CN115576407B - 单片机的升级电路和具有该升级电路的电子设备 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种单片机的升级电路和具有该升级电路的电子设备，以在单片机升级过程中出现系统断电事故时，仍能保证单片机顺利升级。升级电路包括：单片机，包括第一引脚，被配置为仅在单片机处于程序升级过程中时产生第一电信号；继电器，包括控制线圈、公共触点、第一触点和第二触点；系统电压源，连接控制线圈和第一触点，当系统电压源向控制线圈供电时，第一触点与公共触点接通，第二触点与公共触点断开；备用电池，通过第三送电支路连接第二触点，第三送电支路上设置有与第一引脚连接的第一开关组件，第一开关组件被配置为：响应于第一引脚上产生第一电信号而接通第三送电支路，响应于第一引脚上没有产生第一电信号而断开第三送电支路。

Description

单片机的升级电路和具有该升级电路的电子设备

技术领域

本申请涉及芯片升级技术领域，尤其涉及一种单片机的升级电路和具有该升级电路的电子设备。

背景技术

相关技术中，提出的一种单片机的升级方式为：将单片机的FLASH（闪存）划分为升级引导区和应用程序区，通过升级引导区给应用程序区升级或者利用应用程序给引导程序升级。这种升级方式，当升级过程中遇到突发的意外断电等情况时，由于应用程序区部分程序已被修改无法正常运行，会导致单片机无法正常使用且修复工作较为复杂。

发明内容

有鉴于此，本申请提出一种单片机的升级电路和具有该升级电路的电子设备，以期在单片机升级过程中系统突发断电事故时，仍能保证单片机的正常升级。

第一方面，本申请提出一种单片机的升级电路，包括：

单片机，所述单片机包括第一引脚，所述第一引脚被配置为仅在所述单片机处于程序升级过程中时产生第一电信号；

外置存储芯片，所述外置存储芯片与所述单片机连接，用于为所述单片机提供升级数据；

继电器，所述继电器包括控制线圈、公共触点、第一触点和第二触点，其中，所述第一触点为常开触点，所述第二触点为常闭触点，所述公共触点通过第一送电支路连接所述单片机和所述外置存储芯片；

系统电压源，所述系统电压源通过第二送电支路连接所述控制线圈和所述第一触点，当所述系统电压源向所述控制线圈供电时，所述第一触点与所述公共触点接通，所述第二触点与所述公共触点断开；及

备用电池，所述备用电池通过第三送电支路连接所述第二触点，所述第三送电支路上设置有用于接通和断开该第三送电支路的第一开关组件，所述第一开关组件与所述第一引脚连接，所述第一开关组件被配置为：响应于所述第一引脚上产生所述第一电信号而接通所述第三送电支路，响应于所述第一引脚上没有产生所述第一电信号而断开所述第三送电支路。

在一种可能的实施方式中，所述第一电信号为高电平信号。

在一种可能的实施方式中，所述第一开关组件包括第一开关管和第二开关管，其中，所述第一开关管为NMOS管，所述第二开关管为PMOS管；

所述第一开关管的栅极连接所述第一引脚，所述第一开关管的源极接地，所述第一开关管的漏极连接所述第二开关管的栅极；

所述第二开关管的源极连接所述备用电池，所述第二开关管的漏极连接所述第二触点，所述第二开关管的栅极与源极通过第一降压电阻相连接。

在一种可能的实施方式中，所述备用电池的额定电压等于所述系统电压源的电压。

在一种可能的实施方式中，所述单片机包括第二引脚和第三引脚，所述第二引脚通过电压检测支路连接所述备用电池，以用于检测所述备用电池的电压值，所述第三引脚被配置为响应于所述第二引脚检测到的所述电压值小于设定阈值而产生第二电信号；

所述升级电路包括连接所述系统电压源和所述备用电池的充电支路，所述充电支路上设置有用于接通和断开该充电支路的第二开关组件，所述第二开关组件与所述第三引脚连接，所述第二开关组件被配置为：响应于所述第三引脚产生所述第二电信号而接通所述充电支路，响应于所述第三引脚上没有产生所述第二电信号而断开所述充电支路。

在一种可能的实施方式中，所述第二电信号为高电平信号。

在一种可能的实施方式中，所述第二开关组件包括第三开关管和第四开关管，其中，所述第三开关管为NMOS管，所述第四开关管为PMOS管；

所述第三开关管的栅极连接所述第三引脚，所述第三开关管的源极接地，所述第三开关管的漏极连接所述第四开关管的栅极，所述第三开关管的栅极与源极通过第三降压电阻连接；

所述第四开关管的源极连接所述系统电压源，所述第四开关管的漏极通过二极管连接所述备用电池，所述第四开关管的栅极通过第四降压电阻连接所述备用电池。

在一种可能的实施方式中，所述第一送电支路上设置有蓄电电容器。

第二方面，本申请提出一种电子设备，所述电子设备包括：

如第一方面所述的升级电路，及

除所述升级电路之外的其他电气元件；

其中，所述备用电池与所述其他电气元件均不连接。

在一种可能的实施方式中，所述电子设备为点屏设备。

本申请提供的单片机的升级电路和具有该升级电路的电子设备，在单片机处于程序升级的过程中，若出现系统意外断电事故，则自动由专用的备用电池为程序升级动作续电，从而使得单片机顺利完成升级，防止单片机因升级意外中断而产生故障。而且，该升级电路中的备用电池只有在单片机处于程序升级的过程中发生系统断电情况时才会自动启用，因而可以采用更小的尺寸和容量，进而有助于配置这种升级电路的电子设备的小型化设计和成本缩减。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本申请的一些实施例，而非对本申请的限制。

图1是本申请一实施例提供的单片机升级电路的结构示意图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例的附图，对本申请实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本申请的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。可以理解，在不冲突的情况下，本文所描述的各个实施例的一些技术手段可相互替换或结合。

在本申请说明书和权利要求书的描述中，若存在术语“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。由此，限定有“第一”、“第二”等的对象可以明示或者隐含地包括一个或者多个该对象。并且，“一个”或者“一”等类似词语，不表示数量限制，而是表示存在至少一个。

请参见图1，本申请一实施例提供了一种单片机的升级电路，该升级电路可以为单片机中软件程序的升级处理提供工作电源。该升级电路包括单片机、外置存储芯片、继电器、系统电压源Vsys和备用电池。

单片机包括第一引脚I/O1，该第一引脚I/O1被配置为仅在单片机处于程序升级过程中时产生第一电信号。单片机例如可以是STM32芯片、MCS51芯片或AT89S52芯片。

外置存储芯片与单片机连接，用于为单片机提供升级数据。升级数据可以在单片机正式进行升级动作之前由预先存储在外置存储芯片中。外置存储芯片可以是与单片机集成在同一块PCB板上的不可拆除的存储芯片，也可以是可插拔地连接到插接口上的闪存芯片（例如U盘、SD卡等）。

前述“第一引脚I/O1被配置为仅在单片机处于程序升级过程中时产生第一电信号”，可以通过写入单片机中的程序代码来实现，该程序代码使得：在单片机和外置存储芯片均处于上电状态时，单片机可以通过访问外置存储芯片来判断外置存储芯片中是否存在对应的升级数据，当判断出外置存储芯片中存在对应的升级数据时，则执行升级动作并使其第一引脚I/O1上产生第一电信号，在升级动作完成后，使第一引脚I/O1上的第一电信号消失（例如，第一电信号为高电平信号，而在升级动作完成后，使第一引脚I/O1上的高电平信号消失，转为零电平或低电平信号）。

继电器包括控制线圈、公共触点K0、第一触点K1和第二触点K2。其中，第一触点K1为常开触点（即在控制线圈未得电时，与公共触点K0断开的触点），第二触点K2为常闭触点（即在控制线圈未得电时，与公共触点K0接通的触点），公共触点K0通过第一送电支路连接单片机和外置存储芯片。当控制线圈未得电时，第一触点K1与公共触点K0断开，第二触点K2与公共触点K0接通。当控制线圈得电时，第一触点K1与公共触点K0接通，第二触点K2与公共触点K0断开。

系统电压源Vsys通过第二送电支路连接控制线圈和第一触点K1，当系统电压源Vsys向控制线圈供电时，第一触点K1与公共触点K0接通，第二触点K2与公共触点K0断开。系统电压源Vsys的电压可以由市电提供，也可以由配置该升级电路的电子设备中的主电池提供。在一些实施例中，该升级电路应用在具体为点屏设备的电子设备中，点屏设备具有用于连接市电的外接电源线，工作时，外接电源线通过其端部的三脚插头将市电引入该点屏设备，从而为点屏设备中的各个电气元件提供工作电源（包括前述单片机和外置存储芯片），而系统电压源Vsys的电压就是通过外接电源线引入的市电而产生的，当市电断开（例如外接电源线的三脚插头从送电插座上意外脱离）后，系统电压源Vsys提供的电压随即消失。

备用电池通过第三送电支路连接继电器的第二触点K2，且第三送电支路上设置有用于接通和断开该第三送电支路的第一开关组件。第一开关组件与单片机的上述第一引脚I/O1连接，第一开关组件被配置为：响应于第一引脚I/O1上产生第一电信号而接通第三送电支路，响应于第一引脚I/O1上没有产生第一电信号而断开第三送电支路。

在本实施例中，正常情况下，当该升级电路中的单片机处于程序升级过程中时，单片机和外置存储芯片的工作电源由系统电压源Vsys提供，而系统电压源Vsys的电压则由市电提供。一旦系统发生意外断电，导致单片机和外置存储芯片不能从系统电压源Vsys获取程序升级所需的工作电压，那么备用电池则会立即向单片机和外置存储芯片续电，由此保证即便在系统发生系统断电事故时，也能顺利完成单片机的程序升级，防止单片机因升级失败而导致程序丢失、芯片损坏。具体而言：

在系统未发生断电的正常情况下，无论单片机是否处于程序升级过程中，此时继电器的控制线圈因为得到系统电压源Vsys提供的工作电压而产生吸合力。在该吸合力作用下，第一触点K1与公共触点K0接通，第二送电支路与第一送电支路接通，系统电压源Vsys向单片机和外置存储芯片提供例如3.3V的工作电压。在该状态下：

情形一：如果单片机未处于程序升级过程中，那么其第一引脚I/O1上不会产生上述第一电信号，则第一开关组件因未能得到第一电信号的激励而处于将第三送电支路断开的状态，因此，无论继电器为何种工作状态，备用电池都不可能向单片机和外置存储芯片供电。

情形二：如果单片机处于程序升级过程中，那么其第一引脚I/O1上会产生上述第一电信号，则第一开关组件因得到第一电信号的激励而处于将第三送电支路接通的状态，备用电池提供的电压会传输到继电器的第二触点K2。不过，由于控制线圈此时得到了系统电压源Vsys提供的工作电压而使得公共触点K0与第一触点K1接通、与第二触点K2断开，致使第三送电支路与第一送电支路无法导通，故而备用电池提供的电压并不能传输到单片机和外置存储芯片。

在上述情形二下，如果系统出现意外断电事故，系统电压源Vsys提供的3.3V电压突然消失，此时继电器的控制线圈断电而失去吸合力，公共触点K0与第一触点K1断开，转为与第二触点K2接合。此时，第三送电支路与第一送电支路导通，备用电池即刻向单片机和外置存储芯片提供程序升级所用的3.3V工作电压，从而避免单片机因升级失败而导致程序丢失、芯片损坏。备用电池的额定电压与系统电压源Vsys的电压相等。

考虑到在系统意外断电时，继电器由第一触点K1与公共触点K0的断开状态转变到第二触点K2与公共触点K0的接合状态，需要一定的执行时长（例如几毫秒），在该执行时长内，原本处于程序升级过程中的单片机若不能够得电，仍然存在单片机发生故障的风险。对此，请载参见图1，本实施例在第一送电支路上还设置了蓄电电容器C1，系统电压源Vsys正常供电时，会对蓄电电容器C1充电，使蓄电电容器C1存储一定的电能，在系统电压源Vsys突然断电后的前述执行时长内，蓄电电容器C1会释放其存储的至少一部分电能，为单片机和外置存储芯片提供升级用电，从而消除了前述风险。

蓄电电容器C1可以是电解电容器（electrolytic capacitor）。

请再参见图1，在本实施例中，单片机的第一引脚I/O1上产生的前述第一电信号为高电平信号，前述第一开关组件包括第一开关管Q1和第二开关管Q2，其中，第一开关管Q1为NMOS管，第二开关管Q2为PMOS管。第一开关管Q1的栅极连接第一引脚I/O1，第一开关管Q1的源极接地，第一开关管Q1的漏极连接第二开关管Q2的栅极。第二开关管Q2的源极连接备用电池，第二开关管Q2的漏极连接继电器的第二触点K2，第二开关管Q2的栅极与源极通过第一降压电阻R1相连接。

请再参见图1，对于第一开关管Q1、第二开关管Q2以及下述的第三开关管Q3和第四开关管Q4中的任一个开关管，其衬底与源极相连从而具有相等的电压（电位）。

当单片机没有处于程序升级过程中时，其第一引脚I/O1上没有高电平信号——为零电平或低电平，NMOS管结构的第一开关管Q1因其栅极没有得到高电平信号（电平值为零），而使得第一开关的源极与漏极处于断开状态，备用电池与第一开关管Q1的源极之间为开路状态，故而PMOS管结构的第二开关管Q2的栅极电压等于备用电池的电压，第一降压电阻R1两端的电压相等、没有压降（均为备用电池的电压），故而第二开关管Q2的栅极电压等于衬底电压和源极电压，第二开关管Q2的栅极与衬底之间不存在电压差，从而使得第二开关管Q2的源极与漏极也处于断开状态，第三送电支路不导通。

当单片机处于程序升级过程中时，其第一引脚I/O1响应于该程序升级动作而产生高电平信号。该高电平信号施加到第一开关管Q1的栅极，使得第一开关管Q1的源极与漏极导通，进而使得备用电池与第一开关管Q1的源极导通，产生从备用电池依次经由第一降压电阻R1和第二开关管Q2而接地的导电回路（该导电回路上的电流以及所消耗的电能非常微弱，可忽略备用电池因此产生的电损）。由此，第一降压电阻R1的两端存在压降，第二开关管Q2的栅极电压等于第一降压电阻R1的下游端电压，第二开关管Q2的衬底电压和源极电压均等于备用电池的电压也即第一降压电阻R1的上游端电压，因此，第二开关管Q2的栅极电压小于第二开关管Q2的衬底电压和源极电压，从而使得第二开关管Q2的源极与漏极导通，连接备用电池和第二触点K2的第三送电支路导通。

为了更好地保护第一开关组件中的元器件，在本实施例中，第一开关管Q1的漏极与第二开关管Q2的栅极并没有直接通过导线相连接，而是在二者之间串接了一个第二降压电阻R2，即第一开关管Q1的漏极通过第二降压电阻R2连接第二开关管Q2的栅极。第二降压电阻R2还具有减小第一开关管Q1导通时流经第一开关管Q1组件的电流、进而减小备用电池电损的作用。

在本实施例中，为了让备用电池存有充裕的电能，以在系统断电后能够为单片机的程序升级提供用电保障，本实施例的升级电路还配置有用于检测备用电池剩余电量的单元以及在剩余电量不足时为备用电池进行充电的单元，具体而言：

请再参见图1，单片机还包括第二引脚I/O2和第三引脚I/O3。第二引脚I/O2通过电压检测支路连接备用电池，以用于检测备用电池的电压值，从而根据该电压值来判断备用电池的当前剩余电量。第三引脚I/O3被配置为响应于第二引脚I/O2检测到的电压值小于设定阈值而产生第二电信号。该升级电路还包括连接系统电压源Vsys和备用电池的充电支路，充电支路上设置有用于接通和断开该充电支路的第二开关组件。第二开关组件与前述第三引脚I/O3连接，第二开关组件被配置为：响应于第三引脚I/O3产生第二电信号而接通充电支路，响应于第三引脚I/O3上没有产生第二电信号而断开充电支路。

请继续参见图1，电压检测支路包括一运放器，运放器的输入端连接备用电池的正极端子，运放器的输出端连接到单片机的第二引脚I/O2，第二引脚I/O2上的电压值与备用电池的电压值具有正相关的对应关系。在备用电池对外消耗电能的过程中，其正极端子上的电压值持续下降，倘若第二引脚I/O2检测到备用电池的电压值小于设定阈值（例如设定阈值可以是3.0V），说明备用电池的当前剩余的电量不足，与第二引脚I/O2关联的第三引脚I/O3便会响应于该事件而在其上产生第二电信号。第二开关组件因得到第二电信号的激励而处于将充电支路接通的状态，系统电压源Vsys与备用电池接通，为备用电池充电。

请再参见图1，在本实施例中，第三引脚I/O3上产生的第二电信号为高电平信号，第二开关组件包括第三开关管Q3和第四开关管Q4，其中，第三开关管Q3为NMOS管，第四开关管Q4为PMOS管。第三开关管Q3的栅极连接单片机的第三引脚I/O3，第三开关管Q3的源极接地，第三开关管Q3的漏极连接第四开关管Q4的栅极，而且第三开关管Q3的栅极与源极通过第三降压电阻R3连接。第四开关管Q4的源极连接系统电压源Vsys，第四开关管Q4的漏极通过二极管连接备用电池，第四开关管Q4的栅极通过第四降压电阻R4连接备用电池。

当单片机的第二引脚I/O2检测到备用电池的电压值小于设定阈值时，第三引脚I/O3上产生高电平的第二电信号，并施加到第三开关管Q3的栅极，产生经由第三降压电阻R3后接地的导电回路，在第三降压电阻R3两端产生压降，使得第三开关管Q3的栅极电压高于其衬底电压和源极电压，进而使得第三开关管Q3的漏极与源极导通，从而产生从备用电池依次经由第四降压电阻R4和第三开关管Q3而接地的导电回路（该导电回路上的电流以及所消耗的电能非常微弱，可忽略备用电池因此产生的电损）。由于第四降压电阻R4的两端具有压降，故而第四开关管Q4的栅极电压低于其衬底电压和源极电压，进而使得第四开关管Q4的源极与漏极导通，系统电压源Vsys为备用电池充电。

当第三引脚I/O3上没有产生高电平的第二电信号时，第三开关的漏极与源极断开，第四开关的栅极电压与衬底电压相等，第四开关的源极与漏极断开，充电支路处于断开状态，系统电压源Vsys不会对备用电池充电。

为了更好地保护充电支路中的元器件，在本实施例中，第四开关管Q4的栅极与第三开关管Q3的漏极并没有直接通过导线相连接，而是在二者之间串接了一个第五降压电阻R5，即第四开关管Q4的栅极通过第五降压电阻R5连接第三开关管Q3的漏极。第五降压电阻R5还具有减小第三开关管Q3导通时流经第二开关管Q2组件的电流、进而减小备用电池电损的作用。

此外，本申请实施例还提供了一种电子设备，该电子设备包括上述结构的升级电路，以及除该升级电路之外的其他电气元件，并且备用电池与所述其他电气元件不连接。即备用电池仅用于单片机的升级供电，是单片机升级的专用电池。由此，可以采用更小尺寸和更小容量的备用电池，进而有助于电子设备的小型化设计和成本缩减。该电子设备可以是用于对显示面板进行点屏检测的点屏设备。

Claims (10)

1.一种单片机的升级电路，其特征在于，包括：

单片机，所述单片机包括第一引脚，所述第一引脚被配置为仅在所述单片机处于程序升级过程中时产生第一电信号；

外置存储芯片，所述外置存储芯片与所述单片机连接，用于为所述单片机提供升级数据；

继电器，所述继电器包括控制线圈、公共触点、第一触点和第二触点，其中，所述第一触点为常开触点，所述第二触点为常闭触点，所述公共触点通过第一送电支路连接所述单片机和所述外置存储芯片；

系统电压源，所述系统电压源通过第二送电支路连接所述控制线圈和所述第一触点，当所述系统电压源向所述控制线圈供电时，所述第一触点与所述公共触点接通，所述第二触点与所述公共触点断开；及

备用电池，所述备用电池通过第三送电支路连接所述第二触点，所述第三送电支路上设置有用于接通和断开该第三送电支路的第一开关组件，所述第一开关组件与所述第一引脚连接，所述第一开关组件被配置为：响应于所述第一引脚上产生所述第一电信号而接通所述第三送电支路，响应于所述第一引脚上没有产生所述第一电信号而断开所述第三送电支路。

2.根据权利要求1所述的升级电路，其特征在于，所述第一电信号为高电平信号。

3.根据权利要求2所述的升级电路，其特征在于，所述第一开关组件包括第一开关管和第二开关管，其中，所述第一开关管为NMOS管，所述第二开关管为PMOS管；

所述第一开关管的栅极连接所述第一引脚，所述第一开关管的源极接地，所述第一开关管的漏极连接所述第二开关管的栅极；

所述第二开关管的源极连接所述备用电池，所述第二开关管的漏极连接所述第二触点，所述第二开关管的栅极与源极通过第一降压电阻相连接。

4.根据权利要求1所述的升级电路，其特征在于，所述备用电池的额定电压等于所述系统电压源的电压。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的升级电路，其特征在于，所述单片机包括第二引脚和第三引脚，所述第二引脚通过电压检测支路连接所述备用电池，以用于检测所述备用电池的电压值，所述第三引脚被配置为响应于所述第二引脚检测到的所述电压值小于设定阈值而产生第二电信号；

所述升级电路包括连接所述系统电压源和所述备用电池的充电支路，所述充电支路上设置有用于接通和断开该充电支路的第二开关组件，所述第二开关组件与所述第三引脚连接，所述第二开关组件被配置为：响应于所述第三引脚产生所述第二电信号而接通所述充电支路，响应于所述第三引脚上没有产生所述第二电信号而断开所述充电支路。

6.根据权利要求5所述的升级电路，其特征在于，所述第二电信号为高电平信号。

7.根据权利要求6所述的升级电路，其特征在于，所述第二开关组件包括第三开关管和第四开关管，其中，所述第三开关管为NMOS管，所述第四开关管为PMOS管；

所述第三开关管的栅极连接所述第三引脚，所述第三开关管的源极接地，所述第三开关管的漏极连接所述第四开关管的栅极，所述第三开关管的栅极与源极通过第三降压电阻连接；

所述第四开关管的源极连接所述系统电压源，所述第四开关管的漏极通过二极管连接所述备用电池，所述第四开关管的栅极通过第四降压电阻连接所述备用电池。

8.根据权利要求1或2或3或4所述的升级电路，其特征在于，所述第一送电支路上设置有蓄电电容器。

9.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：

如权利要求1至6中任一项所述的升级电路。

10.根据权利要求9所述的电子设备，其特征在于，所述电子设备为点屏设备。

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