CN103294147A - 一种软件开、关机电路及实现方法 - Google Patents

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徐旭晓
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Abstract

本发明涉及软件开、关机电路,中央处理器分别与电源、存储器、看门狗电路、程控开关连接,由中央处理器监测开机按键是否被持续按下2秒,如开机按键持续按下2秒,则认定为开机动作,否则控制存储器保持程控开关关闭,当有开机动作时,软件跳转到控制存储器保持程控开关开启程序,运行主程序时,开机按键持续按下2秒,软件将通过中央处理器通用IO口连接存储器的时钟和数据接口,控制存储器输出接口保持低电平输出,使程控开关控制三极管截至,此时一旦开机按键抬起,程控开关将关闭,整个电路失去供电,电路关机完成,主程序运行时,发生看门狗电路复位情况时,在存储器的作用下程控开关保持电路与电池供电接通状态,中央处理器复位后继续工作。

Description

一种软件开、关机电路及实现方法
技术领域
   本发明涉及电子技术,特别涉及一种软件开、关机电路及实现方法, 通过按键、开关、控制器、存储器以及软件配合使用,实现软件开关机的功能。 
背景技术
   随着现代社会的发展,对电子产品的用户体验要求越来越高,越来越多的电子产品采用软件控制电源开关的方式,在各种各样的软件开关机方法中存在一个共同的特点,就是一旦软件程序死机,将无法对设备进行关机,通常的做法是设备外壳留出小孔,让用户使用钢针深入机壳内对设备复位操作。用户体验非常糟糕。
有些产品为了避免软件死机,使用了看门狗电路监控中央处理器(CPU)运行状态,一旦软件死机,看门狗电路自动对中央处理器(CPU)复位,但如果这时使用软件开关机,由于中央处理器(CPU)的复位设备将不能自动开启,除非用户手动开机,影响用户体验。而在一些专业场合,比如对于无人值守的设备,这种情况是无法忍受的。因此这个问题有待通过新的技术来解决,而目前国内外文献尚未见相关新的技术的报道。
 
发明内容
    本发明的目的就是为克服现有技术的不足,针对原有软件开关机电路死机后无法关机的难题,以及在增加看门狗后引起的软件复位后不能自动启动的问题,提供一种软件开关机的电路及方法,以求巧妙的解决软件开关机电路死机不能关机的问题,以及中央处理器(CPU)复位后无法自动启动的问题。
     本发明是通过这样的技术方案实现的:一种软件开、关机电路,其特征在于,包括中央处理器(CPU)U1、电源B1、存储器U2、看门狗电路U3、程控开关,其中所述中央处理器(CPU)U1采用意法半导体公司的Cortex-M3 ARM处理器STM32F103RCT6;所述电源采用3.7V锂电池供电;所述存储器采用TI公司的单路上升沿D类触发器SN74AUC1G80;所述看门狗电路采用IMP公司的微控制器监视器IMP706;所述程控开关采用安森美公司的功率MOSFET管MTD20P06HD配合按键、电阻、二极管和三极管电路组成;
   中央处理器(CPU)使用两个独立的IO端口即PA1端口和PA2端口作为输出端口分别与存储器的数据输入端、时钟输入端连接; 
存储器U2的数据输出端通过电阻与程控开关电路的三极管T2基极连接;
    程控开关电路的三极管T2发射极与电源B1地连接,集电极通过电阻与程控开关电路的MOSFET管T1栅极连接; 
程控开关电路的MOSFET管T1栅极通过电阻连接到电源B1供电输出端,MOSFET管T1的源极与电源B1供电输出端连接,MOSFET管T1的漏极与三端稳压器U4输入端连接;
三端稳压器U4输出连接到电路的+3.3V电源端;
    程控开关电路的MOSFET管T1栅极分别连接到两个二极管的正极,两个二极管的负极分别与开机按键S1、开机按键S2一端连接;
中央处理器(CPU)U1使用两个独立的IO端口,即 PA4端口和PA5端口分别连接一个二极管的正极,二极管的正极并接一个上拉电阻,通过上拉电阻连接+3.3V电源端;
    与PA4端口连接二极管负极与开机按键S2一端连接,开机按键S2另一端接电源B1地;
   与PA5端口连接二极管负极与开机按键S1一端连接,开机按键S1另一端接电源B1地;
   中央处理器(CPU)U1复位输入端(RESET)通过上拉电阻连接+3.3V电源端,通过电容连接到电源地,同时复位输入端(RESET)连接一个二极管正极,二极管负极连接到看门狗电路U3的复位输出端;
中央处理器(CPU)U1使用PA3端口作为输出端口通过电阻连接到看门狗电路U3输入端。
 
所述的软件开关、机电路实现开、关机的方法,其特征在于,包括如下步骤:
(a)    当整个电路处于关机状态时,如果有开机按键(开机按键S1或开机按键S2)按下,程控开关受开机按键(开机按键S1或开机按键S2)控制,程控开关导通,电路与电池供电接通,中央处理器(CPU)U1加电启动;
(b)    中央处理器(CPU)U1加电后首先对软件初始化,初始化完成后立即检测是否有开机按键(开机按键S1或开机按键S2)按下,如果检测到有开机按键(开机按键S1或开机按键S2)被按下,软件开始判断是否是用户开机动作,如果1秒内都没有检测到开机按键按下,软件则认为是看门狗电路U3复位,软件直接跳转至主程序正常运行;
(c)    中央处理器(CPU)U1进行判断是否有用户开机动作是根据监测开机按键(开机按键S1或开机按键S2)是否被持续按下2秒,如果开机按键持续按下2秒,则认定为用户开机动作,否则软件控制存储器保持程控开关关闭;
(d)    当软件认定有用户开机动作时,软件跳转到控制存储器保持程控开关开启程序;
(e)    软件通过中央处理器(CPU)U1 通用IO口连接存储器的时钟和数据接口,控制存储器在输出接口上存储保持高电平输出,存储器的高电平输出使得程控开关的控制三级管导通,从而程控开关保持导通,即使此时开机按键(开机按键S1或开机按键S2)抬起,受到控制三极管的作用,程控开关仍然保持开启,电池供电与电路电源保持持续接通; 
(f)    整机电源持续接通后,中央处理器(CPU)U1正常运行主程序,同时定时检测是否有开机按键(开机按键S1或开机按键S2)被按下,定时对看门狗电路U3计数器清零;
(g)    当某些特殊情况导致软件运行异常而不能及时对看门狗电路U3计数器清零后,看门狗电路U3计数溢出,看门狗电路U3输出端连接中央处理器(CPU)U1复位引脚,将中央处理器(CPU)U1复位,中央处理器(CPU)U1被复位后,由于此时存储器输出不会因中央处理器(CPU)U1复位而改变,因此在中央处理器(CPU)U1复位过程中程控开关依然保持开启,电源供电持续;
(h)    中央处理器(CPU)U1被复位后将跳转到(b)步继续运行;
(i)    如果在运行主程序过程中,软件检测到有开机按键(开机按键S1或开机按键S2)持续按下2秒,软件将通过中央处理器(CPU)U1 通用IO口连接存储器的时钟和数据接口,控制存储器在输出接口上保持低电平输出,使得程控开关控制三极管截至,此时一旦开机按键(开机按键S1或开机按键S2)抬起,程控开关将关闭,整个电路失去供电,电路关机完成。
   本发明的有益效果是在电路中通过使用存储器,十分经济而巧妙的解决了因中央处理器(CPU)软件死机后无法关机,以及复位后出现设备无法自启动的问题。提升了用户体验,增强了设备的可靠性。
附图说明
图1软件开、关机电路原理图;
图2软件开、关机流程图。
具体实施方式
   下面结合原理图及流程图对本发明进一步说明:
如图1所示中,软件开、关机电路包括中央处理器(CPU)U1、电源B1、存储器U2、看门狗电路U3、程控开关电路、开机按键S1、开机按键S2。
    所述中央处理器(CPU)U1采用意法半导体公司的Cortex-M3 ARM处理器STM32F103RCT6;
    所述存储器U2采用TI公司的单路上升沿D类触发器SN74AUC1G80,包括时钟和数据输入端口以及锁存输出端口;
所述看门狗电路U3采用IMP公司的微控制器监视器IMP706,包括看门狗计数器清零输入端口6脚,复位输出端口7脚;
    所述程控开关电路以MOSFET管T1为主,配合开机按键S1、开机按键S2、三极管T2、外围电阻、二极管电路组成。其中MOSFET管T1采用安森美公司的功率MOSFET管MTD20P06HD。
    所述电源B1采用3.7V锂可充电电池。
中央处理器(CPU)U1的PA1端口作为输出端口与存储器U2的数据输入端D连接;中央处理器(CPU)U1的PA2端口作为输出端与存储器U2的时钟输入端CLK连接;当PA1端口输出高电平PA2端口上输出一个脉冲信号时,存储器U2的输出端Q将输出高电平。当PA1端口输出低电平PA2端口上输出一个脉冲信号时,存储器U2的输出端Q将输出低电平。且存储器U2的输出端Q的状态不随输入端D和CLK上的信号消失而改变,即使中央处理器(CPU)U1的复位也不会改变输出端Q的状态。
存储器U2的输出端Q通过电阻与程控开关电路的三极管T2基极连接。当U2的输出端Q输出高电平时,T2导通;当U2的输出端Q输出低电平时,T2截止。
程控开关电路的三极管T2发射极与电源地连接,集电极通过电阻与MOSFET管T1栅极连接。当三极管T2导通时,MOSFET管T1的栅极被拉低,T1导通;当三极管T2截止时,MOSFET管T1的栅极被置高,T1截止。 
程控开关电路的MOSFET管T1栅极通过电阻连接到电池B1输出端,MOSFET管T1的源极与电池B1输出端连接并接有滤波电容到电源地。MOSFET管T1的漏极对电源地接滤波电容并与三端稳压器U4输入端连接。当MOSFET管T1导通时,电池B1与三端稳压器U4接通,整个电路电源接通;当MOSFET管T1截止时,电池B1与三端稳压器U4断开,整个电路电源断开。
   三端稳压器U4输出连接到电路各器件的+3.3V电源端,作用是将电池B1提供的电压调整成适合电路各个器件使用的+3.3V电压。
程控开关电路中的MOSFET管T1栅极除了连接T1集电极外,还分别连接到两个二极管的正极,两个二极管的负极分别与两个开机按键S1、开机按键S2连接。当任意一个开机按键按下时,MOSFET管T1的栅极都会被拉低,MOSFET管T1都将导通。
    中央处理器(CPU)U1的PA4端口通过电阻与+3.3V电源连接,同时PA4端口连接到二极管的正极,二极管负极与开机按键S2连接,开机按键S2另一端接电源地。当开机按键S2被按下时,中央处理器(CPU)U1的PA4端口被拉低。PA4端口作为输入端被拉低后将被软件读取,软件依此判断开机按键(开机按键S1或开机按键S2)被按下。当没有开机按键(开机按键S1或开机按键S2)被按下时,PA4端口受上拉电阻影响处在高电平。
   中央处理器(CPU)U1的PA5端口通过电阻与+3.3V电源连接,同时PA5端口连接到二极管的正极,二极管负极与开机按键S1连接,开机按键S1另一端接电源地。当开机按键S1被按下时,中央处理器(CPU)U1的PA5端口被拉低。PA5端口作为输入端被拉低后将被软件读取,软件依此判断开机按键被按下。当没有开机按键被按下时,PA5端口受上拉电阻影响处在高电平。
   中央处理器(CPU)U1复位输入端通过电阻接到+3.3V电源,通过电容连接到电源地,组成上电复位电路。同时复位输入端连接到二极管正极,二极管负极连接到看门狗电路U3的复位输出端7脚,待看门狗溢出时,通过该输出端7脚可以对中央处理器(CPU)U1复位;
    中央处理器(CPU)U1的PA3做为输出端通过电阻连接到看门狗U3计数器清零输入端6脚。软件定时使用PA3发出脉冲信号,对看门狗内部计数器清零。如果软件发生异常运行,则PA3不能及时发出脉冲信号,看门狗U3内部计数器溢出,看门狗U3的复位输出端7脚将产生一个复位脉冲,对中央处理器(CPU)U1复位操作。
    如图2流程图所示,在整个电路处于关机状态下,当有开机按键S1或开机按键S2被按下时,MOSFET管T1的栅极被拉低,MOSFET管TI导通。电池B1的通过T1再经过三端稳压器U4调整成+3.3V的电压给整个电流供电。中央处理器(CPU)U1通过复位电路上电复位,软件开始运行初始化。根据图2所示,软件初始化完成后将检测是否有开机按键被按下。显然此时软件通过读取PA4端口、PA5端口的状态可以判定有开机按键S1或开机按键S2被按下。为了防止开机按键抖动和误操作,软件将检测开机按键是否被持续按下2秒。如果开机按键没有持续按下2秒,软件将不做任何操作,这种情况下开机按键一旦抬起,电路电源将被MOSFET管T1切断。如果开机按键持续按下超过2秒,软件将通过PA1端口、PA2端口控制存储器U2的输出端Q输出高电平,使得T2导通,此时即使开机按键S1或开机按键S2抬起,MOSFET管T1在三极管T2的作用下仍然保持导通状态,电路开机程序完成。
在整个电路处于开机状态下,当有开机按键S1或开机按键S2被按下时,软件通过读取PA4端口、PA5端口的状态可以判定有开机按键S1或开机按键S2被按下。为了防止开机按键抖动和误操作,软件检测开机按键是否被持续按下2秒。如果开机按键没有持续按下2秒,软件将不做任何操作。如果开机按键持续按下超过2秒,软件将通过PA1端口、PA2端口控制存储器U2的输出端Q输出低电平,使得T2截止,此时一旦开机按键S1或开机按键S2抬起,MOSFET管T1的栅极将被拉高,MOSFET管T1立即截止,电路关机程序完成。
在整个电路处于开机状态下,当出现软件运行异常而死机,PA3则不能及时输出脉冲信号将看门狗U3计数器清零,看门狗U3复位输出端7脚将输出一个脉冲复位信号,将中央处理器(CPU)U1复位。由于存储器U2输出端Q不会因为中央处理器(CPU)U1复位而改变输出状态,因此此时存储器U2输出端Q仍然保持高电平输出,整机电路供电保持不变。被复位的中央处理器(CPU)U1内部软件重新初始化,然后检测是否有开机按键被按下。由于当前复位动作是看门狗电路U3产生的,因此此时没有开机按键被按下。软件延时1秒钟仍没有检测到开机按键按下后,软件依此判定当前处于看门狗复位状态。软件直接跳转至主程序,电路自动恢复正常运行。
以上流程仅用于说明本发明的技术方案而非限制,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的精神和范围。
根据上述说明,结合本领域技术可实现本发明的方案。

Claims (2)

1.一种软件开、关机电路,其特征在于,包括中央处理器U1、电源B1、存储器U2、看门狗电路U3、程控开关,其中所述中央处理器U1采用意法半导体公司的Cortex-M3 ARM处理器STM32F103RCT6;所述电源采用3.7V锂电池供电;所述存储器采用TI公司的单路上升沿D类触发器SN74AUC1G80;所述看门狗电路采用IMP公司的微控制器监视器IMP706;所述程控开关采用安森美公司的功率MOSFET管MTD20P06HD配合按键、电阻、二极管和三极管电路组成;
中央处理器使用两个独立的IO端口即PA1端口和PA2端口作为输出端口分别与存储器的数据输入端、时钟输入端连接; 
存储器U2的数据输出端通过电阻与程控开关电路的三极管T2基极连接;
程控开关电路的三极管T2发射极与电源B1地连接,集电极通过电阻与程控开关电路的MOSFET管T1栅极连接; 
程控开关电路的MOSFET管T1栅极通过电阻连接到电源B1供电输出端,MOSFET管T1的源极与电源B1供电输出端连接,MOSFET管T1的漏极与三端稳压器U4输入端连接;
三端稳压器U4输出连接到电路的+3.3V电源端;
程控开关电路的MOSFET管T1栅极分别连接到两个二极管的正极,两个二极管的负极分别与开机按键S1、开机按键S2一端连接;
中央处理器U1使用两个独立的IO端口,即 PA4端口和PA5端口分别连接一个二极管的正极,二极管的正极并接一个上拉电阻,通过上拉电阻连接+3.3V电源端;
与PA4端口连接二极管负极与开机按键S2一端连接,开机按键S2另一端接电源B1地;
与PA5端口连接二极管负极与开机按键S1一端连接,开机按键S1另一端接电源B1地;
中央处理器U1复位输入端RESET通过上拉电阻连接+3.3V电源端,通过电容连接到电源地,同时复位输入端RESET连接一个二极管正极,二极管负极连接到看门狗电路U3的复位输出端;
中央处理器U1使用PA3端口作为输出端口通过电阻连接到看门狗电路输入端。
2.利用权利要求1所述的软件开关、机电路实现开、关机的方法,其特征在于,包括如下步骤:
(a)    当整个电路处于关机状态时,如果有开机按键S1或开机按键S2按下,程控开关受开机按键S1或开机按键S2控制,程控开关导通,电路与电池供电接通,中央处理器U1加电启动;
(b)    中央处理器U1加电后首先对软件初始化,初始化完成后立即检测是否有开机按键S1或开机按键S2按下,如果检测到有开机按键S1或开机按键S2被按下,软件开始判断是否是用户开机动作,如果1秒内都没有检测到开机按键按下,软件则认为是看门狗电路U3复位,软件直接跳转至主程序正常运行;
(c)    中央处理器U1进行判断是否有用户开机动作是根据监测开机按键S1或开机按键S2是否被持续按下2秒,如果开机按键持续按下2秒,则认定为用户开机动作,否则软件控制存储器保持程控开关关闭;
(d)    当软件认定有用户开机动作时,软件跳转到控制存储器保持程控开关开启程序;
(e)    软件通过中央处理器U1 通用IO口连接存储器的时钟和数据接口,控制存储器在输出接口上存储保持高电平输出,存储器的高电平输出使得程控开关的控制三级管导通,从而程控开关保持导通,即使此时开机按键S1或开机按键S2抬起,受到控制三极管的作用,程控开关仍然保持开启,电池供电与电路电源保持持续接通; 
(f)     整机电源持续接通后,中央处理器U1正常运行主程序,同时定时检测是否有开机按键S1或开机按键S2被按下,定时对看门狗电路U3计数器清零;
(g)    当某些特殊情况导致软件运行异常而不能及时对看门狗电路U3计数器清零后,看门狗电路U3计数溢出,看门狗电路U3输出端连接中央处理器U1复位引脚,将中央处理器U1复位,中央处理器U1被复位后,由于此时存储器输出不会因中央处理器U1复位而改变,因此在中央处理器U1复位过程中程控开关依然保持开启,电源供电持续;
(h)    中央处理器U1被复位后将跳转到(b)步继续运行;
(i)     如果在运行主程序过程中,软件检测到有开机按键S1或开机按键S2持续按下2秒,软件将通过中央处理器U1 通用IO口连接存储器的时钟和数据接口,控制存储器在输出接口上保持低电平输出,使得程控开关控制三极管截至,此时一旦开机按键S1或开机按键S2)抬起,程控开关将关闭,整个电路失去供电,电路关机完成。
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