CN1708741A - 微控制器的电路结构和操作遥控接收器的方法 - Google Patents

微控制器的电路结构和操作遥控接收器的方法 Download PDF

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Abstract

描述了一种用于具有改善的能量消耗的微控制器的电路结构,所述改善的能量消耗是由于仅仅在估计信号期间将微控制器(2)连接于它的操作时钟而实现的。在微控制器(2)和时钟发生器(6)之间设置一个当“逻辑1”信号出现于控制输入端上时直通连接操作时钟的开关装置(5)。这个“逻辑1”信号是例如当接收遥控信号时通过设置触发器(4、7)来生成的。在定义的断点上停止微控制器(2)的程序运行以便不存在过渡时间。

Description

微控制器的电路结构和操作遥控接收器的方法
本发明涉及一种给电池操作的可能的便携式设备和/或由电源供电的设备指定的微控制器的电路结构。所述微控制器将在当节省能量时工作。
本发明还涉及一种用于无线接收遥控信号的遥控接收器,所述接收器应该具有改善的能量消耗。遥控接收器的备用状态导致电池放电,由此导致使用电池的时间有限的可能性或导致因来自电源的能量的定量消耗而造成的增加的操作成本,也超出设备的实际操作。
这类用于无线接收遥控信号的系统能够利用RF、超声波或红外技术来实现。当前处于备用操作中(即当它准备好以待接收时)的遥控接收器所需要的基本部分,是由信号接收器和信号译码器产生的。这种电流消耗限制潜在的最少能量消耗或导致更短的电池使用寿命。接收和译码通常是由无线接收控制信号的电路结构中的两个组件来执行的:接收模块和微控制器。接收模块可以直接地连接于微控制器。这个微控制器接收模块的信号触发中断时连续地操作。当微控制器在处理两个信号间的期间中转变为睡眠模式时,使电流消耗缩减到几微安的范围,但是在通过接收模块的激活信号唤醒的情况下同样也使处理操作延迟。激活信号是当接收到所指定的遥控发射器的(已编码的)遥控信号时生成的。因此,不可能完全地捕获遥控发射器第一次发射的代码。微控制器中电流消耗的主要原因就是:工作频率和在这个工作频率上必须切换的元件数量。例如,将带有后续放大器的IR接收二极管、滤波器和增益控制回路集成到接收模块中。在输出端上,这个接收模块提供能直接连接于微控制器或译码组件的二进制信号。在标准的实施例中,这类接收模块具有典型的达5mA的电流消耗并且对于最新的节省电流的形式来说是自0.2mA起。在这里描述的现有技术中,微控制器仅仅在接收组件的输入信号上变为有效的。
从DE10054529A1中已知了一种用于无线接收载波信号调制数据的节能方法。在这种方法中,把接收模块的电路组件分成间歇性地供以电能的组和不间断地进行馈送的组。总的来说,这篇文献未描述微控制器或译码操作。
EP0663733A1涉及一种用于电动操作的设备的遥控,所述电动操作的设备当它被重新激活时经由电源开关而重新连接到电源。依据接收部分的控制信号由估计电路来激活电源开关。电池馈送电路结构间接地控制间隔开关。所述间隔开关受时钟发生器的控制并且在接收器的备用期期间间歇性地将接收部分连接到供电电路。当接收部分接收估计电路所检测到的至少一部分启动信号时,在后续控制信号发射期间的间隔开关永久关闭的意义上驱动时钟发生器。接着,可以以常规的方式来接收启动信号后面所发射的控制信号,并且使用所述控制信号来控制如下设备,所述设备是通1过经由电源开关首先连接到电源而开始工作的。在这篇文献中描述的遥控具有这样的缺点:所接收到的遥控信号必须具有指定启动信号的代码。
因此,本发明的一个目的是,提供一种交替地有效或处于其睡眠模式下的微控制器的电路结构,所述电路结构在微控制器的睡眠模式期间具有低能消耗。此外,本发明的一个目的是,提供一种操作这类微控制器的方法。此外,本发明的一个目的是,提供一种遥控接收器,其在备用模式下具有低能消耗并且能够用于常规的遥控代码。
根据本发明,所述目的是通过一种微控制器的电路结构来解决的,所述微控制器在输入端上直接地或间接地连接于生成输出信号的模块并且能够连接于时钟发生器以便提供它的工作频率。所述电路结构包括:在时钟发生器和微控制器之间的开关装置,当开关装置的信号输入端连接于时钟发生器时,开关装置的控制输入端直接地或间接地连接于生成输出信号的模块,并且所述输出端连接于微控制器。
每当时钟发生器连接于微控制器时,这个微控制器就将获取它的工作频率并且连续地操作。所述微控制器消耗从它的电源电压中取出的能量。通过在中间设置开关装置,能够在不切断时钟发生器的情况下将微控制器从它的工作频率中分离开。所述时钟发生器,例如振荡器,当它被接通时需要确定的过渡时间。在根据本发明的电路结构中避免了信号处理操作中所造成的时延,这是因为时钟发生器本身未被切断。
有利的是,在生成输出信号的模块和开关装置之间设置分析器,以便防止因短干扰脉冲而造成的错误切换。所述分析器检测接收信号是有用信号还是干扰。在最简单的情况下,例如,为了这个目的使用两个电阻器、一个二极管、一个电容器和一个施密特触发器组件的结构。输出信号经由第一电阻器来对电容器进行充电,并且在一段短的时延之后切换施密特触发器。当在这个短的时间周期内中断信号S_out时,所述电容器经由两个电阻器迅速地放电。照此,能够抑制短的和干扰的信号。分析器的确切设计取决于输出信号的规格。
有利的是,缓冲使微控制器重新激活的输出信号。为了实现这个,本发明的一个实施例具有直接地或间接地连接于SR触发器的设定输入端的模块的输出信号,并且SR触发器的输出端连接于开关装置的控制输入端。复位输入端直接地或间接地连接于微控制器的输出端,以便以程序控制的方式来对SR触发器进行复位。由于这种结构,触发器的输出端当在微控制器去激活之后接收到第一控制信号时变为“逻辑1”。这个“逻辑1”信号准直通连接开关装置,并且将时钟发生器的信号连接到微控制器。因此,一旦接收到遥控信号,微控制器就获取它的工作频率,以便能够正确地处理这个信号。微控制器本身生成施加到SR触发器的复位输入端上的复位信号,以便将触发器的输出信号设置为“逻辑0”。随即,阻断开关装置,并且从它的工作频率中分离开微控制器。由此,在受微控制器本身控制的定义的瞬时内使时钟去激活。首先在微控制器程序中的预定点上执行时钟的去激活,以便在施加时钟之后程序的连续再次起始于正确的点。
在本发明的另一个实施例中,通过JK触发器来缓冲输出信号。在根据本发明的电路结构中,在生成输出信号的模块和开关装置之间设置第一JK触发器,并且在微控制器和第一JK触发器的K输入端之间设置第二JK触发器。借此,实现了首先对用作唤醒信号的输出信号和由微控制器本身生成的复位信号进行缓冲,然后与确切的时钟直通连接。通过第一JK触发器来防止可能会干扰微控制器的无暇操作的过短的时钟脉冲或假的时钟脉冲。因此,所述时钟总是在下一个完整周期内接通或断开。所述时钟总是在已经设定停止信号之后刚好在隔一个周期内被第二JK触发器切断,从而使处理器充分地赢得时间以假定其确切的休息位置并且再次对停止信号进行复位。
根据本发明的微控制器的电路结构的另一个优点在于:连续的时钟可用于时间计数器,其可能地连同在两者之间的分频器一起连接于时钟发生器。由此,也能够在断开状态下、在从电源上断开的设备中使用遥控接收器,但是在其中时钟应该继续。微控制器和时间计数器可以共享一部分的电路结构并由此节省成本、能量和空间。
当将振荡器或低频石英发生器(即约30到300千赫)用作时钟发生器时这是有利的,因为低频率允许刚好在一个时钟周期内的电路结构的非常简单而廉价的实现。通过与时钟相同步,避免了不希望有的开关点。尽管时钟发生器继续不中断地操作,但是较低频率的振荡器需要相对少量的电流,以使整个电路结构的能量消耗得以最小化。当在遥控接收器中使用根据本发明的电路结构时,应该把这个相对低的频率选定为足够的高以供对遥控信号进行译码。
在本发明的一种非常简单而廉价的变形中,电路结构的开关装置是与(AND)门。
在遥控接收器方面,本发明的目的是利用这样一种遥控接收器来解决的,所述遥控接收器包括用于接收已编码的遥控信号的接收模块,其中所述接收模块直接地或间接地连接于用于译码的微控制器,并且所述微控制器能够连接于时钟发生器以便提供其工作频率。所述遥控接收器包括在时钟发生器和微控制器之间具有信号输入端和控制输入端的开关装置,同时开关装置的信号输入端连接于时钟发生器,所述控制输入端直接地或间接地连接于遥控模块,并且所述输出连接于微控制器。当接收到遥控信号或还接收到干扰次级光(例如,荧光灯或电子节能灯的光)时,所述接收模块生成施加到微控制器上的输出信号以供进行译码,而且还施加到开关装置上以供重新激活。由此,接收模块生成的输出信号不仅是数据载体,而且根据本发明,它也是激活信号,因为其出现的事实被用以激活(唤醒)微控制器。然而,可以向唤醒信号强加指定的条件,例如指定的形式或指定的最低电平,以便排除掉把它误认为次级光的可能性。为此可以使用适当的分析器。
当接收模块检测遥控信号时,将使微控制器重新激活。为此,优选地,开关装置的控制输入端直接地或间接地连接于接收模块的输出端。当接收到遥控信号时,所述接收模块提供施加到微控制器和开关装置两者上的输出信号。当开关装置的输入端(信号和控制输入端两者)都连接于“逻辑1”信号时,时钟发生器的时钟直通连接并且借此使微控制器重新激活。由于时钟发生器本身未被切断并且先前刚好在程序运行中的已知位置处停止微控制器,因而没有过渡时间,并且微控制器能够立即正确地操作,同时完全地处理接收模块的输出信号。
根据本发明,所述目的也是通过一种操作微控制器的方法来解决的,所述微控制器能够连接于时钟发生器以便提供其工作频率,并且其中微控制器的程序运行确定其断开瞬时(变成睡眠模式),并且模块的输出信号导致微控制器的重新激活。由此,利用微控制器的软件来实现变为备用模式,并且利用电路结构的硬件(也就是当输入模块的输出信号出现时)来实现重新激活。
优选实施例是一种操作遥控接收器的方法,所述遥控接收器包括在输入端上用于接收已编码的遥控信号的接收模块,其中所述接收模块直接地或间接地连接于用于译码的微控制器,并且所述微控制器能够连接于时钟发生器以便提供其工作频率。当接收模块检测输入信号并随即生成微控制器的输出信号时,所述时钟发生器连接于微控制器。又将这个输出信号施加到触发器上,所述触发器是通过当它接收到接收模块的输出信号时它生成触发器输出信号的方式来设计的,所述触发器输出信号被施加到开关装置的控制输入端上并且借此直通连接所述开关并给微控制器提供操作时钟。遥控接收器例如可以属于一种在备用期间应该具有低能耗的电子设备,因为它是电池操作的(与电源分离开的)或连接于电源的,因此应该是节省电流的。
在本发明的变形中,高频率的附加的可激活的时钟发生器一旦已经到达其额定频率,就会作为微控制器的时钟发生器直通连接。到达第二时钟发生器的额定频率,例如,可以通过计数电路和第一时钟发生器来确定RC振荡器。当不需要它时,切断附加的时钟发生器以便节省能量。当接收模块检测遥控信号并随即生成微控制器的输出信号时再次启动它。具有低频率的第一时钟发生器及时地连接于微控制器,以便当估计接收信号时没有信息丢失。然后,以最少的时延来直通连接高的时钟频率。
根据本发明的遥控接收器提供具有最少数量的组件的进一步的能量节省。由于在估计期间没有时延,因而也不存在任何信息丢失。
根据本发明的遥控接收器的微控制器本身控制其去激活(睡眠模式)的瞬时。在程序中的预定点上,所述微控制器生成触发器的复位信号,从而使得开关装置将时钟发生器从微控制器中分离开。因此,本发明涉及一种节省能量的方法,按照所述方法转入睡眠模式是在微控制器中可编程的,并且按照所述方法由相应装置生成的输出信号使得微控制器被激活。
本发明的实施例具有一个共同之处在于:使微控制器去激活(睡眠模式)并由此消耗较少的能量,但是时钟发生器继续操作以使得这不会导致因当使微控制器重新激活(唤醒)时延迟打开而造成的数据丢失。
通过参照以下将要描述的实施例来进行阅读,本发明的这些及其它方面是显而易见的。
在附图中:图1是根据本发明的遥控接收器的第一种变形的框图;图2是第一种变形的信号图;图3是根据本发明的遥控接收器的第二种变形的框图;图4是第二种变形的信号图;和图5示出了分析器的一个示例。
图1是根据本发明的遥控接收器的第一种变形的框图。将与门用作开关装置5。由接收模块1接收遥控信号,并且将其转换成输出信号S_out。既将输出信号S_out施加到微控制器2上以便进行译码,又将其施加到分析器3上,其防止因短干扰脉冲而造成的错误电路。分析器3的输出端连接于SR触发器4的S输入端,以便当接收遥控信号时设置Q输出端。所述Q输出端连接于与门5的控制输入端并且它的信号输入端连接于时钟发生器6。当SR触发器4已经被设置时,所述时钟发生器6继续操作并且连接于微控制器2。当微控制器2经由它到SR触发器4的R输入端的连接而将“逻辑1”信号施加到这个R输入端时,再次从微控制器2上分离开时钟发生器6。从而,将SR触发器4的Q输出端设置为“逻辑0”,以便使后续的与门5失效。示出了电源电压Ub用于接收模块1和微控制器2。
图2是遥控接收器的第一种变形的信号图。接收模块1的输出信号S_out是包含多个脉冲的编码信号,并且由分析器3转换成连续的“逻辑1”信号S_AL。所述时钟发生器6连续地产生它的输出信号S_TG。只有当触发器4的输出信号S_FF是“逻辑1”时,才将操作时钟AT施加到微控制器2上。这个微控制器估计接收模块1的输出信号S_out。当估计已经结束时并且当没有进一步的信号时,微控制器2继续操作直到程序中的预定断点为止。此时,为SR触发器4生成复位信号以便再次将所述时钟从微控制器2中分离开。
图3是根据本发明的遥控接收器的第二种变形的框图,其防止了微控制器2中的估计过程中因过短的时钟脉冲或相等的时钟脉冲而造成的干扰。在这个变形中,将分析器3的输出信号S_AL施加到第一JK触发器7的J输入端上。第一触发器7的时钟输入端连接于时钟发生器6。当接收遥控信号时,分析器3的输出信号S_AL变为“逻辑1”。一旦负时钟脉冲随后出现于时钟输入端上,就将Q输出端设置为“逻辑1”。将这个输出信号S_FF1施加到与门5上,以便在自遥控信号开始起的第一个完整周期中将操作时钟AT施加到微控制器2上。在已将接收模块1的输出信号S_out译码之后并且当没有进一步的输出信号时,所述微控制器2在它的去激活之前于倒数第二个时钟周期期间将停止信号施加到第二JK触发器8的J输入端上。进一步将这个“逻辑1”信号作为复位信号Reset_FF1施加到第一JK触发器7的K输入端,其中时钟发生器6的下一个时钟的下降沿位于Q输出端上。停止信号从操作时钟AT的正沿开始,并且刚好覆盖操作时钟AT的一个周期。借此确保:在操作时钟AT的两个连续脉冲中,使用第一个负沿来生成复位信号Reset_FF1,而使用第二个负沿来复位第一JK触发器7,以便与门5再次从时钟发生器6中分离开微控制器2,并且在下一个时钟周期中经由Q输出端、由第一JK触发器来复位第二JK触发器8。在这个实施例中,时间计数器9另外又由时钟发生器6来进行操作,其中两者之间设置有一个分频器10,所述分频器将时钟发生器6的频率转换成时间计数器9所需要的频率。时钟发生器6由译码装置和时间计数器9联合使用带来能量和空间上的节省。在设备已经被再次接通之后,时间计数器的固定(硬件)实现提供了恢复时钟时间或已经过的时间的可能性,以便能够在不需要微控制器的情况下完全地实现这个功能。
图4是根据本发明的遥控接收器的第二种变形的信号图。当接收模块1检测输入信号时,它生成适当编码的输出信号S_out。分析器3将编码信号转换成连续的“逻辑1”信号S_AL。时钟发生器6连续地产生其时钟控制的脉冲输出信号S_TG。只有当分析器3的输出信号S_AL是“逻辑1”时并且出现时钟的下一个负沿,才将这个信号作为操作时钟AT施加到微控制器2。当由程序生成的停止信号直通连接于第二JK触发器8并且作为复位信号Reset_FF1出现在触发器7的K输入端上时,以从其操作时钟AT起具有下降沿的确切时钟来分离微控制器2。微控制器的编程是通过已经在这一瞬时将停止信号复位的方式实现的。在下一个时钟周期中,还再次复位缓冲的停止信号Reset_FF1。
图5示出了分析器的一个示例。在输出信号S_out的输入端后,平行于二极管D和第二电阻器R2地设置第一电阻器R1。所述输出信号S_AL是由施密特触发器生成的。输出信号S_out经由第一电阻器R1对电容器C进行充电,并且在一段短时延之后切换施密特触发器。当在这一段短时延内中断输出信号S_out时,快速地通过电阻器R1、R2来对电容器C进行放电。

Claims (11)

1.一种微控制器(2)的电路结构,所述微控制器在输入端上直接地或间接地连接于生成输出信号(S_out)的模块并且能够连接于时钟发生器以便提供其工作频率,其特征在于所述电路结构包括:在时钟发生器(6)和微控制器(2)之间的开关装置(5),其中开关装置(5)的信号输入端连接于时钟发生器(6),开关装置(5)的控制输入端直接地或间接地连接于生成输出信号的模块,并且输出端连接于微控制器(2)。
2.如权利要求1所述的电路结构,其特征在于:在生成输出信号(S_out)的模块和开关装置(5)之间设置分析器(3)。
3.如前述权利要求中任何一项所述的电路结构,其特征在于:将所述模块的输出信号直接地或间接地施加到SR触发器(4)的设定输入端,SR触发器(4)的输出端连接于开关装置(5)的控制输入端,并且复位输入端直接地或间接地连接于微控制器(2)的输出端。
4.如权利要求1或2所述的电路结构,其特征在于:在生成输出信号(S_out)的模块和开关装置(5)之间设置第一JK触发器(7),并且在微控制器(2)和第一JK触发器(7)的K输入端之间设置第二JK触发器(8)。
5.如前述权利要求中任何一项所述的电路结构,其特征在于:将时间计数器(9)连接于时钟发生器(6)。
6.如前述权利要求中任何一项所述的电路结构,其特征在于:所述时钟发生器(6)是振荡器或低频石英发生器。
7.如前述权利要求中任何一项所述的电路结构,其特征在于:所述开关装置是与门。
8.一种遥控接收器,包括用于接收已编码的遥控信号的接收模块,其中所述接收模块直接地或间接地连接于用于译码的微控制器,并且所述微控制器能够连接于时钟发生器以便提供其工作频率,其特征在于:所述遥控接收器包括:在时钟发生器和微控制器之间的具有信号输入端和控制输入端的开关装置,其中开关装置的信号输入端连接于时钟发生器,所述控制输入端直接地或间接地连接于遥控模块,并且所述输出端连接于微控制器。
9.一种操作微控制器的方法,所述微控制器能够连接于时钟发生器以便提供其工作频率,其特征在于:微控制器的程序运行确定它的断开瞬时(变成睡眠模式),并且输出信号(S_out)导致微控制器的重新激活。
10.一种操作遥控接收器的方法,所述遥控接收器包括用于接收已编码的遥控信号的接收模块(1),其中所述接收模块(1)直接地或间接地连接于用于译码的微控制器(2),并且所述微控制器(2)能够连接于时钟发生器(6)以便提供其工作频率,其特征在于:当接收模块(1)检测输入信号并且随即为微控制器(2)生成输出信号(S_out)时,所述时钟发生器(6)连接于微控制器(2),并且将这个输出信号(S_out)附加地施加到触发器(4、7)上,所述触发器(4、7)是通过当它接收到接收模块(1)的输出信号(S_out)时就生成触发器输出信号(S_FF)的方式来设计的,将所述触发器输出信号(S_FF)施加到开关装置(5)的控制输入端上并且借此直通连接所述开关装置并给微控制器(2)提供操作时钟(AT)。
11.如权利要求10所述的方法,其特征在于:一旦附加的可激活的时钟发生器已经到达它的额定频率时,就直通连接高频率的附加的可激活的时钟发生器作为微控制器的时钟发生器。
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