SD和RD接至基本RS 觸發(fā)器的輸入端,它們分別是預(yù)置和清零端,低電平有效.當(dāng)SD=0且RD=1時(shí),不論輸入端D為何種狀態(tài),都會(huì)使Q=1,Q非=0,即觸發(fā)器置1;當(dāng)SD=1且RD=0時(shí),觸發(fā)器的狀態(tài)為0,SD和RD通常又稱為直接置1和置0端.
　　摘要:本文介紹了一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便可靠的開/關(guān)機(jī)電路.電路使用一個(gè)D觸發(fā)器,配合軟件上的處理實(shí)現(xiàn)單鍵開/關(guān)機(jī)、關(guān)機(jī)前重要數(shù)據(jù)自動(dòng)保存及自動(dòng)關(guān)機(jī)功能.
　　關(guān)鍵詞: 自動(dòng)關(guān)機(jī)電路;微處理器;CD4013
　　引言 節(jié)電是各種電池供電設(shè)備所需考慮的首要因素.為防止用戶忘記關(guān)機(jī),一些設(shè)備采用了自動(dòng)關(guān)機(jī)電路.此外,許多設(shè)備中使用一個(gè)開/關(guān)按鍵控制開啟或關(guān)斷電源,即使微處理器(MPU)正在處理關(guān)鍵程序,按鍵按下時(shí),系統(tǒng)也會(huì)關(guān)斷,造成重要數(shù)據(jù)的丟失.本文僅使用一個(gè)D觸發(fā)器設(shè)計(jì)了一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,使用方便可靠的開/關(guān)機(jī)電路.
　　電路設(shè)計(jì)
　　實(shí)際設(shè)計(jì)的自動(dòng)開/關(guān)機(jī)電路如圖1所示.其中U1A為雙D觸發(fā)器CD4013,外接電池電源由Vin輸入.Q輸出通過(guò)阻值為472W的R5、103W的R4和NPN型三極管Q2反向驅(qū)動(dòng)后,與開關(guān)電源芯片的開關(guān)引腳相連.以MAX1626為例,當(dāng)SHDN為高時(shí)關(guān)閉電源,SHDN為低時(shí)打開系統(tǒng)電源.
　　復(fù)位式按鍵S1為系統(tǒng)電源開/關(guān)鍵.C1和R2組成RC網(wǎng)絡(luò),使得在S1按下后,保證R有12×104×10-3=120ms的延遲時(shí)間處于高電平.CD4013的D、CLK端接輸入電源地,保證其處于低電平.置位引腳R一端通過(guò)103W的電阻接電源地,另一端通過(guò)三極管Q3與MPU的I/O口相連.S1的右端與阻值為103W的R1相連,控制Q1開通.Q1的集電極與地之間接通穩(wěn)壓管,穩(wěn)壓管的輸出與MPU的I/O口相連.

　　圖1 自動(dòng)開/關(guān)機(jī)電路原理圖

          
　　設(shè)計(jì)原理
　　開/關(guān)機(jī)電路的器件是一個(gè)D型觸發(fā)器,型號(hào)為CD4013.其真值表如表1所示.觀察其真值表可已看出,無(wú)論CLK為何種狀態(tài),S為0時(shí),輸出Q為0;R為0時(shí),輸出Q為1;而當(dāng)R、S均為1時(shí),輸出Q為1;當(dāng)R和S均為0時(shí),只要CLK不產(chǎn)生上升沿脈沖,輸出Q會(huì)保持前一輸出狀態(tài).本電路正是利用R、S均為零時(shí)的狀態(tài)保持特性來(lái)實(shí)現(xiàn)開/關(guān)機(jī)功能的.
　　由于本電路處于開/關(guān)電源前端,在電池接入狀態(tài)下,無(wú)論系統(tǒng)電源是否打開,都處于工作狀態(tài).CD4013的輸入電壓范圍為3~15V,因此本電路可以保證在寬電壓輸入范圍內(nèi)穩(wěn)定工作.
　　系統(tǒng)開機(jī)原理
　　當(dāng)按下開機(jī)按鈕S1時(shí),S與高電平接通,S=1.查閱真值表可得,當(dāng)R=1,S=1時(shí),輸出Q應(yīng)穩(wěn)定輸出1,經(jīng)過(guò)三極管反向后,電源控制引腳SHDN為低電平,打開系統(tǒng)電源.通常MPU進(jìn)行初始化時(shí)會(huì)將I/O引腳置為高電平,由于RC網(wǎng)絡(luò)的延遲作用,S1按下后可以保證S端約有120ms處于高電平(保證開機(jī)穩(wěn)定條件:RC網(wǎng)絡(luò)的延遲時(shí)間>系統(tǒng)上電復(fù)位并將POWER_CTL狀態(tài)穩(wěn)定為1的時(shí)間).經(jīng)過(guò)三極管Q3反向,此時(shí)S=1,R=0,Q端輸出1,系統(tǒng)電源處于打開狀態(tài).
　　MPU延遲后讀取STATE引腳的狀態(tài).如果此時(shí)STATE為低電平,則確認(rèn)Q1導(dǎo)通,S1曾按下,確認(rèn)用戶開機(jī)程序正常運(yùn)行.如果此時(shí)STATE為高電平,則表明Q1截止,開機(jī)信號(hào)為誤動(dòng)作,程序執(zhí)行關(guān)機(jī)程序.
　　當(dāng)RC網(wǎng)絡(luò)的延遲時(shí)間過(guò)后,S端由1轉(zhuǎn)為0,此時(shí)S=0,R=0,查閱真值表得出此時(shí)輸出Q應(yīng)該維持前一輸出狀態(tài),即保持系統(tǒng)開通電源狀態(tài).
　　系統(tǒng)關(guān)機(jī)原理
　　作為節(jié)電產(chǎn)品,如果在規(guī)定時(shí)間內(nèi)系統(tǒng)沒有工作,系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)入關(guān)機(jī)程序,在保存重要數(shù)據(jù)后,自動(dòng)關(guān)閉系統(tǒng).
　　當(dāng)用戶手動(dòng)關(guān)機(jī),按下S1時(shí),Q1打開,STATE的狀態(tài)由高電平轉(zhuǎn)變?yōu)榈碗娖?MPU檢測(cè)到STATE的狀態(tài)變化后,經(jīng)過(guò)延時(shí)再次檢測(cè)STATE狀態(tài),如仍為低電平,則確認(rèn)為關(guān)機(jī)指令,程序?qū)⒈４嬷匾獢?shù)據(jù),關(guān)閉所有中斷,然后將I/O引腳POWER_CTL置為低電平,程序進(jìn)入循環(huán)等待關(guān)機(jī)狀態(tài).此時(shí),I/O口狀態(tài)經(jīng)過(guò)Q3反相后使觸發(fā)器R=1,S=0,查閱真值表可得Q端應(yīng)該穩(wěn)定輸出0,經(jīng)過(guò)三極管Q2反向驅(qū)動(dòng)后,電源控制引腳SHDN為高電平,關(guān)閉系統(tǒng)電源.
　　電源芯片關(guān)閉后,隨著電容放電,MPU的供電電壓不斷下降,引腳POWER_CTL變?yōu)椴欢顟B(tài),但查閱真值表,無(wú)論此時(shí)R端電位高或低,輸出Q都為低電平,穩(wěn)定的使系統(tǒng)處于關(guān)機(jī)狀態(tài).
　　隨著電容繼續(xù)放電,I/O引腳POWER_CTL穩(wěn)定為低電平,此時(shí)觸發(fā)器引腳R=1,S=0,穩(wěn)定維持輸出Q為低電平,保證系統(tǒng)電源的穩(wěn)定關(guān)斷.
　　設(shè)計(jì)的改進(jìn)
　　實(shí)際使用中發(fā)現(xiàn),當(dāng)更換供電電源時(shí),觸發(fā)器初始上電,D、CLK和R端下拉至地,保持穩(wěn)定狀態(tài)為0.而由于電容C1的充電作用,有可能使S=1,查閱真值表,當(dāng)S=1,R=1時(shí),輸出Q為高電平,致使Q2導(dǎo)通,SHDN為高電平,打開系統(tǒng).
　　為了解決更換電源時(shí)系統(tǒng)有可能自動(dòng)開機(jī)問(wèn)題,在系統(tǒng)上電程序開始執(zhí)行并延遲500ms后重新讀取STATE狀態(tài).初始階段,Q1導(dǎo)通,STATE狀態(tài)為低電平.而隨著RC網(wǎng)絡(luò)的延遲時(shí)間過(guò)后,S端電位由高電平變?yōu)榈碗娖?Q1由導(dǎo)通變?yōu)榻刂?STATE狀態(tài)由低電平重新轉(zhuǎn)換為高電平.MPU延時(shí)后讀取的STATE如果為高電平,則認(rèn)為是誤開機(jī),程序執(zhí)行關(guān)機(jī)程序,重新關(guān)閉系統(tǒng)電源.如果STATE仍為低電平,則確認(rèn)是開機(jī)指令,程序正常執(zhí)行.因此要求用戶在開機(jī)時(shí),按下S1并保持500ms以上.
　　MPU開機(jī)初始化程序流程如圖2所示.

                    
　　圖2 MPU開機(jī)初始化程序流程圖

                       
　　結(jié)語(yǔ)
　　本電路相對(duì)其它電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,使用器件較少.配合軟件處理,能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)開/關(guān)機(jī)功能,對(duì)一般應(yīng)用來(lái)說(shuō)是較好的選擇.