CN107861902A - 一种实现usb键盘开机的电脑 - Google Patents

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Abstract

一种实现USB键盘开机的电脑，通过增加带USB接口的微控制芯片和USB切换开关芯片，这两颗芯片和改进USB接口均由待机电源模块供电以保持在电脑关机时也有电，USB键盘插在改进USB接口上。在电脑关机时，带USB接口的微控制芯片控制USB切换开关把USB键盘连接到带USB接口的微控制芯片，由带USB接口的微控制芯片上电后初始化USB键盘并定义某个键作为开机键然后进行监测；当开机键被按下，带USB接口的微控制芯片输出开机信号打开主板工作电源模块进行开机，同时带USB接口的微控制芯片控制USB切换开关把USB键盘切换到CPU的USB控制器，把键盘控制权交还给主板CPU，由主板CPU在上电BOOT过程中重新初始化和使用USB键盘，完成USB键盘开机与移交工作。

Description

一种实现USB键盘开机的电脑
技术领域
本发明涉及一种实现USB键盘开机的电脑。
背景技术
大机箱电脑如果放在桌底下以及小型电脑(包括云终端)背挂在显示器后面时，需要弯腰或者站起来才能找到电脑电源开关打开电源，很不方便。本发明通过改进电脑主板的电路设计，采用软硬件相结合的方法实现当按下USB键盘所指定的某一个键时即可实现“键盘一键开机”功能，让用户在保持坐姿的状态下对电脑实现开机操作。
目前的解决方案是增加外置的“电脑开机延长线”设备，如国内专利号：CN201621454508.X，“一种电脑开机复位扩展模块”，该方案增加了电脑连接线和外部设备，用户安装麻烦，也凌乱了工作台面。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种实现USB键盘开机的电脑，用户不需要额外增加开机设备和进行拉线安装工作，只需把普通USB键盘插在指定的改进USB接口上，即可实现“键盘一建开机”功能。
本发明的技术方案：一种实现USB键盘开机的电脑，包括带USB接口的微控制芯片、USB切换开关、改进USB接口和USB键盘四个部分。这四个部分均由待机电源模块供电，属于待机电源域电路；电脑主板CPU和其外围电路均由工作电源模块供电，属于工作电源域电路；工作电源模块由带USB接口的微控制芯片控制输出，在电脑开机前，带USB接口的微控制芯片控制USB切换开关把USB键盘连接到带USB接口的微控制芯片，当键盘开机键按下后，由带USB接口的微控制芯片控制USB切换开关把USB键盘连接到电脑CPU的USB控制器，同时由带USB接口的微控制芯片打开主板的工作电源模块进行开机；面板电源开关也连接到带USB接口的微控制芯片上，由带USB接口的微控制芯片统一管理工作电源模块的输出，保留面板电源开关的功能不变；改进USB接口在开机之后和电脑主板上的其它USB接口功能上没有区别。
所述带USB接口的微控制芯片选用集成有USB OTG接口，片内SRAM，片内FLASH和MCU核的微控制芯片。微控制芯片经过电脑编程后由JTAG或者UART接口把程序下载到微控制芯片内的FLASH中；微控制芯片上电复位后负责控制USB切换开关、主板工作电源模块输出和接收面板电源开关的输入，同时也负责初始化USB键盘和检测开机键是否被按下。
所述USB切换开关有两对差分信号输入：一对差分信号来自带USB接口的微控制芯片的USB接口，另一对差分信号来自CPU的USB控制器，USB切换开关根据其选择信号管脚的高低电平选择其中一对差分信号连接到改进USB接口。
所述改进USB接口包括：一对USB差分信号、一个5V USB电源和一个USB插座；该USB插座的一对差分信号连接到USB切换开关的二选一差分信号输出端，USB插座的5V电源连接到待机电源模块，USB键盘就插在该USB插座上。
所述打开工作电源模块包括通断工作电源模块的输入(选用ATX电源)和使能工作电源模块的输出(选用电源适配器)两种实现方式；选用ATX电源时，带USB接口的微控制芯片通过拉低ATX电源接口线上的PS_ON#信号打开ATX电源实现开机。选用电源适配器时，带USB接口的微控制芯片通过能端主板工作电源模块内部的各DCDC芯片实现开机。
所述USB键盘为市面上带USB接口的普通电脑键盘。
所述待机电源域是由待机电源模块供电的元器件电路区域；工作电源域是由工作电源模块供电的元器件电路区域。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)设计简单，特别适合于用国产CPU设计制造的微型电脑或者背挂在显示器后面的云终端。
(2)不增加外置设备和引线布线，方便用户安装和使用。
(3)本发明成本低，元器件和电路方案成熟，没有技术风险。
(4)本发明增加了两颗集成电路芯片，重新划分了主板的待机电源域和工作电源域，是一种电脑硬件和软件相结合的技术方案，本发明已经在用国产CPU设计制造的云终端设备中得到实际应用。
附图说明
图1为本发明的组成框图；
图2为本发明实施例中的电脑连接示意图；
图3为本发明实施例中的电脑功能模块图；
图4为图3实施例中的电路原理图；
附图中主要器件的编号如下表：
U1 带USB接口的微控制芯片
U2 USB切换开关芯片
U3 CPU的USB控制器
U4 改进USB接口的USB插座
U5 USB键盘
U6 ATX电源或者电源适配器
U7 工作电源模块
U8 待机电源模块
U9 面板电源开关
U10 带USB接口的微控制芯片的下载插座
U11 USB键盘的USB插头
U12 电脑主板
U13 指定的USB键盘开机键
具体实施方式
如图1所示，本发明实现一种USB键盘开机的电脑，通过改进电脑主板的一个USB接口，在电路上增加一颗带USB接口的微控制芯片和一颗USB切换开关芯片，这两颗芯片和改进USB接口均由待机电源模块供电，保证它们在电脑关机时也有电；USB键盘插在改进USB接口上。电脑在关机状态下，带USB接口的微控制芯片控制USB切换开关把USB键盘连接到带USB接口的微控制芯片上，由带USB接口的微控制芯片上电后去初始化和监测USB键盘的开机键。当开机键被按下后，由带USB接口的微控制芯片输出开机信号给工作电源模块输出工作电源进行开机，于此同时，带USB接口的微控制芯片控制USB切换开关把USB键盘切换到CPU的USB控制器，把键盘的控制权交还给主板CPU，让CPU在上电的BOOT过程中去重新初始化和使用USB键盘，从而完成了USB键盘的开机与移交工作。
电脑主板的USB接口包括：一对USB差分线，一个5V USB电源和一个USB插座；本发明选择其中一个USB接口，断开USB插座连接到CPU的USB控制器的一对USB差分线，加入一颗有差分二选一选择功能的切换开关芯片和一颗集成有USB接口的微控制芯片；改进USB接口的USB插座电源、USB切换开关芯片电源和带USB接口的微控制芯片电源均由待机电源模块供电，USB键盘插在改进USB接口上。
当电脑电源线插上市电之后，ATX电源的待机电源上电，主板上的待机电源模块也上电工作，USB切换开关的选择端默认电阻下拉，使USB键盘默认连接到带USB接口的微控制芯片上；带USB接口的微控制芯片在上电复位和运行程序后开始控制USB切换开关、初始化USB键盘和监测USB键盘的开机键；当开机键被按下后由带USB接口的微控制芯片输出高电平开机信号给主板的工作电源模块，打开工作电源，同时带USB接口的微控制芯片控制USB切换开关把USB键盘切换到CPU的USB控制器；主板工作电源模块上电后，操作系统在BOOT过程中由CPU去重新初始化和使用USB键盘，从而把键盘的控制权交还给主板CPU，实现了USB键盘开机上电和对其控制权的移交工作。
本发明保留了面板电源开关的开关机功能，按面板电源开关同样可以开机，开机后按面板电源开关4秒即可实现关机。不使用键盘开机时改进USB接口可以插U盘等其它USB设备，它和没改进USB接口在功能上完全一样；本发明要求面板电源开关必须连接到带USB接口的微控制芯片上，由带USB接口的微控制芯片统一管理工作电源模块的输出。
如图2所示，本发明实施例中，带USB接口的微控制芯片选用集成有USB OTG接口、片内RAM、片内FLASH和MCU核的微控制芯片；带USB接口的微控制芯片经过电脑编程由JTAG接口把程序下载到片内FLASH中。带USB接口的微控制芯片上电复位后负责控制USB切换开关、主板工作电源模块输出和接收面板电源开关的输入信号，同时也负责初始化USB键盘和检测键盘开机键是否被按下。
USB切换开关有两对差分信号输入:一对接带USB接口的微控制芯片的USB差分信号，另一对接CPU的USB控制器的USB差分信号，USB切换开关根据其选择信号管脚的高低电平选择其中一对USB差分信号连接到改进USB接口的USB插座上。
改进USB接口的USB插座的差分信号连接到USB切换开关的二选一差分信号输出端；改进USB接口的USB插座电源改接待机电源模块所提供的5V待机电源；其它所有USB插座电源接工作电源模块所提供的5V工作电源不变。
待机电源模块由电脑ATX的待机电源或者电源适配器输入，通过待机电源模块内部的DCDC或者LDO电路降压得到的5V和3.3V待机电源，分别供给改进USB接口的USB插座、USB切换开关和带USB接口的微控制芯片。
工作电源模块由电脑ATX电源的12V和5V工作电源或者由电源适配器的输出作为输入，由带USB接口的微控制芯片控制工作电源模块的输出，工作电源模块内部设计有多路DCDC或者LDO降压得到5V、3.3V、1.5V等电脑主板所需的各种工作电源。
面板电源开关接到带USB接口的微控制芯片上，由带USB接口的微控制芯片检测面板电源开关的按下和记录被按下的时间，以采取相应的开关机动作。
如图3所示，在电脑主板U12上，在CPU的USB控制器U3和USB插座U4之间增加USB切换开关芯片U2和带USB接口的微控制芯片U1；U1、U2和U4由主板上的待机电源模块U8供电，U3由主板上的工作电源模块U7供电。
如图4所示，U3的一对USB差分信号CPU_USB_D+、CPU_USB_D-和U1的一对USB差分信号SOC_USB_D+、SOC_USB_D-分别接到U2的两对差分信号输入；U2的选择端STMUSEL经过下拉电阻R14和U1选择出其中一对USB差分信号KB_USB_D+、KB_USB_D-输出到USB插座U4上。
如图4所示，USB插座U4的5V电源由待机电源模块供电，保证关机时USB键盘也有电。
如图4所示，面板电源开关U9通过电阻R6上拉后连接到U1上，由U1统一管理主板工作电源模块U7的输出。
如图4所示，在关机状态下，U1的STMUSEL信号由电阻R14下拉低电平，选通U2的SOC_USB_D+和SOC_USB_D-连接到USB插座U4的KB_USB_D+和KB_USB_D-，由U1去初始化和检测USB键盘U5的状态。
如图4所示，当USB键盘U5指定的开机键U13被按下后，U1驱动STMUSEL信号高电平，选通U3的CPU_USB_D+和CPU_USB_D-连接到USB插座U4的KB_USB_D+和KB_USB_D-，由U1通过U2把键盘控制权移交给CPU的USB控制器U3，同时U1驱动STMPWON信号高电平给U7，打开主板的工作电源实行开机操作。

Claims (7)

1.一种实现USB键盘开机的电脑，其特征在于：包括带USB接口的微控制芯片、USB切换开关、改进USB接口和USB键盘四个部分，这四个部分均由待机电源模块供电，属于待机电源域电路；电脑主板CPU和其外围电路均由工作电源模块供电，属于工作电源域电路；工作电源模块由带USB接口的微控制芯片控制输出；在电脑开机前，带USB接口的微控制芯片控制USB切换开关把USB键盘连接到带USB接口的微控制芯片，当键盘开机键按下后，由带USB接口的微控制芯片控制USB切换开关把USB键盘连接到电脑CPU的USB控制器，同时由带USB接口的微控制芯片打开主板的工作电源模块进行开机；面板电源开关也连接到带USB接口的微控制芯片上，由带USB接口的微控制芯片统一管理工作电源模块的输出，保留面板电源开关的功能不变；改进USB接口在开机之后和电脑主板上的其它USB接口功能上没有区别。
2.根据权利要求1所述的一种实现USB键盘开机的电脑，其特征在于：所述带USB接口的微控制芯片选用集成有USB OTG接口，片内SRAM，片内FLASH和MCU核的微控制芯片，微控制芯片经过电脑编程后由JTAG或者UART接口把程序下载到微控制芯片内的FLASH中，微控制芯片上电复位后负责控制USB切换开关、主板工作电源模块输出和接收面板电源开关的输入，同时也负责初始化USB键盘和检测开机键是否被按下。
3.根据权利要求1所述的一种实现USB键盘开机的电脑，其特征在于：所述USB切换开关有两对差分信号输入：一对差分信号来自带USB接口的微控制芯片的USB接口，另一对差分信号来自CPU的USB控制器，USB切换开关根据其选择信号管脚的高低电平选择其中一对差分信号连接到改进USB接口。
4.根据权利要求1所述的一种实现USB键盘开机的电脑，其特征在于：所述改进USB接口包括：一对USB差分信号、一个5V USB电源和一个USB插座；该USB插座的一对差分信号连接到USB切换开关的二选一差分信号输出端，USB插座的5V电源连接到待机电源模块,USB键盘就插在该USB插座上。
5.根据权利要求1所述的一种实现USB键盘开机的电脑，其特征在于：所述打开工作电源模块包括通断工作电源模块的输入(选用ATX电源)和使能工作电源模块的输出(选用电源适配器)两种实现方式。
6.根据权利要求1所述的一种实现USB键盘开机的电脑，其特征在于：所述USB键盘为市面上带USB接口的普通电脑键盘。
7.根据权利要求1所述的一种实现USB键盘开机的电脑，其特征在于：所述待机电源域是由待机电源模块供电的元器件电路区域；工作电源域是由工作电源模块供电的元器件电路区域。
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