能使CPU待机工作的低功耗键盘电路
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PCF8563在电子时钟设计中的应用引言数字时钟已成为时钟设计的主导方向,广泛应用于实时控制系统。
数字时钟实质是一个对标准频率计数的计数电路,通常由晶体振荡电路、分频电路、时间计数电路、译码驱动电路等组成。
这里提出一种电子时钟系统设计方案,是以avr 单片机mega16作为控制核心,采用PCF8563时钟/日历器件以及数码管显示,通过硬件设计及软件编程实现的。
1 mega16简介ATmega16是基于增强的AVR RISC结构的低功耗8位CMOS微控制器。
由于其先进的指令集以及单时钟周期指令执行时间,ATmega16 的数据吞吐率高达1MIPS/MHz,从而可以缓减系统在功耗和处理速度之间的矛盾。
AVR 内核具有丰富的指令集和 32 个通用工作寄存器。
所有的寄存器都直接与算逻单元(ALU) 相连接,使得一条指令可以在一个时钟周期内同时访问两个独立的寄存器。
这种结构大大提高了代码效率,并且具有比普通的 CISC微控制器最高至 10倍的数据吞吐率。
ATmega16 有如下特点:16K字节的系统内可编程Flash(具有同时读写的能力,即RWW),512 字节 EEPROM,1K字节 SRAM,32 个通用I/O 口线,32 个通用工作寄存器,用于边界扫描的 JTAG 接口,支持片内调试与编程,三个具有比较模式的灵活的定时器/计数器(T/C),片内/外中断,可编程串行USART,有起始条件检测器的通用串行接口,8路10 位具有可选差分输入级可编程增益 (TQFP 封装 ) 的 ADC ,具有片内振荡器的可编程看门狗定时器,一个 SPI串行端口,以及六个可以通过软件进行选择的省电模式。
工作于空闲模式时 CPU 停止工作,而 USART、两线接口、A/D 转换器、SRAM、T/C、SPI 端口以及中断系统继续工作;掉电模式时晶体振荡器停止振荡,所有功能除了中断和硬件复位之外都停止工作;在省电模式下,异步定时器继续运行,允许用户保持一个时间基准,而其余功能模块处于休眠状态;ADC噪声抑制模式时终止CPU 和除了异步定时器与ADC以外所有 I/O 模块的工作,以降低 ADC 转换时的开关噪声; Standby 模式下只有晶体或谐振振荡器运行,其余功能模块处于休眠状态,使得器件只消耗极少的电流,同时具有快速启动能力;扩展 Standby 模式下则允许振荡器和异步定时器继续工作。
一、概述ATX开关电源的要紧功能是向计算器系统提供所需的。
一样计算器电源所采纳的都是双管半桥式无工频变压器的脉宽调制变换型稳压电源。
它将市电整流成直流后,通过变换型振荡器变成频率较高的矩形或近似正弦波电压,再通太高频整流滤波变成低压直流电压的目的。
其外观图和内部结构实物图见图1和图2所示。
ATX的功率一样为250W~300W,通太高频滤波电路共输出六组直流电压:+5V(25A)、—5V()、+12V(10A)、—12V(1A)、+(14A)、+5VSB()。
为避免负载过流或过压损坏电源,在交流市电输入端设有保险丝,在直流输出端设有过载爱惜电路。
二、工作原理ATX开关电源,电路按其组成功能分为:输入整流滤波电路、高压反峰吸收电路、辅助电源电路、脉宽调制操纵电路、PS信号和PG信号产生电路、主电源电路及多路直流稳压输出电路、自动稳压稳流与爱惜操纵电路。
参如实物绘出整机电路图,如图3所示。
1、输入整流滤波电路只要有交流电AC220V输入,ATX开关电源不管是不是开启,其辅助电源就会一直工作,直接为开关电源操纵电路提供工作电压。
如图4所示,交流电AC220V通过保险管FUSE、电源互感滤波器L0,经BD1—BD4整流、C5和C6滤波,输出300V左右直流脉动电压。
C1为尖峰吸收电容,避免交流电突变刹时对电路造成不良阻碍。
TH1为负温度系数热敏电阻,起过流爱惜和防雷击的作用。
L0、R1和C2组成Π型滤波器,滤除市电电网中的高频干扰。
C3和C4为高频辐射吸收电容,避免交流电窜入后级直流电路造成高频辐射干扰。
R2和R3为隔离平稳电阻,在电路中对C5和C6起平均分派电压作用,且在关机后,与地形成回路,快速泄放C5、C6上贮存的电荷,从而幸免电击。
2、高压尖峰吸收电路如图5所示,D18、R004和C01组成高压尖峰吸收电路。
当开关管Q03截止后,T3将产生一个专门大的反极性尖峰电压,其峰值幅度超过Q03的C极电压很多倍,此尖峰电压的功率经D18贮存于C01中,然后在电阻R004上消耗掉,从而降低了Q03的C极尖峰电压,使Q03免遭损坏。
第 1 章思考题及习题 1 参考答案一、填空1. 除了单片机这一名称之外,单片机还可称为或。
答:微控制器,嵌入式控制器 .2. 单片机与普通微型计算机的不同之处在于其将、、和三部分,通过内部连接在一起,集成于一块芯片上。
答: CPU、存储器、 I/O 口、总线3. AT89S52 单片机工作频率上限为MHz 。
答: 33 MHz。
4. 专用单片机已使系统结构最简化、软硬件资源利用最优化,从而大大降低和提高。
答:成本,可靠性。
二、单选1.单片机内部数据之所以用二进制形式表示,主要是A.为了编程方便B.受器件的物理性能限制C.为了通用性D.为了提高运算速度答: B2. 在家用电器中使用单片机应属于微计算机的。
A.辅助设计应用B.测量、控制应用C.数值计算应用D.数据处理应用答: B3.下面的哪一项应用,不属于单片机的应用范围。
A.工业控制 B .家用电器的控制 C .数据库管理 D .汽车电子设备答: C三、判断对错1.STC 系列单片机是 8051 内核的单片机。
对2.AT89S52 与 AT89S51相比,片内多出了 4KB的 Flash 程序存储器、 128B 的 RAM、1个中断源、 1 个定时器(且具有捕捉功能)。
对3.单片机是一种 CPU。
错4.AT89S52 单片机是微处理器。
错5. AT89C52 片内的 Flash 程序存储器可在线写入,而AT89S52则不能。
错6. 为 AT89C51单片机设计的应用系统板,可将芯片AT89C51直接用芯片 AT89S51替换。
对7. 为 AT89S51单片机设计的应用系统板,可将芯片AT89S51直接用芯片 AT89S52替换。
对8. 单片机的功能侧重于测量和控制,而复杂的数字信号处理运算及高速的测控功能则是DSP 的长处。
对四、简答1.微处理器、微计算机、微处理机、 CPU、单片机、嵌入式处理器它们之间有何区别?答:微处理器、微处理机和 CPU它们都是中央处理器的不同称谓,微处理器芯片本身不是计算机。
毕业设计(论文)课题名称:基于51单片机的智能定时控制器系统设计指导教师:系别:电子信息系专业:应用电子技术班级:10电子(2)班姓名:毕业设计(论文)任务书课题名称基于51单片机的智能定时控制器系统设计课题性质工程应用专业应用电子技术班级10电子(2)班学生姓名学号指导教师教研室主任系部主任发放日期一、课题条件:随着电子工业的发展,数字电子技术已经深入到了人们生活的各个层面,各种各样的电子产品也正在日新月异地向着高精尖技术发展。
数字电子时钟是一种用数字电路技术实现时、分、秒计时的装置,与机械式时钟相比具有更高的准确性和直观性,且无机械装置,具有更长的使用寿命,因此得到了广泛的使用。
二、毕业论文(设计)主要内容:1、时间显示:用4位数码管显示当前小时和分钟,秒功能用两LED灯代替(每秒闪烁一次)。
2、可手动设定时间。
3、开机流程:系统有红色和蓝色指示灯,上电10S内,每秒红色指示灯闪烁一次,并伴有蜂鸣声,作为开机/重启提醒,此时绿色指示灯灭。
10S后红色指示灯灭,若光线较强则绿色指示灯亮,若光线较弱则绿色指示灯亮度减半进入节能模式。
3、具有整点报时功能(四短一长),可自行设定报时时间段;三、计划进度:1. 资料的收集撰写开题报告6月20日至9月8日2. 方案设计9月9日至9月15日3. 电路的设计指标分析与确定;后期的电路优化元器件的选择与参数确定9月16日至11月2日4. 毕业设计论文的修改、完善11月3日至11月10日5. 毕业设计答辩11月15 日至11月20日四、主要参考文献:a) 康光华主编.电子技术基础.北京:高等教育出版社,1999.6b) b)何宏主编.单片机原理与接口技术.北京:国防工业出版社.2006.07c) c)杨西明,朱骐主编.单片机编程与应用入门.北京:机械工业出版社.2004.06d) d)先锋工作室编著.单片机程序设计实例.北京:清华大学出版社.2003.01指导教师(系)教研室主任年月日年月日摘要本次设计以AT89C51芯片为核心,辅以必要的外围电路,设计了一个简易的电子时钟,它由5V直流电源供电。
第1章思考题及习题1参考答案一、填空1. 除了单片机这一名称之外,单片机还可称为或。
答:微控制器,嵌入式控制器.2.单片机与普通微型计算机的不同之处在于其将、、和三部分,通过内部连接在一起,集成于一块芯片上。
答:CPU、存储器、I/O口、总线3. AT89S52单片机工作频率上限为 MHz。
答:33 MHz。
4. 专用单片机已使系统结构最简化、软硬件资源利用最优化,从而大大降低和提高。
答:成本,可靠性。
二、单选1. 单片机内部数据之所以用二进制形式表示,主要是A.为了编程方便B.受器件的物理性能限制C.为了通用性D.为了提高运算速度答:B2. 在家用电器中使用单片机应属于微计算机的。
A.辅助设计应用B.测量、控制应用C.数值计算应用D.数据处理应用答: B3. 下面的哪一项应用,不属于单片机的应用范围。
A.工业控制 B.家用电器的控制 C.数据库管理 D.汽车电子设备答:C三、判断对错1. STC系列单片机是8051内核的单片机。
对2. AT89S52与AT89S51相比,片内多出了4KB的Flash程序存储器、128B的RAM、1个中断源、1个定时器(且具有捕捉功能)。
对3. 单片机是一种CPU。
错4. AT89S52单片机是微处理器。
错5. AT89C52片内的Flash程序存储器可在线写入,而AT89S52则不能。
错6. 为AT89C51单片机设计的应用系统板,可将芯片AT89C51直接用芯片AT89S51替换。
对7. 为AT89S51单片机设计的应用系统板,可将芯片AT89S51直接用芯片AT89S52替换。
对8. 单片机的功能侧重于测量和控制,而复杂的数字信号处理运算及高速的测控功能则是DSP的长处。
对四、简答1. 微处理器、微计算机、微处理机、CPU、单片机、嵌入式处理器它们之间有何区别?答:微处理器、微处理机和CPU它们都是中央处理器的不同称谓,微处理器芯片本身不是计算机。
而微计算机、单片机它们都是一个完整的计算机系统,单片机是集成在一个芯片上的用于测控目的的单片微计算机。
习题五1.接口电路与外部设备之间传送的信号有哪几种?传输方向怎样?数据信号:对于输入设备,数据信号从外设通过接口送往总线,对于输出设备,数据信号从总线通过接口发往外部设备。
状态信号:状态信号表明外部设备当前的工作状态,用来协调CPU与外部设备之间的操作。
状态信号总是从外部设备通过接口发往总线。
控制信号:控制信号是CPU向外设发出的命令,它指定设备的工作方式,启动或停止设备。
控制信号从CPU通过接口发往外部设备。
2.接口电路有哪些功能?哪些功能是必需的?接口电路可以具备:设备选择功能、信息传输功能、数据格式转换功能、联络功能、中断管理功能、复位功能、可编程功能和错误检测等功能。
其中设备选择功能和信息传输功能是每一个接口电路所必备的。
其他的功能是否需要则由设备的特点和工作方式决定。
3.I/O端口的编址有哪几种方法?各有什么利弊?80X86系列CPU采用哪种方法?I/O端口的编址有两种不同的方式。
I/O端口与内存统一编址:把内存的一部分地址分配给I/O端口,一个8位端口占用一个内存单元地址。
已经用于I/O端口的地址,存储器不能再使用。
I/O端口与内存统一编址后,访问内存储器单元和I/O端口使用相同的指令,这有助于降低CPU电路的复杂性,并给使用者提供方便。
但是,I/O端口占用内存地址,相对减少了内存可用范围。
而且,由于难以区分访问内存和I/O的指令,降低了程序的可读性和可维护性。
I/O端口与内存独立编址:这种编址方法中,内存储器和I/O端口各自有自己独立的地址空间。
访问I/O端口需要专门的I/O指令。
80x86 CPU采用I/O端口独立编址方式。
4.按照传输信号的种类,I/O端口有几种?它们信号的传输方向怎样?按照传输信号的种类,I/O端口有三种:数据端口:数据信息从端口输入CPU(输入设备接口),或者从CPU写入端口(输出设备接口);状态端口:外设状态信息从端口输入CPU;控制端口:命令信息从CPU写入端口。
什么是PMU(PMIC)什么是PMU(PMIC)PMU(power management unit)就是电源管理单元,一种高集成的、针对便携式应用的电源管理方案,即将传统分立的若干类电源管理芯片,如低压差线性稳压器(LDO)、直流直流转换器(DC/DC),但现在它们都被集成到手机的电源管理单元(PMU)中,这样可实现更高的电源转换效率和更低功耗,及更少的组件数以适应缩小的板级空间,成本更低。
PMU 作为消费电子(手机、MP4、GPS、PDA 等)特定主芯片配套的电源管理集成单元,能提供主芯片所需要的、所有的、多档次而各不相同电压的电源,同电压的能源供给不同的手机工作单元,像处理器、射频器件、相机模块等,使这些单元能够正常工作。
按主芯片需要而集成了电源管理,充电控制,开关机控制电路。
包括自适应的USB-Compatible 的PWM 充电器,多路直流直流转换器(BuckDC-DCconverter),多路线性稳压器(LDO),Charge Pump,RTC 电路,马达驱动电路,LCD 背光灯驱动电路,键盘背光灯驱动电路,键盘控制器,电压/电流/温度等多路12-BitADC,以及多路可配置的GPIO。
此外还整合了过/欠压(OVP/UVP)、过温(OTP)、过流(OCP)等保护电路。
高级的PMU 可以在USB 以及外部交流适配器、锂电池和应用系统负载之间安全透明的分配电能。
动态电源路径管理(DPPM) 在系统和电池充电之间共享交流适配器电流,并在系统负载上升时自动减少充电电流。
调整充电电流和系统电流分配关系,最大程度保证系统的正常工作,当通过USB 端口充电时,如果输入电压降至防止USB 端口崩溃的阈值以下,则基于输入电压的动态电源管理(IDPM) 便减少输入电流。
当适配器无法提供峰值系统电流时,电源路径架构还允许电池补偿这类系统电流要求。
LDO 是利用较低的工作压差,通过负反馈调整输出电压使之保持不变的稳压器件。
一电 济南军区司令部防化技术窒李祥明 1 { 擅蔓:丰文详抽论速了cPu的待札状志和能使cPu工作在特机状态的低曲耗矩年t盘电路.蝽出了电路田和蝙程要点。 对于要末电池供电的电路系境.有很好的参考倚值和实用倚值。 关鲁调:抵功耗t盘革片机
在用单片机构成的便携式仪器中,省电 是一项重要的指标。为了节省电能,除了用 低功耗器件外,还应使CPU工作在待机状 态。因为CPU在正常工作状态和待机工作 状态时的功耗相差甚大,例如,8o( I在正常 工作状态的功耗为28mA,而在待机状态仅 为3mA,所以在设计单片机系统电路时,要 设法能使CPU工作在待机状态,同时也要设 计好能让CPU待机状态工作的外围电路。 本文仅就常用的键盘电路作一分析,给 、 ” 出一种能使CPU工作在待机状态的低功耗 键盘电路。该电路具有功耗低、结构简单、应 用灵活、不占用CPU时间的特点,可广泛应 用于有中断功能的a 系统中。本文以51 系列a面 OS型单片机为例加以说明。 I CIIMO8型单片机的待机状态 a OS型单片机的待机状态是一种低 功耗工作状态,其逻辑电路如图I所示。 IDL是待机状态位,它是电源控制寄存 器PCON的Db位。当在程序中置位DL,
偿。例如当变送器与K型热电偶连接,热电 偶两靖电势E(t,t0)=41.269mv.数字传感 器输出的数据为000101000时,已知tn= 20℃, H=1000℃,查表得k=I.07t ,最后 破测温度t=1021.4℃。 数字温度传感器将温度信号的变化直接 以数字信号方式输出,特别适合于具有徽处 理器的智能仪器进行温度测量和温度补偿。 与传统方法相比较,数字温度传感器的使用 非常方便,用一只传感器可以和任何型号的 热电偶相匹配。工作时只需将热电偶的冷端 引至温度变送器处,使数字温度传感器与冷 端保持相同的温度,对于贵重金属组成的热 电偶可将D61620置于补偿导线的终端,这 样传感器测出的温度即是热电偶冷靖的温 度。 4.结束语 温度是物体冷热程度的标志,是工业生 产、日常生活中重要的热工参数之一,温度变 12·‘蕾■产晶与节簟'i蛳车簟4期 送器是工业测控领域中普遍应用的设备,在 许多工艺过程中需要知道物体的温度.以判 别其状态、进行相应的操作、进人下一工序 等,因此它必须是高精度、高可靠性、高智能 化又便于操作的产品。本系统在冷端补偿器 的设计中引人了新型数字产品器件DS1620, 优化了系统设计,最突出的优点是它的通用 性和完全补偿特性,同时简化了系统的结构, 节省了A/D转换通道。充分发挥了系统软件 和硬件优势互补的特点,提高了系统的可靠 性、灵敏度和冷靖补偿精度。扩展了它的应用 领域。 参考文献 i.DHU娼seBli∞ 舳r‘Ds1620一Di画试 1elm。rI鼬盯). ㈣Exte ̄嘶Book 2.王主军.(DS1620实理高分辨卓温度禹量,.电子产品世 界.1999.i 3.高魁明.‘热工禹量仪表).北京:冶童工业出簸杜1993. 4.王衷植.‘传暮嚣与变进器)北京:清华大学出版社. 1996
6昌- 维普资讯 http://www.cqvip.com 电子技术应用 田1旱片矾蒋机杭态硬件电曙 使IDL=I时,cPU即处于待机状态,这时 描方式的键盘电路。
CPU的时钟信号被切断而停止工作,但时钟 (1)中断方式的键盘电路 信号照样提供给中断逻辑、串行口和定时器, 这种电路以8279键盘/显示电路为代 CPU的全部状态在待机期间都被保留起来, 表,自身有管理键盘矩阵的功能,很少占用 如堆栈指针SP、程序计数器PC、程序状态字 CPU时间。当CPu送给它控制宇和状态字 PSW、累加器ACC及所有的工作寄存器。 后,它就按要求去管理键盘。当有键按下时, CPU处于待机状态后,其功耗大大降 它能自动识别按键,产生键码,同时产生一个 低,那么什么时候结束待机状态,“唤醒”CPU 中断信号,申请CPU来取键码。除此之外, 继续工作呢?并不是清零IDL位,而是通过 不去打扰CPU的工作。因此这种键盘电路 下面两种方法来终止待机状态: 可以使CPU工作在待机状态。但是由于 (I)硬件复位8279芯片的功耗大,其静态功耗为58mA,体 硬件复位能终止待机状态,使CPu从 积也大,价格也贵,所以在便携式仪器中不宜 0000H地址开始工作。由于硬件复位相当于 采用。 重新开机工作,所以对应用于工艺、工序流程 (2)扫描方式的键盘电路 操作的系统来说是不适宜的。 这种方式的键盘电路比较多,如用单片 (2)激活任何一个被允许的中断。 机的并行口线组成的矩阵式键盘电路、用 当CPU处于待机状态时,外部中断、串 8lc55或B255构成的键盘电路、用串行口和 行口中断和定时中断任何一个被激活时, 74LS164组成的键盘电路,等等。这些电路 IDL将被硬件自动清腺,从而结束待机状态。 的共同特点是需要CPU不断的进行扫描和 CPU响应中断后,进A该中断服务程序,当 检测,因此占用了 U的时间,无法使CPU 执行丁该中断服务程序的RETI指令后,返 处于待机状态,达不到节电的目的。 回到使CPU进入待机状态的那条指令的后 3低功耗中断方式键盘电路 面一条指令上。 为了能使CPU工作在待机状态和降低 不难看出,这种方法很实用,设想把一个 键盘电路的功耗,笔者设计了一种能使CPU 键盘电路接A外部中断上,当CPU完成了应 待机工作的低功耗键盘电路,如图2所示,经 傲的工作,如数据采集处理、报警显示等工作 在便携式仪器上应用,效果授佳。 后,可让它处于待机状态,暂时“休息 一会, (1)电路组成 当再需要它工作时,就触按键盘,键盘电路立 由计数器4017、时基电路NE555、编码 即通过外部中断输入口 申请中断,即能 器74HC148和4532、六反相器4069等组成。 唤醒CPU,使它开始新一轮工作。 NF.555产生时基脉冲,脉冲宽度由公式 2常用的键盘电路TlH=0.693( +Rno)Et决定,低电平宽度由 在诸多的键盘电路中,按工作方式分为 公式H1=0.693RtoEI决定,单位:电阻用
两大类。一是中断方式的键盘电路;二是扫 kn,电容用uF,则宽度为 ;。
‘1I●产品与节■H,,,年簟4羽·l3·
维普资讯 http://www.cqvip.com ■电子技术应 4017作循环扫描器,进行矩阵列扫描。 4532对矩阵的列状态进行编码, 74HC148对矩阵的行状态进行编码,同时产 生中断信号。 (2)工作原理 开机上电后,NE555的3脚输出时钟信 号,加到4017的时钟输入端,设有按键时, U6的14脚为高电平,所以4017的使能端 ENA为低电平,计数有效,从Q0一Q7依次 输出正脉冲,其速度由Cu(时钟决定。当 Q8输出正脉冲时,使RST脚为高电平,从而 复位钟17,又使C 输出正脉冲。经4069反 向后,各列线上依次出现负脉冲,从而实现了 扫描。 4017输出的列扫描信号同时加到4532 编码器的输入端,在其输出端C 一C 获得 编码,分别输入到89c51的P2.5一P2.3。始 终等待CPU的读取。当有按键时.CPU才 读取捌编码。 键盘矩阵的8条行线平时都处于高电 平,所以74HC148的编码输入端A—C和 GS端均为高电平,没有中断申请信号。 当某一个键被按下时,由于列线的低电 平循环扫描,使得被按键所在的行线拉为低 电平,这时74HC1柏就对8个行线的状态进 行编码,通过A—C端输出至89C51,同时 GS端输出低电平,通过而向CPU申请中 断.唤醒处于待机状态的CPU,从而终止了 上次的待机状态,开始新一轮工作。 GS端输出的低电平,又经反向后加刭 4017的使能端豆雨 ,使4017停止汁数,保持 现行状态不变。以致使4532的输出也不变。 CPU响应中断后,立即取P2口的数据. 分析键值,执行相应的工作,在这些工作中, 有的是数据采集、处理,有的是计数定时,有 的是控制继电器,有的是输出要显示/打印的 数据。当这些工作做完后,CPU又可以执行 条待机指令,再处于待机状态。 当按键松开时,74HC148的GS端恢复 高电平,经反向后,使4017接着开始计数,列 扫描又继续进行。 (3)程序设计 程序设计时要着重解决中断设置、键编 码和待机状态设置问题。 ①中断设置 要允许丽中断,并设置脉冲下降沿中 断有效,开cI 中断,在中断入口地址处填 写中断服务程序的起始地址。 ②键编码 4532对高电平进行编码。从[30一D 高 电平优先编码权渐高,即Dn位为高电平时, 不管 一l以下各位是什么电平,只要 +I以 上各位为低电平时,在q日一C 端输出的编 码即是 端状态的编码。其真值如表L。
寰l 4532■^■出I值寰 糖 ^ 输 出 EI D7 D6 [34 D3 D2 Dl 珊 q2 ql Qo H L L L L L L L L L L L H H X X X X X X X H H H H L H X X X X X X H H L H L L H X X X X X H L H H L L L H X X X X H L L H L L L L H X X X L H H H L L L L L H X X L H L H L L L L L L H X L L H H L L L L L L L H L L L
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