CN109983702B - 使得能够连接多个电路并通过单个输入端口采集其状态值的用于处理单元的接口设备 - Google Patents

使得能够连接多个电路并通过单个输入端口采集其状态值的用于处理单元的接口设备 Download PDF

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Abstract

用于处理单元（μC）的接口设备（1），其使得能够将多个电路（Switch1‑Switch2）连接到处理单元（μC）的单个输入端口（Input1），当所述电路（Switch1‑Switch2）被偏置时，其能够采集多个电路中的电路（Switch1‑Switch2）的状态值，其包括相同基数的多个电源（Vdd1‑Vdd2），每个电源（Vdd1‑Vdd2）与多个电路中的一个电路（Switch1‑Switch2）相关联并且能够偏置所述电路，以及换向装置（PushVdd1、PullVdd1、PushVdd2、PullVdd2），其能够选择性地将多个电路中的单个电路（Switch1‑Switch2）连接到相关联的电源（Vdd1‑Vdd2）以偏置该电路并且能够将所有其他电路连接到接地，被偏置的电路的选择由处理单元（μC）的一组至少一个输出端口（Output1‑Output2）来控制。

Description

使得能够连接多个电路并通过单个输入端口采集其状态值的 用于处理单元的接口设备
技术领域
本发明涉及用于处理单元的接口设备，更具体地说，涉及使得能够连接多个电路并通过单个输入端口采集其状态值的接口设备。
背景技术
如（微）处理器、（微）控制器等的处理单元通常包括至少一个输入端口和/或至少一个输出端口，所述至少一个输入端口使得能够读取连接到所述输入端口的电路的状态值，并且所述至少一个输出端口使得能够修改连接到所述输出端口的电路的状态，以便能够观测和/或作用于其周围环境。
根据一个已知的实施例，更具体地在图1的顶部示出，仅单个电路sw1-swn连接到一个输入端口In1-Inn。因此，处理单元μC的尺寸被确定为包括至少与要连接到处理单元μC的电路sw1-swn一样多的输入端口In1-Inn。在该实施例中，至多单个电路sw1-swn连接到单个输入端口In1-Inn。
根据一种可能的线路布置，电路sw1-swn包括双极电路，其一极连接到接地，并且另一极连接到输入端口In1-Inn，如有必要的话通过电阻器。该电路串联地包括能够改变状态的至少一个部件sw1-swn。该部件可以是开关（tout ou rien）。于是其状态可以是：断开或闭合，通或不通。这通过断续器sw1-swn示出，也将整个电路称为sw1-swn。电路sw1-swn通过连接到电压源Vdd1、Vdd2而被偏置，所述电压源可以是单个或多个。因此，当电路sw1-swn断开时，输入端口In1-Inn观察到非零电压或逻辑状态值“1”，并且当电路sw1-swn闭合时，输入端口In1-Inn观察到零电压或逻辑状态值“0”。因此，由输入端口In1-Inn执行的采集提供使得能够知晓电路sw1-swn的状态的值。替换地，该部件可以是模拟的。然后，其状态可以在最小值与最大值之间连续演变。在这种情况下，输入端口观察到其值与状态成比例的电压。
该实施例的第一个缺点是该尺寸确定导致成本随着端口的数量的增加而等同地增加。另一个缺点是，在精确地确定处理单元μC的尺寸的情况下（这从理论上来说在经济上合期望），不可能再连接附加电路，而可能不乏这种在产品的使用寿命期间添加附加电路的需求。
根据另一个已知的实施例，更具体地在图1的底部示出，在连接了相同数量的电路sw1-swn的情况下，可以通过多路转换器Mux减少所需的输入端口In1-Inn的数量。多路转换器Mux是外部部件，其使得能够连接多个（通常为8个）电路swn+1-swn+8。多路转换器Mux在给定的时刻选择性地将电路swn+1-swn+8中的一个连接到处理单元μC的单个输入端口Inmux。通过来自处理单元μC的信号Ad0-Ad2来确定对连接电路swn+1-swn+8的选择。三个这样的信号Ad0-Ad2，例如“开关”信号，使得能够例如通过二进制寻址来选择八个电路中的一个电路。这样，多路转换器Mux使得能够随时间修改连接到输入端口Inmux的电路，以便这样连续地读取每个电路swn+1-swn+8的状态的值。与电路sw1-swn一样，电路swn+1-swn+8通过与电压源Vdd1、Vdd2的连接而被偏置。
该实施例的第一个缺点是购买和植入多路转换器部件Mux的成本。具有八个输入端口的多路转换器需要处理单元μC的一个输入端口Inmux，也就是七个电路的实际益处。此外，多路转换器的寻址还需要处理单元μC的端口Ad0-Ad2。然而，这些端口可以有利地通过寻址总线型的并联连接而重用于其他可能的多路转换器。该实施例的另一个缺点是它仅能够以多路转换器的容量为模（即模7）来添加电路，因此无法被适配成仅添加少量（少于7个）电路。
发明内容
本发明通过接口设备弥补了这些缺点，该接口设备使得能够将多个电路连接到处理单元的单个输入端口并采集其状态值，而无需多路转换器或其他昂贵的部件。
本发明的主题是一种用于处理单元的接口设备，其使得能够将多个电路连接到处理单元的单个输入端口，当所述电路被偏置时，其能够采集多个电路的电路状态的值，其包括相同基数的多个电源，每个电源与多个电路中的一个电路相关联并且能够偏置该电路，以及换向装置，其能够选择性地将多个电路中的单个电路连接到相关联的电源以偏置该电路并且能够将所有其他电路连接到接地，被偏置的电路的选择由处理单元的一组至少一个输出端口来控制。
根据另一特征，处理单元包括多个输入端口，每个输入端口连接到多个电路，该多个电路最多具有与多个电源相同的基数，该多个电源是唯一的并且重复用于所有输入端口，第i个电源能够同时偏置连接到每个输入端口的第i个电路。
根据另一特征，换向装置由与每个电源相关联的输出端口来控制，与第i个电源相关联的第i个输出端口的控制是控制同时连接到每个输入端口的第i个电路的偏置并控制所有其他电路连接到接地。
根据另一特征，多个电源中的至少一个电源由第一供电网络来供电，而其他电源由与第一供电网络不同的至少第二供电网络来供电。
根据另一特征，第一供电网络是“预唤醒”网络，其向在处理单元无电压时其中所包括的必须被供电的电路供电，并且第二供电网络是“唤醒后”网络，其向在处理单元被加电压时必须被供电的电路供电。
本发明还涉及一种用于采集至少多个电路的状态值的方法，所述电路分别通过至少一个这样的设备连接到至少一个输入端口，该方法包括以与连接到一个输入的电路数相同的次数重复以下步骤：通过借助于一组输出端口控制换向装置来选择其中一个电路；针对每个输入端口采集所选电路的状态值。
附图说明
从结合附图作为参考给出的下面的详细描述，本发明的其他特征、细节和优点将变得更加清楚，其中：
- 已经描述过的图1示出了根据现有技术的接口设备，
- 图2示出了根据本发明的接口设备，
- 图3描绘了时序图，其明确示出了连接装置的各控制之间的关系。
具体实施方式
本发明涉及处理单元μC与电路Switch1-Switch2n之间的接口设备1。如图2所示，根据本发明的这种设备1的一个示例被布置在图的右侧所示的处理单元μC与左侧所示的电路Switch1-Switch2n之间。设备1的目的是使得能够将多个电路Switch1-Switch2n连接到处理单元μC的单个输入端口Input1-Inputn。以已知且传统的方式，这种输入端口Input1-Inputn在与其连接的电路Switch1-Switch2n被偏置时能够采集该电路的状态值，如前文在现有技术的介绍部分所述。
为此，本发明将多个电路（例如两个电路Switch1、Switch2）永久地连接到输入端口，例如Input1。接下来，一次一个地配置多个电路Switch1-Switch2n中的电路Switch1-Switch2，使得输入端口Input1能够采集其状态的值。当且仅当电路Switch1-Switch2n被偏置时，输入端口Input1-Inputn才能够采集该电路的状态值。于是，本发明的原理在于，偏置连接到输入端口Input1的多个电路中的电路Switch1-Switch2中的一个，而同时不偏置所述多个电路中的所有其他电路，并且采集状态值。然后对多个电路中的每个电路重复该操作。
为实现此目的，设备1包括多个电源Vdd1-Vdd2和换向装置PushVdd1、PullVdd1、PushVdd2和PullVdd2。
多个电源Vdd1-Vdd2具有与连接到输入端口Input1的多个电路相同的基数。因此，存在与连接到输入端口Input1的电路Switch1-Switch2一样多的电源Vdd1-Vdd2。每个电源Vdd1-Vdd2与多个电路中的电路Switch1-Switch2之一相关联，以便能够对其进行偏置。
换向装置PushVdd1、PullVdd1、PushVdd2、PullVdd2使得能够通过在它们之间形成或不形成连接来确定给定电源Vdd1-Vdd2是否偏置其相关联的电路Switch1-Switch2。换向装置还使得当电路（例如Switch1）连接到其相关联的电源（此处为Vdd1）并因此被偏置时，连接到同一输入端口Input1的所有其他电路（此处为Switch2）都从其电源（此处为Vdd2）断开并连接到接地，以便不被偏置。
换向装置的这种功能可以通过任何方式来执行。根据一个可能的实施例，如图2所示，电源Vdd1连接到相关联的电路Switch1与输入端口Input1之间的连接点P1，或者说电源Vdd2连接到相关联的电路Switch2与输入端口Input1之间的连接点P2。换向装置包括用于每个电源Vdd1、Vdd2的一对“推挽”换向器，即此处为四个换向器PushVdd1、PullVdd1、PushVdd2和PullVdd2。在推挽对中，能够同时控制（闭合）换向器中的至多一个。
电源Vdd1-Vdd2在其偏置其相关联的电路时选择性地连接到供电网络Vdd，或者当它没有偏置其相关联的电路时选择性地连接到接地。为此，“推”换向器，即PushVdd1（或PushVdd2），选择性地将所述连接点P1（或P2）连接到电压源，其通常是由供电网络Vdd提供的，而“挽”换向器，即PullVdd1（或PullVdd2），选择性地将所述连接点P1（或P2）连接到接地。
为了偏置电路（例如Switch1），控制与其相关联的电源（即Vdd1）相关联的“推”换向器（即PushVdd1），而同时控制与所有其他电源（即Vdd2）相关联的“挽”换向器（即PullVdd2）。其余的换向器（此处为PullVdd1和PushVdd2）不被控制并保持断开。因此，连接到其电源的电路被偏置，而接到接地的所有其他电路都未被偏置。
当期望偏置另一电路（例如此处的Switch2）时，控制对应的“推”换向器（即PushVdd2）以及所有其他“挽”换向器（即PullVdd1）。
从连接到输入的多个电路的电路中选择要偏置的电路由处理单元μC的一组至少一个输出端口Output1-Output2来控制。一个或多个输出端口与换向装置之间的关系可以通过任何方式形成。根据图2所示的一个可能的实施例，输出端口Output1Output2与每个电源Vdd1-Vdd2相关联。该输出端口Output1-Output2有利地同时控制与该电源相关联的“推”换向器以及与所有其他电源相关联的一个或多个“挽”换向器。因此，与电源Vdd1相关联的输出端口Output1同时控制换向器PushVdd1和换向器PullVdd2。该实施例需要与电源Vdd1-Vdd2一样多的输出端口Output1-Output2。
对于具有逻辑状态（开关）的电路，输入端口可以是逻辑的或模拟的。对于具有模拟状态（比例）的电路，输入端口必须是模拟的。本发明适用于具有逻辑状态的电路、具有模拟状态的电路以及二者的组合。
上文针对单个输入端口Input1描述的内容可以扩展到处理单元μC的多个输入端口Input1-Inputn。然后，可以将多个电路Switch1-Switch2n连接到每个输入端口Input1-Inputn，这多个电路最多具有与多个电源相同的基数。每个输入端口使得能够连接最多与电源Vdd1-Vdd2一样多的电路。
因此，如果如图2所示布置了两个电源Vdd1-Vdd2，则可以将至多两个电路连接到每个输入端口Input1-Inputn。因此，输入端口Input1连接到电路Switch1和Switch2，输入端口Input2连接到电路Switch3和Switch4，...，输入端口Inputn连接到电路Switch2n-1和Switch2n。
有利地，多个电源Vdd1-Vdd2无需被复制。该唯一的多个电源被重用于所有输入端口Input1-Inputn。第一电源Vdd1能够偏置每个输入端口Input1-Inputn的第一电路Switch1、Switch3、...、Switch2n-1，并且第二电源Vdd2能够偏置每个输入端口Input1-Inputn的第二电路Switch2、Switch4、...、Switch2n。
同样，根据电源Vdd1-Vdd2的数量来确定尺寸的换向装置PushVdd1、PullVdd1、PushVdd2和PullVdd2可以保持不变。换向装置PushVdd1、PullVdd1、PushVdd2和PullVdd2由同一组输出端口Output1-Output2来控制。第一电源Vdd1同时偏置以下电路：经由点P1偏置第一输入端口Input1的第一电路Switch1、经由点P3偏置第二输入端口Input2的第一电路Switch3、...、经由点P2n-1偏置第n输入端口Inputn的第一电路Switch2n-1。同样地，第二电源Vdd2同时偏置以下电路：经由点P2偏置第一输入端口Input1的第二电路Switch2、经由点P4偏置第二输入端口Input2的第二电路Switch4、...、经由点P2n偏置第n输入端口Inputn的第二电路Switch2n。
根据一个实施例，如图所示，换向装置包括用于每个电源的一对“推挽”换向器：PushVdd1、PullVdd1用于第一电源Vdd1并且PushVdd2、PullVdd2用于第二电源Vdd2。换向装置由与每个电源Vdd1-Vdd2相关联的输出端口Output1-Output2（即此处为两个输出端口Output1和Output2）来控制。
对与第i个电源Vdd1-Vdd2相关联的第i个输出端口Output1-Output2的控制是同时针对所有输入端口Input1-Inputn控制连接到每个输入端口Input1-Inputn的第i个电路的偏置。如图所示且如上所述，这可以通过第i个输出端口控制第i个“推”换向器以及除第i个之外的所有“挽”换向器来实现。
这也通过图3的时序图示出，图3描绘了n个电源Vdd1、Vdd2、...、Vddn的时序图以及与它们各自的“推挽”换向器PushVdd1、PullVdd1、PushVdd2、PullVdd2、...、PushVddn、PullVddn相关联的时序图。可以证实以下规则：当控制“推”换向器（闭合/高态/开）时，其相关联的“挽”换向器未被控制（断开/低态/关），所有其他的“推”换向器未被控制，所有其他的挽换向器被控制。
可以注意到，在图2的简图中，与一个电源相关联的所有电路都是电连接的。相反，两个不同的电源Vdd1-Vdd2可以电分离。
在图2的原理电路中，这可以通过将第一电源Vdd1的供电点Vdd连接到第一供电网络并且将第二电源Vdd2的供电点Vdd连接到与第一供电网络不同的第二供电网络来实现。
于是可以使电路Switch1-Switch2n分布于至少两个不同的供电网络上，并且分布于最多与电源Vdd1-Vdd2一样多的不同的供电网络上。
这对于保持由不同网络供电的电路Switch1-Switch2n分离可以是有利的，即使这些电路连接到同一个处理单元μC。
供电网络在电压值方面可以是不同的，在于它们具有不同的标称电压。替换地或附加地，供电网络可以在时间上不同，在于它们具有不同的时间分布。
时间上不同的供电网络的一个示例通常用于机动车中。第一供电网络是称为例如“预唤醒”的网络，其向在处理单元μC无电压/处于睡眠时、并且如果适用的话也在处理单元μC被加电压时必须被供电的电路供电。第二供电网络是称为例如“唤醒后”的网络，其仅在处理单元μC已加电压/被唤醒时才向必须被供电的电路供电。这两个供电网络具有不同的时间分布，第二个供电网络仅在处理单元μC被加电压时具有电压，而第一个供电网络在包括第一网络的时间段的一段时间内具有电压，但该时间段经常很宽。
本发明有利地使得能够使电路根据各种供电网络而保持分离，同时用同一个处理单元μC来实现对各个电路的采集。
可以以模电源数的方式分配每个供电网络的电路。因此，在四个电源的情况下，每个电源可以由供电网络中的任一个来供电。因此，可以通过不同的网络向每个源供电。在两个网络的情况下，可以通过一个网络向两个源供电，并且可以通过另一网络向另两个源供电，从而使得能够在每个网络上容纳相同数量的电路。替换地，可以通过一个网络向一个源供电，并且通过另一网络向三个源供电，从而使得能够在一个网络上容纳四分之一的电路，而在另一网络上容纳四分之三的电路。
借助于如上所述的设备1，可以采集分别连接到多个输入Input1-Inputn的至少一个输入端口Input1的至少多个电路Switch1-Switch2的状态值。
根据以下步骤来进行该采集。第一步是选择多个电路中的电路Switch1-Switch2之一。这是通过通常借助于一组输出端口Output1-Output2来控制换向装置PushVdd1、PullVdd1、PushVdd2、PullVdd2来完成的。这确保了所选电路被偏置，而连接到同一输入端口的所有其他电路都接到接地。可以注意到，在存在多个输入端口Input-Inputn的情况下，控制换向装置有利地确保同时偏置连接到每个输入端口Switch1-Switch2n的单个（通常是第i个）电路。
第二步是采集每个输入端口Input1-Inputn的状态值，从而采集每个所选电路的状态值。
然后，将这两个选择/采集步骤重复与连接到输入Input1-Inputn的电路Switch1-Switch2的个数同样多的次数，以便扫描所有连接的电路Switch1-Switch2n。
当期望进行新的采集时，可以根据需要重复整个方法。
因此，在处理单元μC上执行的软件能够采集所连接的所有电路Switch1-Switch2n的状态值。通过控制换向装置PushVdd1、PullVdd1、PushVdd2、PullVdd2的输出端口Output1-Output2来驱动选择使得能够知晓在给定时刻在每个输入端口Input1-Inputn上选择和偏置哪个电路，从而知晓哪个电路对应于所采集的状态值。

Claims (7)

1.用于处理单元(μC)的接口设备(1)，其使得能够将多个电路(Switch1-Switch2)连接到处理单元(μC)的一个输入端口(Input1)，当所述电路(Switch1-Switch2)被偏置时，其能够采集多个电路中的电路(Switch1-Switch2)的状态值，其特征在于，其包括
·相同基数的多个电源(Vdd1-Vdd2)，每个电源(Vdd1-Vdd2)与多个电路中的一个电路(Switch1-Switch2)相关联并且能够偏置所述电路，
·换向装置(PushVdd1、PullVdd1、PushVdd2、PullVdd2)，其能够选择性地将多个电路中的单个电路(Switch1-Switch2)连接到相关联的电源(Vdd1-Vdd2)以偏置该电路并且能够将所有其他电路连接到接地，被偏置的电路的选择由处理单元(μC)的一组至少一个输出端口(Output1-Output2)来控制。
2.根据权利要求1所述的设备(1)，其中，处理单元(μC)包括多个输入端口(Input1-Inputn)，每个输入端口连接到多个电路(Switch1-Switch2n)，该多个电路(Switch1-Switch2n)最多具有与多个电源(Vdd1-Vdd2)相同的基数，该多个电源(Vdd1-Vdd2)是唯一的并且重复用于所有输入端口(Input1-Inputn)，第i个电源(Vdd1-Vdd2)能够同时偏置连接到每个输入端口(Input1-Inputn)的第i个电路。
3.根据权利要求1所述的设备(1)，其中，换向装置(PushVdd1、PullVdd1、PushVdd2、PullVdd2)由与每个电源(Vdd1-Vdd2)相关联的输出端口(Output1-Output2)来控制，与第i个电源(Vdd1-Vdd2)相关联的第i个输出端口(Output1-Output2)的控制是控制同时连接到每个输入端口(Input1-Inputn)的第i个电路的偏置并控制所有其他电路连接到接地。
4.根据权利要求2所述的设备(1)，其中，换向装置(PushVdd1、PullVdd1、PushVdd2、PullVdd2)由与每个电源(Vdd1-Vdd2)相关联的输出端口(Output1-Output2)来控制，与第i个电源(Vdd1-Vdd2)相关联的第i个输出端口(Output1-Output2)的控制是控制同时连接到每个输入端口(Input1-Inputn)的第i个电路的偏置并控制所有其他电路连接到接地。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的设备(1)，其中，多个电源中的至少一个电源(Vdd1-Vdd2)由第一供电网络来供电，而其他电源(Vdd1-Vdd2)由与第一供电网络不同的至少第二供电网络来供电。
6.根据权利要求5所述的设备(1)，其中，第一供电网络是“预唤醒”网络，其向在处理单元(μC)无电压时其中所包括的必须被供电的电路供电，并且第二供电网络是“唤醒后”网络，其向在处理单元(μC)被加电压时必须被供电的电路供电。
7.用于采集至少多个电路(Switch1-Switch2n)的状态值的方法，所述电路(Switch1-Switch2n)分别通过至少一个根据权利要求1至6中的任一项所述的设备(1)连接到至少一个输入端口(Input1-Inputn)，其特征在于，该方法包括以与连接到一个输入端口(Input1-Inputn)的电路(Switch1-Switch2)的数量相同的次数重复以下步骤：
·通过借助于一组输出端口(Output1-Output2)控制换向装置(PushVdd1、PullVdd1、PushVdd2、PullVdd2)来选择其中电路(Switch1-Switch2)中的一个；
·针对每个输入端口(Input1-Inputn)采集所选电路(Switch1-Switch2)的状态值。
CN201780072608.7A 2016-11-24 2017-11-23 使得能够连接多个电路并通过单个输入端口采集其状态值的用于处理单元的接口设备 Active CN109983702B (zh)

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