CN103199842B - 单节电池供电系统的按键控制电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种单节电池供电系统的按键控制电路，涉及电子电路技术领域，包括分别与主控芯片电连接的电平转换电路、按键电路和升压电路：所述电平转换电路包括三极管Q6，所述三极管Q6的集电极电连接所述主控芯片的GPIO口SW-DET，所述三极管Q6的集电极还通过上拉电阻R26电连接所述主控芯片的GPIO口的供电管脚VDDIO，所述三极管Q6的发射极接地，所述三极管Q6的基极电连接所述按键电路。本发明利用了三极管Q6的开关特性，将按键S1的逻辑电平转换为主控芯片能够识别的IO电平，从而在为主控芯片提供高工作电压的同时还能保证主控芯片对按键状态的正确识别，以实现电子设备的正常开、关机。
Description
技术领域
本发明涉及电子电路技术领域，特别涉及一种应用于采用单节电池供电，且采用轻触回弹按键做开关机控制的电子设备中的按键控制电路。
背景技术
目前有很多低功耗的电子设备，如：触控笔、点读笔和一些遥控器等，这些电子设备的功耗都很低，完全可以采用单节1.5V的电池进行供电，采用单节电池供电可以缩小这些电子设备的体积，也可以使得电池的更换更为方便。但是这些电子设备中的主控芯片的工作电压都高于1.5V，多为1.8V、3.3V或5V等，这就要求电池在给主控芯片供电的时候需要采用升压电路将电池电压转换为主控芯片的工作电压，升压电路通常采用升压DCDC芯片构成。
另外，这些电子设备在设计时为了提高使用者的操作方便性与提升其本身的美观度，其开关机按键多采用轻触回弹式按键取代了传统的拨动开关。如初按开机，再按关机等操作方式。
当将上述的单节电池供电电路与轻触回弹式按键相结合来控制电子设备时，电子设备将无法正常工作。因为电子设备的主控芯片的工作电压高于单节电池的供电电压，主控芯片所认定的高电平高于单节电池的电压，这会造成主控芯片对按键动作的识别失效，即使按键已经按下，主控芯片仍认为输入的是低电平而判断为按键没有按下，故使得电子设备无法正常关机。
发明内容
基于以上不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种单节电池供电系统的按键控制电路，此单节电池供电系统的按键控制电路在为主控芯片提供高工作电压的同时还能保证主控芯片对按键状态的正确识别，以实现电子设备的正常开、关机。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种单节电池供电系统的按键控制电路，包括分别与主控芯片电连接的电平转换电路、按键电路和升压电路：所述电平转换电路包括三极管Q6，所述三极管Q6的集电极电连接所述主控芯片的GPIO口SW-DET，所述三极管Q6的集电极还通过上拉电阻R26电连接所述主控芯片的GPIO口的供电管脚VDDIO，所述三极管Q6的发射极接地，所述三极管Q6的基极电连接所述按键电路；所述按键电路包括按键S1，所述按键S1的一端电连接电池的正极VBAT，所述按键S1的另一端同时电连接所述三极管Q6的基极和二极管D2的正极，所述二极管D2的负极同时电连接所述主控芯片的GPIO口VEN和所述升压电路；所述升压电路包括升压芯片U4，所述升压芯片U4的电源管脚VCC电连接所述电池的正极，所述升压芯片U4的使能管脚EN同时电连接所述二极管D2的负极和所述主控芯片的GPIO口VEN，所述升压芯片U4的输出管脚VOUT电连接所述主控芯片的电源管脚VDD。
其中，所述按键S1、三极管Q6的基极和二极管D2的正极之间形成有第一电流节点，所述第一电流节点电连接有用于按键消抖的电容C22。
其中，所述二极管D2的负极、升压芯片U4的使能管脚EN和所述主控芯片的GPIO口VEN之间形成有第二电流节点，所述第二电流节点与所述主控芯片的GPIO口VEN之间电连接有限流电阻R7。
其中，所述主控芯片的GPIO口的供电管脚VDDIO电连接所述主控芯片的电源管脚VDD。
其中，所述二极管D2为肖特基二极管。
采用了上述技术方案后，本发明的有益效果是：由于在电平转换电路中加设了三极管Q6，三极管Q6的集电极电连接主控芯片的GPIO口SW-DET，三极管Q6的发射极接地，三极管Q6的基极电连接按键S1，是利用了三极管Q6的开关特性将按键的逻辑电平转换为主控芯片能够识别的IO（Input/Output）电平，从而保证了主控芯片对按键S1状态的准确识别。在关机状态时按下按键S1，给升压芯片U4使能，升压芯片U4工作输出供主控芯片工作的高电平，主控芯片上电开始工作；电池的电平加在三极管Q6的基极上，三极管Q6的集电极与发射极导通，此时主控芯片的GPIO口SW-DET为低电平0V，则主控芯片通过GPIO口VEN输出高电平至升压芯片U4的使能管脚，此时即使按键S1复位系统也不会断电，从而实现开机功能。在开机状态下按下按键S1，主控芯片检测到GPIO口SW-DET为低电平，则将GPIO口VEN的电平拉低，解除对升压芯片U4的使能，当按键S1复位后升压芯片U4关断，主控芯片断电，系统关机。按键S1复位时，三极管Q6的基极为低电平，则三极管Q6的集电极与发射极不导通，此时主控芯片的GPIO口SW-DET的电平为主控芯片GPIO口供电电平。故即使在电池电平低于主控芯片的工作电平时，主控芯片也可以准确的识别按键S1的状态，从而准确的完成系统的开关机动作。
附图说明
图1是本发明单节电池供电系统的按键控制电路的结构框图；
图2是本发明单节电池供电系统的按键控制电路的原理图；
图中：11、电平转换电路，12、按键电路，121、第一电流节点，122、第二电流节点，13、升压电路。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，进一步阐述本发明。
如图1所示，一种单节电池供电系统的按键控制电路，包括与主控芯片上用于按键检测的GPIO口电连接的电平转换电路，电平转换电路电连接按键电路，按键电路电连接升压电路，升压电路电连接主控芯片的电源管脚，用于提供适用于主控芯片工作的电源；按键电路和升压电路分别电连接电池的正极。主控芯片为MCU（MicroControlUnit）。
如图2所示，电平转换电路11用于将按键S1的逻辑电平转换为主控芯片能够识别的IO电平。包括三极管Q6，三极管Q6的集电极电连接主控芯片的GPIO口SW-DET，三极管Q6的集电极还电连接有电阻R26，电阻R26电连接主控芯片的GPIO（GeneralPurposeInputOutput）口的供电管脚VDDIO，其中电阻R26为上拉电阻，本实施例中，主控芯片的GPIO口的供电管脚VDDIO连接主控芯片的电源管脚VDD；三极管Q6的发射极接地；三极管Q6的基极电连接限流电阻R22，电阻R22电连接按键电路。
如图2所示，按键电路12包括按键S1和相关附属电路，用于将按键S1的状态转换为电信号，并将该电信号提供给电平转换电路11和升压电路13。按键S1的一端电连接电池的正极VBAT，按键S1的另一端同时电连接电阻R22、二极管D2的正极和电容C22，形成第一电流节点121，电容C22接地；二极管D2的负极同时电连接有电阻R7、电阻R29和升压电路13内的升压芯片U4的使能管脚EN，形成第二电流节点122，电阻R7电连接主控芯片的GPIO口VEN，电阻R29接地。按键S1用于按键动作，按键S1被按下时，按键S1接通；按键S1复位弹起时，按键S1断开。电容C22为按键消抖电容，用于消除按键S1接通或断开瞬间由于接触不良造成的信号快速跳变。二极管D2为肖特基二极管，肖特基二极管功耗低、导通电流大、反向恢复时间极短，用于防止第二电流节点122处的电流流到第一电流节点121处，从而保证了第一电流节点121处的电压只受按键S1状态的影响，按键S1复位时为低电平，按键S1被按下时为电池电压。R7为限流电阻，用于防止主控芯片的GPIO口VEN流入升压芯片U4的电流过大。R29为下拉电阻，用于提供第二电流节点122处的放电回路，从而保证升压芯片U4的使能管脚EN有效放电。
如图2所示，升压电路13用于将电池的供电电压（如1.5V）升压至系统的供电电压（如主控芯片的工作电压3.0V）。包括升压芯片U4，本实施例中升压芯片U4的型号为FP6713，作用是电压提升与相关逻辑控制，其供有六个管脚：第一管脚为开关管脚SW，第二管脚为接地管脚GND，第三管脚为使能管脚EN，第四管脚为电压反馈管脚FB，第五管脚为输出管脚VOUT，第六管脚为电源管脚VCC。开关管脚SW电连接有用于储能的电感L2，电感L2同时电连接有电池的正极VBAT、电源管脚VCC和电容C33，电容C33接地，电容C33为输入滤波电容，用于滤除输入电压的干扰。使能管脚EN同时与按键电路12中的二极管D2的负极、电阻R7和电阻R29电连接。输出管脚VOUT同时电连接电阻R19、电容C23、电容C26和主控芯片的电源管脚VDD，电阻R19同时电连接电压反馈管脚FB和电阻R21，电阻R21、电容C23和电容C26均接地。电阻R19和电阻R21为电压反馈电阻，调整它们的阻值可以改变升压芯片U4输出电压的大小，本实施例中：R19=499K、R21=100K，此时升压芯片U4输出的电压为主控芯片的工作电压3.0V。电容C23为储能电容，用于使输出电压稳定，降低输出波纹。电容C26为输出滤波电容，用于降低升压电路13对后端设备造成的干扰。
下面结合图2简要介绍一下本发明的工作原理：
系统的开关机由主控芯片控制，主控芯片的GPIO口SW-DET用于检测按键S1是否被按下，以及按下的时间。当按键S1被按下时，主控芯片的GPIO口SW-DET的电压为0V;当按键S1被松开复位时，主控芯片的GPIO口SW-DET的电压为GPIO口的供电管脚VDDIO处的电压，本实施例中等于芯片的工作电压3.0V。根据GPIO口SW-DET的电压为0V的时间长短可判断出是长按还是短按。主控芯片的GPIO口VEN用于控制升压芯片U4的使能，当GPIO口VEN输出高电平时，升压芯片U4使能，输出高电平；当GPIO口VEN输出低电平时，升压芯片U4未使能，无输出，主控芯片不得电，系统不工作。
因主控芯片的GPIO口的供电管脚VDDIO处的电压为3.0V，而第一电流节点121处的电压为电池电压1.5V，因此不能将第一电流节点121直接与主控芯片的GPIO口SW-DET连接，所以增设了三极管Q6来实现电平转换，其转换的逻辑关系如下：
第一电流节点121=高电平（1.5V）←→GPIO口SW-DET=低电平（0V）
第一电流节点121=低电平（0V）←→GPIO口SW-DET=高电平（3V）
同时，三极管Q6还会防止主控芯片的GPIO口的供电管脚VDDIO处电压干扰到第一电流节点121处，从而保证了升压芯片U4的使能不受影响。
本发明可实现以下按键状态的检测：
1、无按键按下状态：
a、关机状态下，当按键S1未被按下时，按键S1断开，第一电流节点121处和第二电流节点122处的电压均为0V，升压芯片U4未使能，没有电压输出，系统不工作。
b、开机状态下，当按键S1未被按下时，按键S1断开，由于二极管D2的单向导通作用，第一电流节点121处电压为0V，三极管Q6截止，主控芯片的GPIO口SW-DET为高电平3.0V，主控芯片判定按键S1未被按下。
2、关机状态下短按或者长按按键S1：
关机状态下按下按键S1，电池的1.5V电压通过二极管D2至第二电流节点122处，升压芯片U4的使能管脚EN为高电平，升压芯片U4使能，输出3.0V电压给主控芯片，系统上电，主控芯片开始工作。第一电流节点121处为高电平时三极管Q6进入导通状态，主控芯片的GPIO口SW-DET为低电平。主控芯片检测到GPIO口SW-DET为低电平后，通过GPIO口VEN输出高电平锁定第二电流节点122，使得升压芯片U4的使能管脚EN处即使按键S1被松开复位后也为高电平，系统不会断电。
3、开机状态下短按或者长按按键S1：
开机状态下按下按键S1，按键S1导通，第一电流节点121处电压为1.5V，三极管Q6进入导通状态，主控芯片的GPIO口SW-DET为低电平。
主控芯片可以根据GPIO口SW-DET处的电压高低来判断按键S1的状态；同时根据GPIO口SW-DET处电压变低的时间来判断按键S1被按下是属于长按还是短按，设计者可以根据按键S1被按下的时间长短定义其它多种动作。
系统开机功能的实现：关机状态下按下按键S1，升压芯片U4使能，系统上电，主控芯片检测到按键S1被按下后，GPIO口VEN会输出高电平来锁定升压芯片U4的使能管脚EN，使得升压芯片U4一直有电压输出，无论按键S1的状态如何都不会断电，从而实现系统的开机功能。
系统关机功能的实现：开机状态下按下按键S1，当主控芯片判定需要关机时，主控芯片将GPIO口VEN的电压拉为0V，升压芯片U4失去自锁使能，当按键S1复位后，升压芯片U4关断，无电压输出，系统关机。
本发明不局限于上述具体的实施方式，本领域的普通技术人员从上述构思出发，不经过创造性的劳动，所作出的种种变换，均落在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.单节5V电池供电系统的按键控制电路，其特征在于，包括分别与主控芯片电连接的电平转换电路、按键电路和升压电路：
所述电平转换电路包括三极管Q6，所述三极管Q6的集电极电连接所述主控芯片的GPIO口SW-DET，所述三极管Q6的集电极还通过上拉电阻R26电连接所述主控芯片的GPIO口的供电管脚VDDIO，所述三极管Q6的发射极接地，所述三极管Q6的基极电连接所述按键电路；
所述按键电路包括按键S1，所述按键S1的一端电连接电池的正极VBAT，所述按键S1的另一端同时电连接所述三极管Q6的基极和二极管D2的正极，所述二极管D2的负极同时电连接所述主控芯片的GPIO口VEN和所述升压电路；
所述升压电路包括升压芯片U4，所述升压芯片U4的电源管脚VCC电连接所述电池的正极，所述升压芯片U4的使能管脚EN同时电连接所述二极管D2的负极和所述主控芯片的GPIO口VEN，所述升压芯片U4的输出管脚VOUT电连接所述主控芯片的电源管脚VDD；
所述按键S1、三极管Q6的基极和二极管D2的正极之间形成有第一电流节点，所述第一电流节点电连接有用于按键消抖的电容C22；
所述主控芯片的GPIO口的供电管脚VDDIO电连接所述主控芯片的电源管脚VDD。
2.根据权利要求1所述的单节1.5V电池供电系统的按键控制电路，其特征在于，所述二极管D2的负极、升压芯片U4的使能管脚EN和所述主控芯片的GPIO口VEN之间形成有第二电流节点，所述第二电流节点与所述主控芯片的GPIO口VEN之间电连接有限流电阻R7。
3.根据权利要求1或2所述的单节1.5V电池供电系统的按键控制电路，其特征在于，所述二极管D2为肖特基二极管。
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