CN218675974U - 一种开关机电路和电子设备 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供一种开关机电路和电子设备，涉及开关机电路技术领域。该开关机电路包括按键、触发逻辑模块、开关管模块和系统供电模块，所述系统供电模块、所述按键的第二端均用于与所述主控MCU电连接。按键对逻辑触发模块输入，逻辑触发模块控制开关管模块持续导通，即可使系统供电模块持续将来自输入电源的电供给主控MCU。即实现一键打开电源维持供电。可以批量操作，对批量新产品进行程序烧录，提高生产效率。

Description

一种开关机电路和电子设备

技术领域

本申请涉及开关机电路技术领域，尤其涉及带有单片机的电子设备的开关机电路。

背景技术

对于常规的包含单片机(Microcontroller Unit，MCU)的电子设备产品，可以通过按键实现开关机，MCU可以通过检测按键的状态，作为触发信号，来控制系统电源的打开或关闭，从而实现产品上电工作或断电关机。

带MCU的产品需要靠程序控制实现应有的功能，新产品需要烧写程序，烧写程序时需要外部电源供电。但是对于还未烧写程序的MCU就不适用，因没有程序而无法控制供电电源来维持供电。特别是ARM芯片烧写时间比较长，需要一直人为的按住按键保持供电，给MCU烧写程序提供电源，此操作批量生产不可取，效率低。

因此，对于未烧写程序的产品，如何避免按住按键来保持供电，是需要解决的技术问题。

实用新型内容

本申请的目的在于提供一种开关机电路和电子设备，以解决现有技术中对于未烧写程序的产品，如何避免按住按键来保持供电的技术问题。

为实现上述目的，本申请实施例采取了如下技术方案。

第一方面，本申请实施例提供一种开关机电路，包括按键、触发逻辑模块、开关管模块和系统供电模块。

所述按键的第一端和开关管模块的第一端均用于与输入电源电连接；所述按键的第二端与所述触发逻辑模块的第一输入端电连接，所述触发逻辑模块的输出端与所述开关管模块的控制端电连接，所述触发逻辑模块的第二输入端用于与主控MCU的输出端电连接；所述开关管模块的第二端与所述系统供电模块电连接；所述系统供电模块、所述按键的第二端均用于与所述主控MCU电连接。

可选地，所述触发逻辑模块包括D触发器单元和逻辑门单元；

所述按键的第二端与所述D触发器单元电连接，所述D触发器单元分别与所述逻辑门单元和所述开关管模块的控制端电连接，所述逻辑门单元用于与主控MCU的输出端电连接。

可选地，所述D触发器单元包括第一D触发器和第二D触发器；

所述第一D触发器中，数据端与所述按键的第一端电连接，时钟端与所述按键的第二端电连接，正输出端通过第一延时单元与复位端电连接，正输出端与所述逻辑门单元电连接；

所述第二D触发器中，数据端与负输出端电连接，时钟端与所述逻辑门单元电连接，正输出端与开关管模块电连接，复位端通过上电复位单元与电源电连接，正输出端、负输出端均与所述逻辑门单元电连接。

可选地，所述第一延时单元包括第十一电阻和第七电容，所述第十一电阻连接于所述第一D触发器的正输出端和所述第一D触发器的复位端之间，所述第七电容连接于所述第一D触发器的复位端和地之间。

可选地，所述上电复位单元包括第六电容，所述第六电容连接于所述电源和所述第二D触发器的复位端之间。

可选地，所述逻辑门单元包括四个与非门，分别为第一门、第二门、第三门和第四门；

所述第一门中，第一输入端连接所述第一D触发器的正输出端，第二输入端连接所述第二D触发器的负输出端；

所述第二门中，输出端连接所述第二D触发器的时钟端，第一输入端连接所述第一门的输出端，第二输入端连接所述第三门的输出端；

所述第三门中，第一输入端连接所述第二D触发器的正输出端，第二输入端连接所述第四门的输出端；

所述第四门中，第一输入端和第二输入端均用于连接所述主控MCU的输出端。

可选地，所述开关机电路还包括第四开关管，所述按键的第二端与所述第四开关管的控制端电连接，所述第四开关管的第一端连接电源且连接所述主控MCU的输入端，所述第四开关管的第二端接地。

可选地，所述开关管模块包括MOSFET，所述MOSFET的控制端连接所述触发逻辑模块的输出端，所述MOSFET的第一端用于连接输入电源，所述MOSFET的第二端连接所述系统供电模块。

可选地，所述开关管模块还包括三极管，所述三极管的控制端连接所述触发逻辑模块的输出端，所述三极管的第一端连接所述MOSFET的控制端，所述三极管的第二端接地。

第二方面，本申请实施例提供一种电子设备，包括主控MCU和第一方面的开关机电路，所述主控MCU分别与所述开关机电路的按键、系统供电模块和触发逻辑模块电连接，所述主控MCU还用于连接程序下载接口。

相对于现有技术，本申请具有以下有益效果：

本申请实施例提供的开关机电路，利用产品上的按键，实现一键打开电源维持供电。可以批量操作，对批量新产品进行程序烧录，提高生产效率。

还可以进一步设置待程序下载完成后，识别按键状态，控制电源关机，使关机也通过该按键实现。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请实施例提供的一种开关机电路示意图；

图2为本申请实施例提供的一种D触发器单元和逻辑门单元实现触发逻辑模块的开关机电路示意图；

图3为本申请实施例的一种双D触发器和4个与非门实现的开关机电路示意图；

图4为本申请实施例的开关机电路的附属电路示意图。

附图标记说明：

100-开关机电路

11-按键

12-触发逻辑模块

121-D触发器单元

122-逻辑门单元

13-开关管模块

14-系统供电模块

20-输入电源

30-主控MCU

40-程序下载接口

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，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他实施例，都属于本申请保护的范围。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本申请的描述中，需要说明的是，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。术语“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。

现有的带MCU的产品烧写程序时，需要外部电源供电，需要一直人为的按住按键保持供电，不利于生产，效率低。

为了克服以上问题，可参阅图1，本申请实施例提供了一种开关机电路100，包括按键11、触发逻辑模块12、开关管模块13和系统供电模块14。

连接关系为：所述按键11的第一端和开关管模块13的第一端均用于与输入电源20电连接；所述按键11的第二端与所述触发逻辑模块12的第一输入端电连接，所述触发逻辑模块12的输出端与所述开关管模块13的控制端电连接，所述触发逻辑模块12的第二输入端用于与主控MCU30的输出端电连接；所述开关管模块13的第二端与所述系统供电模块14电连接；所述系统供电模块14、所述按键11的第二端均用于与所述主控MCU30电连接。

可以得出本申请实施例的有益效果：按键对逻辑触发模块输入，逻辑触发模块控制开关管模块持续导通，即可使系统供电模块持续将来自输入电源的电供给主控MCU。即实现一键打开电源维持供电。可以批量操作，对批量新产品进行程序烧录，提高生产效率。

触发逻辑模块可以由触发器与逻辑门电路组合实现。

一种实施方式如图2，所述触发逻辑模块12包括D触发器单元121和逻辑门单元122。

图中的连接关系为：所述按键的第二端与所述D触发器单元121电连接，所述D触发器单元121分别与所述逻辑门单元122和所述开关管模块的控制端电连接，所述逻辑门单元122用于与主控MCU的输出端电连接。

所述D触发器单元可以用芯片CD4013实现，包括第一D触发器和第二D触发器。

参照CD4013的说明书，D触发器的逻辑关系如下表，其中空格表示不考虑，向上剪头↑表示时钟上升沿，0表示低电平，1表示高电平。

可以看出：

1)只要复位端或置位端有一个不是0，Q输出＝SD置位；

2)在复位端、置位端都是0的情况下，在时钟上升沿，Q输出＝D数据。

本申请实施例可以将置位端接地，用数据端控制输出端，用复位端控制输出端输出低电平。

如图3，所述第一D触发器CD4013BCM_U1A中，数据端D与所述按键的第一端电连接，时钟端CLK与所述按键的第二端电连接，正输出端4013_Q1通过第一延时单元与复位端RST电连接，正输出端4013_Q1与所述逻辑门单元电连接；

所述第二D触发器CD4013BCM_U1B中，数据端D与负输出端4013_Q2N电连接，时钟端CLK与所述逻辑门单元电连接，正输出端4013_Q2与开关管模块电连接，复位端RST通过上电复位单元与电源VDD电连接，正输出端4013_Q2、负输出端4013_Q2N均与所述逻辑门单元电连接。

上述的两个延时单元可以如下设置：

所述第一延时单元包括第十一电阻R11和第七电容C7，所述第十一电阻R11连接于所述第一D触发器CD4013BCM_U1A的正输出端4013_Q1和所述第一D触发器CD4013BCM_U1A的复位端RST之间，所述第七电容C7连接于所述第一D触发器CD4013BCM_U1A的复位端RST和地之间。

所述上电复位单元包括第六电容C6，所述第六电容C6连接于所述电源VDD和所述第二D触发器CD4013BCM_U1B的复位端RST之间。

对于逻辑门单元，可以由芯片CD4011实现，包括四个与非门，分别为第一门U2A、第二门U2B、第三门U2C和第四门U2D。

所述第一门U2A中，第一输入端A1连接所述第一D触发器CD4013BCM_U1A的正输出端4013_Q1，第二输入端B1连接所述第二D触发器CD4013BCM_U1B的负输出端4013_Q2；

所述第二门U2B中，输出端Y2连接所述第二D触发器CD4013BCM_U1B的时钟端4013_CLK2，第一输入端A2连接所述第一门U2A的输出端Y1，第二输入端B2连接所述第三门U2C的输出端Y3；

所述第三门U2C中，第一输入端A3连接所述第二D触发器CD4013BCM_U1B的正输出端4013_Q2，第二输入端B3连接所述第四门U2D的输出端Y4；

所述第四门U2D中，第一输入端A4和第二输入端B4均用于连接所述主控MCU的输出端POWER_STATE端。

图3可以看出，D触发器和与非门相互作用，产生的开关机信号作用于开关管Q1，开关管Q1可以是MOSFET。开关机信号可以通过三极管Q2放大来驱动开关管Q1。其中的电阻R1、R4、R5、R12等可以根据具体器件的电压设置。

图4给出了本申请实施例的一种主控MCU连接电路，包括第四开关管Q4，所述按键的第二端与所述第四开关管Q4的控制端电连接，所述第四开关管Q4的第一端连接电源3.3V且连接所述主控MCU的输入端MCU_KEY，所述第四开关管Q4的第二端接地。主控MCU的POWER_CTRL端连接图3中的Q3控制端，Q3的第一端接地，第二端为POWER_STATE端连接至所述第四门的第一输入端A4和第二输入端B4，且连接电源VDD。即主控MCU的POWER_CTRL端通过Q3控制第四门的输入。

图3、图4的原理说明如下。

1、上电：POWER_IN、VDD上电，电容C6两端不能突变，所以CD4013BCM_U1B的RST高电平复位，4013_Q2N高电平，4013_Q2输出低电平，Q1、Q2断开，MCU未通电，POWER_CTRL低电平，受下拉电阻控制，Q3截止，POWER_STATE高电平，4011_Y3输出高电平，4013_CLK2由4013_Q1控制。而4013_Q1在上电时不管输出高电平还是低电平，由于R11和C7的存在，输出高电平时CD4013BCM_U1A复位，4013_Q1输出低电平，即最终4013_Q1输出低电平。所以上电后，4013_CLK2低电平，4013_Q2维持输出低电平，Q2、Q1维持截止，因此POWER_OUT后端系统不供电。

2、开机：短按按键S1 KEY，4013_CLK1由低变高，4013_Q1输出高电平，经R11和C7延时一段时间，CD4013BCM_U1A的RST复位，4013_Q1输出低电平，即4013_Q1输出一个上升沿脉冲，导致4013_CLK2端输入一个上升沿脉冲，4013_Q2输出高电平，Q2导通，Q1导通，后端系统供电。由于4013_Q2N输出低电平，4011_Y1高电平，4013_CLK2输出低电平，4013_CLK2不再由4013_Q1控制，而是由POWER_STATE控制。即后续短按按键S1KEY不会直接导致后端系统断电，而是需要由MCU检测其他条件来控制何时断电，例如MCU可以根据S1 KEY的按键时间长短来多功能使用按键。

3、关机：可由长按按键S1 KEY实现，MCU检测到长按，保存自身需要保存的参数后，POWER_CTRL输出高电平，Q3导通，POWER_STATE低电平，4013_CLK2输出高电平，即产生一个上升沿脉冲，4013_Q2输出低电平，Q2截止，Q1截止，后端系统断电，POWER_CTRL输出低电平，POWER_STATE变回高电平，4013_Q2N输出高电平，4013_CLK2由4013_Q1控制，即回到刚上电未开机时状态，等待按键开机。

上述原理实现了上电之后短按按键开机、长按按键关机的效果。

本申请实施例还提供一种电子设备，包括主控MCU和上述的开关机电路，所述主控MCU分别与所述开关机电路的按键、系统供电模块和触发逻辑模块电连接，所述主控MCU还用于连接程序下载接口40。

总体来说，本申请提出了一种开关机电路和电子设备。按键对逻辑触发模块输入，逻辑触发模块控制开关管模块持续导通，即可使系统供电模块持续将来自输入电源的电供给主控MCU。即实现一键打开电源维持供电，不需要持续按住按键就可以对新产品烧写程序。可以批量操作，对批量新产品进行程序烧录，批量生产，提高生产效率。

以上所描述的装置及系统实施例仅仅是示意性的，可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上所述，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种开关机电路，其特征在于，包括按键、触发逻辑模块、开关管模块和系统供电模块；

所述按键的第一端和开关管模块的第一端均用于与输入电源电连接；所述按键的第二端与所述触发逻辑模块的第一输入端电连接，所述触发逻辑模块的输出端与所述开关管模块的控制端电连接，所述触发逻辑模块的第二输入端用于与主控MCU的输出端电连接；所述开关管模块的第二端与所述系统供电模块电连接；所述系统供电模块、所述按键的第二端均用于与所述主控MCU电连接。

2.如权利要求1所述的开关机电路，其特征在于，所述触发逻辑模块包括D触发器单元和逻辑门单元；

所述按键的第二端与所述D触发器单元电连接，所述D触发器单元分别与所述逻辑门单元和所述开关管模块的控制端电连接，所述逻辑门单元用于与主控MCU的输出端电连接。

3.如权利要求2所述的开关机电路，其特征在于，所述D触发器单元包括第一D触发器和第二D触发器；

所述第一D触发器中，数据端与所述按键的第一端电连接，时钟端与所述按键的第二端电连接，正输出端通过第一延时单元与复位端电连接，正输出端与所述逻辑门单元电连接；

所述第二D触发器中，数据端与负输出端电连接，时钟端与所述逻辑门单元电连接，正输出端与开关管模块电连接，复位端通过上电复位单元与电源电连接，正输出端、负输出端均与所述逻辑门单元电连接。

4.如权利要求3所述的开关机电路，其特征在于，所述第一延时单元包括第十一电阻和第七电容，所述第十一电阻连接于所述第一D触发器的正输出端和所述第一D触发器的复位端之间，所述第七电容连接于所述第一D触发器的复位端和地之间。

5.如权利要求3所述的开关机电路，其特征在于，所述上电复位单元包括第六电容，所述第六电容连接于所述电源和所述第二D触发器的复位端之间。

6.如权利要求3所述的开关机电路，其特征在于，所述逻辑门单元包括四个与非门，分别为第一门、第二门、第三门和第四门；

所述第一门中，第一输入端连接所述第一D触发器的正输出端，第二输入端连接所述第二D触发器的负输出端；

所述第二门中，输出端连接所述第二D触发器的时钟端，第一输入端连接所述第一门的输出端，第二输入端连接所述第三门的输出端；

所述第三门中，第一输入端连接所述第二D触发器的正输出端，第二输入端连接所述第四门的输出端；

所述第四门中，第一输入端和第二输入端均用于连接所述主控MCU的输出端。

7.如权利要求1所述的开关机电路，其特征在于，所述开关机电路还包括第四开关管，所述按键的第二端与所述第四开关管的控制端电连接，所述第四开关管的第一端连接电源且连接所述主控MCU的输入端，所述第四开关管的第二端接地。

8.如权利要求1所述的开关机电路，其特征在于，所述开关管模块包括MOSFET，所述MOSFET的控制端连接所述触发逻辑模块的输出端，所述MOSFET的第一端用于连接输入电源，所述MOSFET的第二端连接所述系统供电模块。

9.如权利要求8所述的开关机电路，其特征在于，所述开关管模块还包括三极管，所述三极管的控制端连接所述触发逻辑模块的输出端，所述三极管的第一端连接所述MOSFET的控制端，所述三极管的第二端接地。

10.一种电子设备，其特征在于，包括主控MCU和权利要求1-9任一项所述的开关机电路，所述主控MCU分别与所述开关机电路的按键、系统供电模块和触发逻辑模块电连接，所述主控MCU还用于连接程序下载接口。

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