CN201917900U - 一种计算器电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种计算器电路，包括：键扫描模块；程序处理模块，接收键扫描模块输出信号，用于处理各项命令；系统切换模块，接收键扫描模块与程序处理模块输出信号，用于提供系统工作状态或等待状态之间的切换；LCD驱动模块，接收程序处理模块输出信号，用于驱动LCD显示计算结果；复位模块，包括上电复位模块与低压复位模块，对系统进行复位；振荡器模块，接收系统切换模块输出信号，包括高频振荡器与低频振荡器，为系统提供高频与低频的时钟频率。本实用新型通过增加低压复位电路，使电路能及时复位，从而提高系统复位的可靠性，并通过增加低频振荡器，使计算器处于等待状态时采用低频工作，大大降低系统的功耗。

Description

一种计算器电路

技术领域

本实用新型涉及计算器电路，具体涉及复位产生方式与振荡器结构。

背景技术

计算器是最常见的电子产品之一，其特点是带有键盘阵列和LCD显示；采用电池供电，对功耗较为敏感，要求整机耗电低，但在接受键盘命令和执行计算操作时又需要快速响应。同时，对于芯片设计来说，由于外围应用环境各有差别，实际工作条件比较复杂，要求电路有较高的可靠性，在外围应用环境发生突变或恶化时能确保电路继续正常工作。

在电路时钟的选择上，现有技术中采用高频时钟，保证了电路接受键盘命令和进行运算的响应速度较快，但是功耗较大；如果采用低频时钟，电路的功耗得到控制，但是响应速度又无法保证。如果提供了高频和低频两种电路时钟，而高频时钟由一路振荡器构成，低频时钟由高频时钟分频得到，则高频振荡器始终处于工作状态，同样有功耗偏大的缺点。

当电路的外围条件发生突变时，如供电电压发生变化，电路内部的状态可能发生错乱，从而导致功能失效。现有技术中解决这一问题的有效方法就是及时使电路复位。一般的计算器电路都带有上电复位功能，即在系统上电过程中，电路内部产生一复位信号，等上电完成并稳定后，延迟一段时间再解除复位信号，以确保内部各器件实现可靠复位。

上电复位电路只能确保电路在上电过程中可靠复位，但是对于系统运行过程中的电压跌落不起作用。另外，由于上电复位电路对于瞬时的掉电不敏感，如果IC电源地上有大的电解电容，在关机后电还没掉光再上电，就会出现复位不良。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题针对计算器电路的响应速度和功耗对时钟速度的不同要求，以及单一上电复位电路可靠性不足等问题，通过对计算器电路结构的改进，提高系统工作的可靠性，并达到系统响应速度和功耗的平衡。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种计算器电路，包括：

1.键扫描模块，用于扫描键盘的状态；

2.程序处理模块，包括ROM、指令译码及微操作产生电路、ALU、PC定时器、总线交换电路与状态标志电路。ROM接收PC定时器的定时信息，并向总线交换电路与指令译码及微操作产生电路输出指令信息；总线交换电路接收键扫描模块与指令译码及微操作产生电路的输出信号，并从ROM中取指，向ALU输出信号；ALU的输出信号提供给状态标志电路，向总线交换电路提供反馈信号；状态标志电路的输出信号提供给PC定时器，进行程序流程控制。

3.系统切换模块，接收键扫描模块与程序处理模块的输出信号，用于提供系统工作状态或等待状态之间的切换；

4.LCD驱动模块，包括RAM、倍压电路、段译码电路与COM信号产生电路，接收程序处理模块的输出信号，用于驱动LCD显示计算结果。其中，RAM接收总线交换电路的输出信号，向段译码电路提供信号；段译码电路接收RAM与倍压电路的输出信号；COM产生电路接收倍压电路的输出信号；段译码电路与COM产生电路的输出共同驱动LCD。

5.复位模块，接收系统切换模块的输出信号，对系统内的电压进行复位，具体包括上电复位模块与低压复位模块。低压复位电路的输出与上电复位电路的输出依次通过或非门与非门，进行逻辑“或”运算，最后输出为系统复位信号。低压复位电路实现当电源电压跌落到一定幅度时，电路自动复位，同时，对于关机后掉电不完全再上电的情形，低压复位电路也能在掉电时及时对电路复位，从而实现复位的高可靠性。

6.振荡器模块，接收系统切换模块的输出信号，为系统提供高频与低频的时钟频率，具体包括高频振荡器与低频振荡器。低频振荡器中的电阻一端与高频振荡器中电阻一端相连，共同连接电容、反相器与RS触发器，另一端分别连接二选一开关的2个引脚，并通过开关实现高频振荡器与低频振荡器的切换：当键盘实现有效命令时，开关连接高频振荡器，系统采用高频时钟工作，进行运算、产生计算结果并驱动LCD显示，达到较快的响应速度；当系统处于等待状态时，开关连接低频振荡器，系统采用低频时钟工作，等待接收有效命令，大大降低系统耗电，提高电池的使用寿命。

低压复位电路能实现对电源电压的监控，但是它的工作需要建立时间，如果电路的上电时间太快，有可能来不及响应。因此，本实用新型采用上电复位电路输出和低压复位电路输出相或的方法，两种复位产生方式同时起作用，以达到整个系统的高可靠性。同时，通过内部逻辑，产生振荡器的切换选择信号，在键盘接收到有效命令时采用高频时钟工作，在系统处于等待状态时采用低频时钟工作。

本实用新型的技术效果是通过增加低压复位电路，且低压复位电路输出与上电复位电路的输出依次通过或非门与非门，进行逻辑“或”运算，最后输出为系统复位信号，实现系统在掉电时能及时对电路复位，提高系统复位的可靠性。同时，增加低频振荡器，且低频振荡器与高频振荡器并联，并通过内部逻辑实现振荡器的切换，大大降低了系统的功耗，提高电池的使用寿命。

附图说明

图1为本实用新型提出的计算器电路结构；

图2为低压复位电路的原理示意图；

图3为低压复位电路的工作波形示意图；

图4为复位模块的结构示意图；

图5为振荡器模块的结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本实用新型作进一步的详细描述。

图1为本实用新型提出的计算器电路结构。

如图1所示，本实用新型中提出的计算器电路包括以下结构：

1.程序处理模块101包括：ROM、指令译码及微操作产生电路、ALU、状态标志、总线交换电路和PC定时器。ROM接收PC定时器的定时信息，并向总线交换电路与指令译码及微操作产生电路输出指令信息；总线交换电路接收键扫描模块与指令译码及微操作产生电路的输出信号，并从ROM中取指，向ALU输出信号；ALU的输出信号提供给状态标志电路，同时向总线交换电路提供反馈信号；状态标志电路的输出信号提供给PC定时器，进行程序流程控制。

2.LCD驱动模块102包括：RAM、倍压电路、段译码、COM信号产生电路。其中，RAM接收总线交换电路的输出信号，向段译码电路提供信号，RAM分为数据RAM和显示RAM，数据RAM用于程序运行时暂存数据，显示RAM存放LCD显示数据；倍压电路对芯片电源电压1.5V倍压，得到3V电压，给LCD显示模块供电；段译码电路接收RAM与倍压电路的输出信号，COM产生电路接收倍压电路的输出信号，段译码电路与COM产生电路的输出共同驱动LCD。

3.键扫描和系统切换控制，键扫描模块扫描键盘信息，并向程序处理模块101中的总线交换电路提供输入信号，系统切换模块接收键扫描模块与总线交换电路的输出信号，相应改变系统工作状态，并切换当前振荡器。计算器系统外接一个键盘阵列，在主程序运行进入到键扫描程序时，在键扫描输出引脚上送出键扫描信号并等待键盘输入。当某个键盘输入被检测到，则电路进入相应的分支程序，进行运算。所有的键盘输入分支电路都带有施密特触发器，以防止误触发。

4.复位电路模块103包括上电复位电路和低压复位电路，且上电复位电路和低压复位电路的输出依次通过或非门与非门，进行逻辑“或”运算，最后输出为系统复位信号。其中，上电复位电路实现在电路上电过程中产生复位信号，在上电完成后解除该复位信号；低压复位电路实现当电源电压跌落到某个阈值时产生复位信号，当电源电压重新上升到大于或等于某个阈值时解除复位信号。

5.振荡器模块104包括振荡器1与振荡器2，接收系统切换电路的输出信号，并向系统内所有电路提供时钟信号。其中，振荡器1为高频振荡器，产生高频时钟，振荡器2为低频振荡器，产生低频时钟，并由内部逻辑电路实现系统切换控制。当检测到键盘输入时，通过内部逻辑改变切换选择信号的状态，选择高频振荡器，进行运算、产生计算结果，并驱动LCD显示；当运算完成，进入显示等待状态时，再次改变切换选择信号的状态，选择低频振荡器，等待接收命令。

图2为低压复位电路的原理示意图。

如图2所示，在本实施例中，采用若干个(≥2个)PMOS管和若干个(≥2个)NMOS管串联作为电阻，对电源电压进行分压。当电源电压下降时，分压后输出的电压同时下降，当下降到小于或等于某个阈值1(范围为0.2伏至0.35伏)时，后级的复位信号产生电路的状态发生翻转，得到中间复位信号。该中间复位信号经整形和滤波(包括去除毛刺和干扰，防止误触发复位)后，得到最终的低压复位输出信号。当电源电压回升时，同样对其分压，当分压后的电压回升到大于或等于阈值2(范围为0.25伏至0.4伏)时，复位信号产生电路的状态再次翻转，解除复位信号。其中，阈值1对应的电源电压为复位电压，阈值2对应的电源电压为启动电压。

另外，若需要调整复位电压，则可以通过调整PMOS管的个数来调整分压比例，从而调整复位信号产生电路的翻转电平和电源电压的比值，达到调整复位电压的效果。

图3为低压复位电路的工作波形示意图。

如图3所示，当电源电压下降时，在未下降到复位电压前，中间复位信号和低压复位输出信号为0；当电源电压下降到复位电压(在本实施例中为0.82V)时，中间复位信号和低压复位输出信号的状态翻转，波形开始跟随电源电压变化，即等于逻辑“1”，此时的输出信号可以使后级的电路复位；当电源电压回升到启动电压(在本实施例中为0.95V)时，中间复位信号和低压复位输出信号又变为0，即解除了电路的复位。

图4为复位模块的结构示意图。

如图4所示，复位电路模块包括上电复位电路与低压复位电路，且二者的输出依次通过或非门与非门，进行逻辑“或”运算，最后输出为系统复位信号。上电复位过程中产生的复位和电压跌落过程中产生的复位都能起作用，确保系统在各种情况下都能可靠复位。

图5为振荡器模块的结构示意图。

如图5所示，振荡器模块包括高频振荡器与低频振荡器，且二者均采用RC振荡结构。其中，EN是内部逻辑产生的振荡器使能信号，EN＝1/0分别表示打开/关闭振荡器；K是由系统切换控制模块产生的振荡器切换选择信号，通过一个二选一的单元分别将电阻1与电阻2接入回路，实现振荡器1和振荡器2的切换，其中，电阻1的阻值较小，范围为400千欧姆至800千欧姆，振荡器1为高频振荡器，电阻2的阻值较大，范围为1500千欧姆至3000千欧姆，振荡器2为低频振荡器。当触点K连接触点A时，电阻1接入回路，实现高频振荡器，则系统按照高频振荡器输出的时钟频率工作；当触点K连接触点B时，电阻2接入回路，实现低频振荡器，则系统按照低频振荡器输出的时钟频率工作。高频振荡器和低频振荡器分别使用各自的电阻，并共用电容，电容范围为2皮法至10皮法。

作为最佳实施例，电阻1阻值为550千欧姆，电阻2阻值为2200千欧姆，电容为5皮法。当EN＝1时，若触点K连接触点A，实现高频振荡器，计算器进行计算、产生结果，并驱动LCD显示；若触点K连接触点B，实现低频振荡器，计算器处于等待状态，等待接收有效命令。

在不偏离本实用新型的精神和范围的情况下还可以构成许多有很大差别的实施例。应当理解，除了如所附的权利要求所限定的，本实用新型不限于在说明书中的具体实施例。

Claims (7)

1.一种计算器电路，包括：

键扫描模块，用于扫描键盘的状态；

程序处理模块，接收所述键扫描模块的输出信号，用于处理各项命令；

系统切换模块，接收所述键扫描模块与程序处理模块的输出信号，用于提供系统工作状态或等待状态之间的切换；

LCD驱动模块，接收所述程序处理模块的输出信号，用于驱动LCD显示计算结果；

其特征在于，还包括：

复位模块，对系统内的电压进行复位，具体包括上电复位模块与低压复位模块；

振荡器模块，接收所述系统切换模块的输出信号，为系统提供高频与低频的时钟频率，具体包括高频振荡器与低频振荡器。

2.如权利要求1所述的计算器电路结构，其特征在于，程序处理模块包括：ROM，指令译码电路及微操作产生电路，ALU，PC定时器，总线交换电路与状态标志电路，其中，所述ROM接收所述PC定时器的定时信息，并向所述总线交换电路与所述指令译码电路及微操作产生电路输出指令信息；所述总线交换电路接收所述键扫描模块、所述指令译码及微操作产生电路的输出信号，并从所述ROM中取指，向所述ALU输出信号；所述ALU的输出信号提供给所述状态标志电路，同时向所述总线交换电路提供反馈信号；所述状态标志电路的输出信号提供给所述PC定时器，进行程序流程控制。

3.如权利要求1所述的计算器电路结构，其特征在于，LCD驱动模块包括：RAM，倍压电路，段译码电路与COM信号产生电路，其中，所述RAM接收所述总线交换电路的输出信号，向所述段译码电路提供信号；所述段译码电路接收所述RAM与所述倍压电路的输出信号；所述COM产生电路接收所述倍压电路的输出信号；所述段译码电路与所述COM产生电路的输出信号共同驱动LCD。

4.如权利要求1所述的计算器电路结构，其特征在于，上电复位电路的输出与低压复位电路的输出依次通过或非门与非门，进行逻辑“或”运算，最后输出为系统复位信号。

5.如权利要求1所述的计算器电路结构，其特征在于，高频振荡器与低频振荡器均由RC振荡电路构成。

6.如权利要求5所述的计算器电路结构，其特征在于，高频振荡器中电阻阻值范围为400千欧姆至800千欧姆，低频振荡器中电阻阻值范围为1500千欧姆至3000千欧姆，且高频振荡器与低频振荡器共用电容，电容范围为2皮法至10皮法。

7.如权利要求1所述的计算器电路结构，其特征在于，低频振荡器中的电阻一端与高频振荡器中电阻一端相连，共同连接电容、反相器与RS锁存器，另一端分别连接二选一开关的2个引脚，通过开关实现高频振荡器与低频振荡器的切换。

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