CN113064364B - 一种高可靠性低功耗的定时休眠唤醒装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种高可靠性低功耗的定时休眠唤醒装置，包括超级电容、计时电路、低电量自动唤醒电路、USB强制唤醒电路、MCU主电路和硬件看门狗电路；超级电容用于给计时电路供电；低电量自动唤醒电路在接收到计时电路定时输出的唤醒信号或者超级电容的电压过低时，向MCU主电路的MCU_INT端输出高电平唤醒后级电路；USB强制唤醒电路能在USB插入时输出唤醒信号唤醒后级MCU主电路，使其在时钟芯片无法正常工作或者需要在未到达唤醒时间进行配置时也能唤醒后级MCU主电路，保证了唤醒的可靠性；MCU主电路上电运行后给计时电路设置一个安全唤醒时间，并能在工作完成后且唤醒条件不满足时自主进入休眠状态，从而降低系统的功耗。
Description
技术领域
本发明涉及单片机管理技术领域，具体涉及一种高可靠性低功耗的定时休眠唤醒装置。
背景技术
为了降低整机系统的功耗，需要让单片机在不工作时处于低功耗的待机模式，并利用唤醒电路向单片机输入唤醒信号，使单片机从待机状态切换到运行状态。常用的单片机唤醒方法多为定时唤醒，当因电量过低或者其他原因导致时钟芯片不能正常工作时，单片机无法自动唤醒，影响系统正常工作。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供了一种高可靠性低功耗的定时休眠唤醒装置。
一种高可靠性低功耗的定时休眠唤醒装置，包括超级电容、计时电路、低电量自动唤醒电路、USB强制唤醒电路、MCU主电路以及硬件看门狗电路；
所述超级电容用于给所述计时电路供电；所述低电量自动唤醒电路分别与所述超级电容以及所述计时电路的定时唤醒引脚相连，使其在接收到计时电路定时输出的唤醒信号或者超级电容的电压过低时，向MCU主电路的MCU_INT端输出高电平唤醒后级电路；所述USB强制唤醒电路用于在USB插入时输出唤醒信号唤醒后级MCU主电路；
所述MCU主电路上电运行后能给所述计时电路设置一个安全唤醒时间，并在工作完成后且唤醒条件不满足时自主进入休眠状态；所述硬件看门狗电路用于保证所述MCU主电路正常运行。
优选的，所述计时电路所使用的时钟芯片为BM8563ESA。
优选的，所述低电量自动唤醒电路包括电源监控芯片BU4219G-TR、PNP型三极管Q7、电容C20以及电阻R38、R25、R37、R30；电源监控芯片的VDD端与超级电容连接，VOUT端通过R38与Q7的基级相连，CT端则通过C20接地；Q7的基级分别通过R25与超级电容连接，通过R37与计时电路的定时唤醒引脚相连；Q7的发射极直接与超级电容相连，集电极则通过R30与MCU主电路的MCU_INT端连接。
优选的，所述USB强制唤醒电路包括NPN型三极管Q6、电容C17、PMOS管Q4以及电阻R27、R34、R23；Q6的基级同时与电阻R27、R34的一端以及MCU_INT相连，R27的另一端与输入电压USB_VCC连接；R34的另一端、Q6的发射极以及C17的一端均接地；Q6的集电极、C17的另一端以及R23的一端均与PMOS管Q4的G脚连接；R23的另一端和Q4的三个S脚同时连接电源电压VCC，Q4的四个D脚相连，并能输出电压VCC1作为唤醒信号唤醒后级MCU主电路。
优选的，所述电阻R27、R34、R23的阻值相等。
优选的，所述硬件看门狗电路包括MCU监控芯片SGM706-SYS8G/TR以及功率开关芯片MT9700，所述MCU主电路在工作时向MCU监控芯片的WDI端输出0.5秒的方波。
本发明的有益效果是：1、在定时唤醒的基础上增加了低电量唤醒以及USB强制唤醒的功能，使其在时钟芯片无法正常工作或者需要在未到达唤醒时间进行配置时也能向后级MCU主电路发送唤醒信号，有效保证了唤醒的可靠性；2、MCU主电路在工作完成后且唤醒条件不满足时能自主进入休眠状态，有效降低了整机系统的功耗。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为本发明实施例的整体结构框图；
图2为本发明实施例中计时电路的电路结构图；
图3为本发明实施例中低电量自动唤醒电路的电路结构图；
图4为本发明实施例中USB强制唤醒电路的电路结构图；
图5为本发明实施例中硬件看门狗电路的电路结构图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种高可靠性低功耗的定时休眠唤醒装置，其整体结构如图1所示，主要包括超级电容、计时电路、低电量自动唤醒电路、USB强制唤醒电路、MCU主电路以及硬件看门狗电路。
计时电路所使用的时钟芯片为BM8563ESA，其电路结构如图2所示，由超级电容VBAT供电，唤醒时间到达后定时唤醒引脚RTC_INT对地闭合，从而定时输出唤醒信号。
低电量自动唤醒电路的结构如图3所示，主要包括电源监控芯片BU4219G-TR、PNP型三极管Q7、电容C20以及电阻R38、R25、R37、R30。电源监控芯片的VDD端与超级电容VBAT连接，VOUT端通过R38与Q7的基级相连，CT端则通过C20接地。Q7的基级分别通过R25与超级电容VBAT连接，通过R37与计时电路的定时唤醒引脚RTC_INT相连。Q7的发射极直接与超级电容VBAT相连，集电极则通过R30与MCU主电路的MCU_INT端连接。在接收到计时电路定时输出的唤醒信号时，Q7导通，能向MCU主电路的MCU_INT端输出高电平唤醒后级电路。当超级电容VBAT的电压过低时，VOUT端输出低电平，Q7同样导通，唤醒后级电路给超级电容VBAT充电，以保证计时电路的可靠运行。
USB强制唤醒电路的结构如图4所示，主要包括NPN型三极管Q6、电容C17、PMOS管Q4以及电阻R27、R34、R23(三个电阻的阻值相等)。Q6的基级同时与电阻R27、R34的一端以及MCU_INT相连，R27的另一端与输入电压USB_VCC连接。R34的另一端、Q6的发射极以及C17的一端均接地。Q6的集电极、C17的另一端以及R23的一端均与PMOS管Q4的G脚连接。R23的另一端和Q4的三个S脚同时连接电源电压VCC，Q4的四个D脚相连，并能输出电压VCC1作为唤醒信号唤醒后级MCU主电路。
将USB插入后，Q6导通，INT为低电平，PMOS管Q4导通，从而唤醒后级MCU主电路。单片机上电启动后立即就能拉高MCU_INT端的电平，进而拉低INT，形成自保持电路持续供电。这样即使在时钟芯片无法正常工作或者需要在未到达唤醒时间进行配置时也能向后级MCU主电路发送唤醒信号，有效保证了唤醒的可靠性。
硬件看门狗电路的结构如图5所示，主要包括MCU监控芯片SGM706-SYS8G/TR以及功率开关芯片MT9700。MCU主电路唤醒开始工作后，能向MCU监控芯片的WDI端输出0.5秒的方波，确保MCU主电路可靠运行。
MCU主电路上电运行后，给计时电路设置一个最新的安全唤醒时间，复位掉RTC_INT,同时除去USB线，保证超级电容电量充足(即各唤醒条件均不满足)，并在工作完成后，拉低MCU_INT，使Q6断开，R23、C17组成充电电路；C17充满电后，VCC1不再有电，后级MCU主电路被断开，自主进入休眠状态，等待下次满足唤醒条件后唤醒。
对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。
Claims (1)
1.一种高可靠性低功耗的定时休眠唤醒装置，其特征在于：包括超级电容、计时电路、低电量自动唤醒电路、USB强制唤醒电路、MCU主电路以及硬件看门狗电路；
所述超级电容用于给所述计时电路供电；所述低电量自动唤醒电路分别与所述超级电容以及所述计时电路的定时唤醒引脚相连，使其在接收到计时电路定时输出的唤醒信号或者超级电容的电压过低时，向MCU主电路的MCU_INT端输出高电平唤醒后级电路；所述USB强制唤醒电路用于在USB插入时输出唤醒信号唤醒后级MCU主电路；
所述MCU主电路上电运行后能给所述计时电路设置一个安全唤醒时间，并在工作完成后且唤醒条件不满足时自主进入休眠状态；所述硬件看门狗电路用于保证所述MCU主电路正常运行；所述计时电路所使用的时钟芯片为BM8563ESA；所述低电量自动唤醒电路包括电源监控芯片BU4219G-TR、PNP型三极管Q7、电容C20以及电阻R38、R25、R37、R30；电源监控芯片的VDD端与超级电容连接，VOUT端通过R38与Q7的基级相连，CT端则通过C20接地；Q7的基级分别通过R25与超级电容连接，通过R37与计时电路的定时唤醒引脚相连；Q7的发射极直接与超级电容相连，集电极则通过R30与MCU主电路的MCU_INT端连接；所述USB强制唤醒电路包括NPN型三极管Q6、电容C17、PMOS管Q4以及电阻R27、R34、R23；Q6的基级同时与电阻R27、R34的一端以及MCU_INT相连，R27的另一端与输入电压USB_VCC连接；R34的另一端、Q6的发射极以及C17的一端均接地；Q6的集电极、C17的另一端以及R23的一端均与PMOS管Q4的G脚连接；R23的另一端和Q4的三个S脚同时连接电源电压VCC，Q4的四个D脚相连，并能输出电压VCC1作为唤醒信号唤醒后级MCU主电路；所述电阻R27、R34、R23的阻值相等；所述硬件看门狗电路包括MCU监控芯片SGM706-SYS8G/TR以及功率开关芯片MT9700，所述MCU主电路在工作时向MCU监控芯片的WDI端输出0.5秒的方波。
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