CN1444124A - 控制装置 - Google Patents

Abstract

一种具有从电池供电的CPU的控制装置，在电压降低时，根据CPU的状态变更基准电压并决定是否进行复位，另外，在程序上使CPU转移到无限循环，作为CPU异常状态，实施复位。

Description

控制装置

技术领域

本发明涉及具有从电池供电的微处理器的控制装置。

背景技术

在使用将电池电压升压来供电的CPU的各种控制装置中，一般采用如下方法，即，由于在CPU的电源电压降低到能够保障动作的最低动作电压以下后，不能保障软件的执行，因此备有电源电压监视装置，一旦电源电压降低到该最低动作电压以下后，该电源电压监视装置就将CPU复位，使控制装置的动作停止。

但是，电源电压监视装置判定的电压，有必要设定为与在系统内的电路中动作保障电压最高的电压一致。另一方面，作为以电池为电源的设备从电池的寿命来讲，即使是稍微的也希望在低一些的电压下动作。

进一步，作为另一方面的问题，电源电池具有电池电压一时变动的场合。因此，作为微机的电源有必要使用先将电池电压升压并使该升压电压稳定的电压。但是，即使在升压的场合，在升压电源不够高的场合或者在微机动作中因某种原因导致不能完全升压而使升压电源降低的场合等，也有可能使微机的动作不稳定而产生误动作。

发明内容

本发明是以解决上述问题为目的而做出的，第1个目的在于提供根据控制装置的动作状况设定最合适的动作保障电压并在电源电压降低到该动作保障电压以下时对控制装置进行复位的控制装置，第2个目的在于提供在电源电压下降到预定电压以下时故意使软件中发生异常状态并实施CPU的复位的控制装置。

为了达到上述目的，本发明提供一种控制装置，具有CPU和判定向该CPU供电的供电电平并在该供电电压降低到预定电平以下时对该CPU进行复位的控制电路，根据CPU的动作状态设置多个该预定电平。这时的动作状态，可以通过通常驱动状态和低速驱动状态来加以区别，也可以通过CPU访问的外围电路来加以区别。

此外，本发明提供一种控制装置，在向CPU供电的供电电平在预定电平以下时，通过在程序上使CPU的动作状态进行无限循环处理来使其产生异常状态，通过检测该异常状态的监视计时器的动作等检测出CPU异常并进行CPU的系统复位。

本发明的其他方面通过以下所示的优选实施例会弄明白。

附图说明

图1是本发明的第1实施例中的主要电路构成图。

图2是本发明的第2实施例中的主要电路构成图。

图3是本发明的第3实施例中的主要电路构成图。

图4是本发明的第4实施例中的主要电路构成图。

图5是本发明的第5实施例中的主要电路构成图。

图6是本发明的第5实施例中的电压检测电路构成图。

图7是表示本发明的第5实施例中的电压降低的曲线图。

图8是本发明的第5实施例中的时序图。

图9是本发明的第5实施例中的框图。

具体实施方式

以下参照附图对本发明的具体实施方式进行说明。

图1是具备本发明的第1实施例的电源电压监视电路的控制装置的电路的一部分。在本图中，1表示控制装置的电路，2表示电源电压监视装置。3是掌管控制装置的动作的中央运算处理装置，通常采用微处理器，在本说明书中以下用CPU表示。4是发生CPU3的时钟信号的振荡电路，其发生两种振荡频率，在此可以输出32KHz和4MHz的时钟信号。5是来自CPU3的频率切换信号线，在CPU输出‘Hi’时，振荡电路4向时钟线6输出4MHz的时钟，输出‘Lo’的话，输出32KHz的时钟。CPU3与该时钟同步进行程序的处理。一般地，在要求控制装置进行高速的处理的场合，以4MHz的高速时钟动作，为了降低消耗的电力以低速时钟动作。另一方面，在以低速时钟动作的场合，动作保障电压的下限设定得较低，在本实施例中以Emin1表示。在以高速时钟动作的场合，动作保障电压的下限设定得较高，在本实施例中以Emin2表示。当然，Emin1＜Emin2。7是用于CPU3对电源电压监视装置切换电源电压判定电平的控制信号线。8是复位信号线，从电源电压监视装置向该信号线输出‘Hi’的话，CPU3复位，控制装置停止动作回到初始状态。9表示去往图中没有示出的外围电路的信号线。在该外围电路中包含：写有CPU3的控制程序的掩模ROM或RAM、EEPROM等存储电路，驱动各种执行机构的驱动电路等。

10是比较器，其将以电阻14和电阻15分压电源VCC和GND之间的电压和基准电压源11或12的电压进行比较，在分压的电压变得比基准电压低的场合输出‘Hi’。分压的电压高的话输出‘Lo’。13是根据自CPU3输出到信号线7的信号切换输入给比较器10的基准电压源的开关。11是在CPU3以低速时钟动作时选择的电压源，其输出电压是E1。14和15是决定连接在比较器10的一个输入端的电压的分压电阻，其电阻值分别是R1和R2。进一步，100是作为电源的可以装卸的电池，从那里向控制电路系统供给的电压以VCC表示。另外，从该电池向图中没有示出的执行机构等供给大的电流。101是二极管，102是大容量的电容，以这2个部件进行控制系统的电源的备份。例如，为了驱动图中没有示出的执行机构，大的电流从电池100流过，电池两端的电压急剧下降，但是，二极管101可以防止电流从控制系统流向电池方向，通过蓄积在电容102的电荷徐徐放电，可以防止VCC急剧降低。

可是，在选择电压源11时，比较器10翻转的VCC的值是(1+R1/R2)×E1，VCC比该电压低的话，比较器10输出‘Hi’。因此，确定R1、R2、E1，使得式：

Emin1＝(1+R1/R2)×E1…①成立。

12是在CPU3以高速时钟动作时选择的电压源，其输出值是E2。在选择电压源12时，比较器10翻转的值是(1+R1/R2)×E2。VCC比该电压低的话，比较器10输出‘Hi’。因此，确定E2，使得式：

Emin2＝(1+R1/R2)×E2…②成立。

对由以上构成而组成的本控制电路的动作进行说明。

由于CPU3通常以低速时钟动作，所以在信号线5输出‘Lo’，振荡电路4输出32KHz的时钟。另外，通过信号线7，比较器的基准电压连接在E1上。如果是该状态的话，CPU3的消耗电流小，而且只要VCC不降低很多(EI以下)就不会被复位，因此，电容102的备份长期有效。因此，即使在控制电路动作中，如果时间短的话，也可以进行电池交换。

另一方面，如果需要使控制电路高速动作，首先切换信号线7，将比较器的基准电压切换到E2上。此后切换向信号线5的输出，使振荡器4的输出为4MHz。在该状态下，在不再需要继续高速动作时，使振荡器4的频率回到32KHz后，利用信号线7操作开关13，将比较器10的基准电压切换到E1上。另外，在随着电池的消耗剩余电量减少的状态下，若控制电路在高速动作中使图中没有示出的执行机构动作的话，可能引起VCC降低到CPU的动作保障范围以下。在这种场合下，由于比较器的基准电压设定为E2，所以，其输出从‘Lo’翻转为‘Hi’，对CPU进行复位。即，可以不使系统失控而使控制停止。

图2是表示涉及本发明的第2实施例的附图，对与第1实施例不同的部位进行说明。7是从CPU3对电源电压监视装置进行控制的控制信号线，将该信号设定为‘Hi’电平则使电源电压监视装置的功能完全有效，但是，将该信号设定为‘Lo’电平的话，使该电路的功能的一部分不动作。详细情况以后叙述。

10、11、14、15是用于检测CPU3以低速时钟动作时的最低动作电压的电路，VCC降低到低于最低动作电压后，比较器10输出‘Hi’电平。该信号连接在或门电路21的输入端的一端。12、16、17、18是用于检测CPU3以高速时钟动作时的最低动作电压的电路，VCC降低到低于最低动作电压后，比较器10输出‘Lo’电平，将N沟道的FET19设定为截止状态。如果VCC比以高速时钟动作的最低动作电压高的话，FET19成为导通状态。20是电阻器，一端连接在FET19的漏极，另一端连接在信号线7上。21是具有2个输入端的或门电路，其输出端经信号线8连接在CPU3的复位端上。其它是进行与实施例1同样的动作的部件。

在以上结构的电路中，本装置进行如下动作。

通常CPU3将振荡器的输出频率设定为低速，与实施例1同样32KHz，在信号线7输出‘Lo’。于是，无论FET19是导通状态还是截止状态，或门电路的输入端的一端维持‘Lo’电平。即，禁止比较器16的信号输出，使其不动作。虽然比较器16是检测在高速时钟下的最低动作电压的部件，但是，通过以上处理，可以防止在以低速时钟动作中，来自高速时钟下的最低动作电压检测电路的信号输出。

在CPU3以高速时钟动作的场合，在信号线7输出‘Hi’电平，此后切换信号线5将振荡器4的输出频率设定为高速，与实施例1同样4MHz。随着电池100的消耗，在以高速时钟的动作中，VCC降低到最低动作电压以下后，比较器16翻转为‘Lo’电平。由于在低速时钟下的动作保障电压比在高速的场合低，所以，比较器10的输出维持‘Lo’电平。由于FET20其栅极变为‘Lo’所以成为截止状态。另一方面，由于电阻20的一端、信号线7被设定为‘Hi’电平，所以，FET19的漏极成为‘Hi’电平。因此，由于或门电路21的一端成为‘Hi’电平，所以信号线8成为‘Hi’电平，CPU3被复位。

图3是说明本发明的第3实施例的附图，比较器10是用于检测以低速时钟动作时的最低电压的部件，比较器16是用于检测以高速时钟动作时的最低电压的部件。22是CPU3内部的开关，在软件上可以自由地进行ON/OFF的切换。

在以低速时钟动作中，CPU3将内部开关22设定为OFF状态。通过该方式，忽略了作为自电源监视装置2的输出的信号线8b的信号，即使VCC降低到以高速时钟的动作电压以下，也不会有任何反应。另一方面，检测在低速时钟下的动作电压的比较器10的信号输出给信号线8a，该信号没有被忽略是必定被接收的信号。因此，在以低速时钟的动作中，比较器10的输出翻转为‘Hi’的话，CPU3进行复位。

在切换到以高速时钟的动作时，首先将内部开关22切换到ON状态，以便成为能够接收比较器16的信号的状态，然后，切换信号线5将振荡器4的输出频率切换到高速。因此，VCC降低到以高速时钟动作时的最低动作电压以下后，成为对CPU3进行复位。

图4是表示本发明的第4实施例的附图，控制电路1具备写入了程序的2个存储器电路。30是掩模ROM，记录有在芯片制造时写入的程序数据。由于掩模ROM在其电路结构上能够在很宽的电压范围内稳定地动作，所以，即使是比较低的电源电压，也能够读出数据。以VCCrom表示在使用该掩模ROM的数据的场合的控制电路1的最低动作电压。在此，通过写入用于根据控制电路1控制的对象修正最合适的程序或者掩摸ROM的程序的程序等，可以更灵活地控制控制对象。但是，EEPROM由于动作电压范围的限制，属于电源电压受严格限制的部件。以VCCeep表示使用EEPROM的数据的场合的控制电路1的最低动作电压。当然，VCCrom＜VCCeep。

控制电路2是具有与在实施例1记述的部件同样的结构的部件。基准电压源11是用于检测VCCrom的部件，其电压设定为下式所示的关系。

E1＝VCCrom×(R2/(R1+R2))

同样地，基准电压源12是用于检测VCCeep的部件，其电压设定为下式所示。

E1＝VCCeep×(R2/(R1+R2))

以上构成的本控制电路如下动作。

通常，CPU3通过写入掩模ROM30的软件数据开始动作。基准电压源11经开关13连接到比较器10的输入端。在将存储器电路切换到EEPROM31时，CPU3首先操作信号线7切换开关13，将基准电压源12连接到比较器10的输入端。另外，在将存储器电路从EEPROM31返回到掩模ROM30的场合，在切换到掩摸ROM30之后，操作开关13，将比较器10的输入端从基准电压源12切换到基准电压源11。CPU3通过上述动作起如下作用，即，在访问EEPROM31时，比较器10总是将电源电压与VCCeep比较，在VCC降低到VCCeep以下后，要对CPU3进行复位。因此，能够防止电源电压降低后EEPROM输出错误的数据。

接下来，对本发明的第5实施例进行详细说明。

图5是表示涉及本发明的第5实施例的电路构成的方块图。

在该图中，101是进行运算、顺序控制的控制用微型计算机。102是作为时间计测装置的计时器，103是作为存储装置的EEPROM等非易失性存储器。104是通过时间监视检测微机等的动作异常的监视计时器。上述监视计时器构成为，在CPU进行正常动作时，以通过程序设定的间隔被从CPU输出的复位信号复位。由于构成为，在被复位后，进行限时动作，直到限时动作结束，若没有从微机输出下一个复位信号的话则计时时间超时输出异常检测信号，因此，可以认为在没有输出异常检测信号期间微机的动作是正常的。另外，在发生微机失控等的异常时，不发生依据程序的复位信号，因此，输出异常检测信号，告知微机的异常。105是检测电池电压的电压检测装置，106是用于对电池电压进行升压的升压装置，107是电源用二极管，108是来自升压装置106的电源供给用二极管，109是用于显示的显示装置，110是作为电源的电池，111是电源备份用的电容。

图6是检测电池电压(VBAT)的电路，由公知的比较器201和发生恒定电流源的部分以及用于检测VBAT的分压电阻构成。比较器201的输出在电池电压(VBAT)降低到设定的阈值电压以下时翻转。

图7是由闪光灯充电或其他原因引起的电池电压降低时的图表。其中，具有在检测到电池电压在预先设定的阈值以下时发生检测信号的比较器201，由于电池电压变为阈值以下后使计时器开始计时，在预定时间(t)后进行系统复位，因此，在上述计时器开始计时，上述系统进行复位的预定时间(t)期间，将易失性存储器等的信息传送给非易失性存储器。另外，在向非易失性存储器传送了数据后，经过延迟预定时间(t)之前，确认比较器201，当确认了电池电压已经恢复了时停止上述计时器的动作并返回到初始状态，此后微机回到执行原来的程序中。由于在电池电压降低到上述阈值电压以下后延迟预定时间(t)仅限于在该时间内电池电压不恢复的情况进行系统复位，所以在例如发生电池的接触片颤动等时，电池电压瞬间断开的情况下不实施系统复位，易失性存储器等的信息不会消失。作为具体的例子，能防止日期数据消失在不知不觉中返回到初始状态的情况发生。

关于不使用专用的时间计测装置102而得到与上述相同效果的实施例，在下面进行说明。这里，在使用微机的系统中，利用一般具有的监视计时器。图8是表示监视计时和系统复位的关系的时序图。

计时器复位信号401是取消监视计时的信号。比较器输出402是根据电池电压比图7所示的比较器阈值高还是低而进行翻转的信号。数据写入指示403是在电池电压比比较器输出402的阈值低的场合，从CPU输出的信号。数据传送404是数据写入指示403后向非易失性存储器转移各种数据的信号。系统复位405是从比较器输出402翻转经过时间(t)后，实施复位的信号。

图9是表示本实施例中从启动到恢复的一连串动作的框图。接通微机的电源，CPU被复位后，CPU101从初始状态启动(501)。首先，执行初始设定的程序(502)，进行电池电压的监视(503)，开始通常的动作依次执行程序(504)。接下来，在通常的动作中如果电池电压在比较器阈值以上的话，反复进行通常的动作，电池电压在比较器阈值以下的话，前进到下一个顺序(505)。变为上述比较器阈值以下的场合，CPU进行数据写入指示(506)，使各种数据转移在非易失性存储器(507)。之后，进而程序转移到无限循环(508)，监视计时无取消地(无限循环为异常动作，没有输出对上述计时器进行复位的信号)经过一段时间后(509)，强行将CPU复位(510)，返回初始设定(502)。即，通过程序回归到通常动作。

在初始设定(502)，读出非易失性存储器的数据，使系统恢复到原来的状态，继续进行处理。

此外，也可以是在转移到无限循环(508)之前，确认比较器输出402，在电池电压已经恢复(比较器输出为‘Lo’)的情况下，恢复到通常动作的顺序。在该场合，与上述实施例相同，能够防止在电池电压瞬间断开的情况实施系统复位。

Claims (19)

1.一种控制装置，包括：

处理电路；

控制电路，根据依照上述处理电路的动作状态设定的多个基准电平判定对上述处理电路进行供电的电源的电平，并使上述处理电路的动作状态改变。

2.如权利要求1所述的控制装置，其特征在于，

上述处理电路包含CPU。

3.如权利要求1所述的控制装置，其特征在于，

供电电平的判定根据检测电池电压或向处理电路供给的电压的结果进行。

4.如权利要求1所述的控制装置，其特征在于，

处理电路的动作状态分为通常的动作状态和低速驱动状态。

5.如权利要求4所述的控制装置，其特征在于，

依照处理电路的动作状态设定的基准电平，通常动作状态的电平是比低速驱动状态的电平高的电平。

6.如权利要求1所述的控制装置，其特征在于，

上述控制电路利用复位信号使上述处理电路的动作状态改变。

7.如权利要求1所述的控制装置，其特征在于，

处理电路的动作状态依据处理电路访问的负荷电路而变化。

8.如权利要求7所述的控制装置，其特征在于，

上述负荷电路中至少包含掩模ROM和EEPROM。

9.如权利要求8所述的控制装置，其特征在于，

上述处理电路访问掩模ROM时的基准电平是比访问EEPROM时的基准电平低的电平。

10.如权利要求7所述的控制装置，其特征在于，

上述控制电路利用复位信号使上述处理电路的动作状态改变。

11.一种控制装置，包括：

控制电路，该控制电路判定电源部的供电电平或供给处理电路的供电电平，在该供电电平成为预定电平时，使上述处理电路的动作状态变更到异常状态；

监视电路，该监视电路检测上述异常状态并进而使上述处理电路的动作状态变更到其他动作状态。

12.如权利要求11所述的控制装置，其特征在于，

上述处理电路包含CPU。

13.如权利要求11所述的控制装置，其特征在于，

供电电平的判定是供给处理电路的电压的判定。

14.如权利要求11所述的控制装置，其特征在于，

上述异常状态是无限循环处理状态。

15.如权利要求11所述的控制装置，其特征在于，

上述监视电路利用复位信号使上述处理电路的动作状态变更到其它动作状态。

16.如权利要求11所述的控制装置，其特征在于，

上述处理电路构成为，在正常动作时以预定的时间间隔输出信号，上述监视电路在超过预先决定的时间没有输出该信号时判断为异常。

17.如权利要求16所述的控制装置，其特征在于，

上述监视电路具有每当检测上述信号时反复进行计时动作的监视计时器，由该监视计时器进行的计时动作进行到超过预定时间时，检测出上述处理电路为异常状态。

18.如权利要求17所述的控制装置，其特征在于，

在检测到上述供电电平比上述预定电平低后，上述控制电路在将上述处理电路的动作状态变更到异常状态前，进行将预定数据传送到非易失性存储器的处理。

19.如权利要求18所述的控制装置，其特征在于，在变更到上述异常状态之前，进一步比较上述供电电平和上述预定电平，在比上述预定电平高时中止向上述异常状态的变更而继续原来的处理，在比上述预定电平低时执行向上述异常状态的变更。

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