能的电路的工作电压波形原理图。本实施例仅以电池管理系统的应用场景为例进行描述，其中，VA是图1所示电路中的A点的电压，即第一电容C1的电压；VB是图1所示电路中的B点的电压，即第二电容C2的电压；VC是图1所示电路中的C点的电压；VRESET(th)是微控制器的复位引脚低电平有效的门槛电压值；VCA是A点和C点之间的压差。
(1)在t1时刻之前，第一电容C1的电压VA等于VCC2，第二电容C2的电压VB等于0V。
(2)在t1时刻，外部开关S1闭合，电流型控制开关S2的原边的二极管有电流流过，通过光电效应使得副边的光电三极管导通。此时，VCC2通过第二电阻R2和电流型控制开关S2的光电三极管对第二电容C2进行充电，第二电容C2的电压VB逐渐上升。具体实施时，需要选择合理参数，保证t1时刻电流型控制开关S2的光电三极管饱和导通，此时C点的电压VC接近于VB，即VC≈0V，因此A点和C点之间的压差VCA≈VCC2，此压差使得受控电子开关Q1导通，第一电容C1通过受控电子开关Q1快速放电，第一电容C1的电压从VCC2下降到接近于0V。
(3)随着第二电容C2的电压逐渐上升，C点电压也逐渐上升。t2时刻，当VC上升到一定值，A点和C点之间的压差VCA已经不足以维持受控电子开关Q1的导通，则此时受控电子开关Q1关断，VCC2通过第四电阻R4对第一电容C1进行充电，第一电容C1的电压值逐渐上升至VCC2。
(4)当微控制器的复位引脚RESET的电压值低于VRESET(th)时，微控制器内部产生复位信号，微控制器从休眠模式被唤醒，程序复位运行。其中，VA的值低于VRESET(th)的时间必须大于有效的复位时间，以确保微控制器能够可靠复位。
(5)当第二电容C2的电压VB上升到一定值时，微控制器检测到I/O引脚的电平为高电平，从而闭合电池管理系统内部的电池组放电开关，允许电力输出，用户可进入车辆行驶模式。
(6)t3时刻，外部开关S1断开，电流型控制开关S2的原边的二极管截止，电流型控制开关S2的副边的三极管因失去激励源而关闭，第二电容C2和第三电阻R3形成一个放电回路，第二电容C2的电压从高电平逐渐降低到0V。微控制器在检测到VB的电压为低电平时，关闭电池组的放电功能，并在完成必要的检测和数据记录后进入休眠模式。
相对于现有及时，本发明具有开关检测和微控制器复位功能的电路中，外部开关S1的开关状态会影响第一电容C1和第二电容C2的电压值，第一电容C1的电压值变化会引起微控制器的唤醒和复位，第二电容C2的电压值变化能够反映外部开关S1的开关状态，从而实现外部开关状态检测功能和微控制器复位唤醒功能，本发明的电路结构简单可靠，简化了电路板的设计工作。
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。
Claims (10)
1.一种具有开关检测和微控制器复位功能的电路，其特征在于，包括外部开关S1、电流型控制开关S2、受控电子开关Q1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第一电容C1、第二电容C2和微控制器；
外部开关S1、第一电阻R1和电流型控制开关S2的原边串联，所组成的串联电路连接在第一电源VCC1和接地点之间；
第二电阻R2的第一端连接第二电源VCC2，第二电阻R2的第二端连接电流型控制开关S2的副边的第一输出端，电流型控制开关S2的副边的第二输出端连接第三电阻R3的第一端，第三电阻R3的第二端接地；第二电容C2的第一端连接第三电阻R3的第一端，第二电容C2的第二端接地，第二电容C2的第一端还与所述微控制器的I/O引脚电连接；
第四电阻R4的第一端连接第二电源VCC2，第四电阻R4的第二端连接所述微控制器的复位引脚，第四电阻R4的第二端还连接第一电容C1的第一端，第一电容C1的第二端接地；
受控电子开关Q1的受控端与所述电流型控制开关S2的副边的第一输出端电连接，受控电子开关Q1的开关端第一极与所述第四电阻R4的第二端电连接，受控电子开关Q1的开关端第二极与接地点电连接；
外部开关S1闭合，受控电子开关Q1导通，第一电容C1的电压降低使微控制器的复位引脚为低电平，微控制器复位；由于第三电阻R3的阻值远大于第二电阻R2的阻值，第二电容C2的电压逐渐上升导致受控电子开关Q1截止，第一电容C1重新充电至VCC2，微控制器的复位信号消失；外部开关S1稳定闭合时，第二电容C2的电压始终为高电平，微控制器检测到I/O引脚为高电平，判定外部开关S1处于稳定闭合状态。
2.根据权利要求1所述的具有开关检测和微控制器复位功能的电路，其特征在于，所述受控电子开关Q1的受控端与所述电流型控制开关S2的副边的第一输出端电连接，包括：
所述受控电子开关Q1的受控端通过第五电阻R5连接到所述电流型控制开关S2的副边的第一输出端。
3.根据权利要求2所述的具有开关检测和微控制器复位功能的电路，其特征在于，所述受控电子开关Q1的开关端第一极与所述第四电阻R4的第二端电连接，受控电子开关Q1的开关端第二极与接地点电连接，包括：
所述受控电子开关Q1的开关端第一极通过第六电阻R6连接到所述第四电阻R4的第二端，所述受控电子开关Q1的开关端第二极通过第七电阻R7连接到接地点。
4.根据权利要求3所述的具有开关检测和微控制器复位功能的电路，其特征在于，所述第二电容C2的第一端还与所述微控制器的I/O引脚电连接，包括：
所述第二电容C2的第一端通过第八电阻R8连接到所述微控制器的I/O引脚。
5.根据权利要求1所述的具有开关检测和微控制器复位功能的电路，其特征在于，所述外部开关S1是受用户控制的开关，为机械触点开关或电子开关。
6.根据权利要求1所述的具有开关检测和微控制器复位功能的电路，其特征在于，所述电流型控制开关S2为光电耦合器。
7.根据权利要求1所述的具有开关检测和微控制器复位功能的电路，其特征在于，所述受控电子开关Q1为双极结型晶体管、金属-氧化层-半导体-场效晶体管或结型场效应晶体管。
8.根据权利要求4所述的具有开关检测和微控制器复位功能的电路，其特征在于，所述第一电阻R1是单个独立的电阻，或者是多个电阻的串并联组合体；
所述第二电阻R2是单个独立的电阻，或者是多个电阻的串并联组合体；
所述第三电阻R3是单个独立的电阻，或者是多个电阻的串并联组合体；
所述第四电阻R4是单个独立的电阻，或者是多个电阻的串并联组合体；
所述第五电阻R5是单个独立的电阻，或者是多个电阻的串并联组合体；
所述第六电阻R6是单个独立的电阻，或者是多个电阻的串并联组合体；
所述第七电阻R7是单个独立的电阻，或者是多个电阻的串并联组合体；
所述第八电阻R8是单个独立的电阻，或者是多个电阻的串并联组合体。
9.根据权利要求1所述的具有开关检测和微控制器复位功能的电路，其特征在于，所述第一电容C1是单个独立的电容，或者是多个电容的串并联组合体；
所述第二电容C2是单个独立的电容，或者是多个电容的串并联组合体。
10.根据权利要求1～9任一项所述的具有开关检测和微控制器复位功能的电路，其特征在于，所述微控制器是包含处理器的智能芯片或集成电路，所述微控制器的复位引脚为低电平有效。
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