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,不論輸入端D為何種狀態(tài),都會使Q=1,Q非=0,即觸發(fā)器置1;當(dāng)SD=1且RD=0時,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)簡單、使用方便可靠的開/關(guān)機電路.電路使用一個D觸發(fā)器,配合軟件上的處理實現(xiàn)單鍵開/關(guān)機、關(guān)機前重要數(shù)據(jù)自動保存及自動關(guān)機功能.
　　關(guān)鍵詞: 自動關(guān)機電路;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,一些設(shè)備采用了自動關(guān)機電路.此外,許多設(shè)備中使用一個開/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,系統(tǒng)也會關(guān)斷,造成重要數(shù)據(jù)的丟失.本文僅使用一個D觸發(fā)器設(shè)計了一種結(jié)構(gòu)簡單,使用方便可靠的開/關(guān)機電路.
　　電路設(shè)計
　　實際設(shè)計的自動開/關(guān)機電路如圖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輸出通過阻值為472W的R5、103W的R4和NPN型三極管Q2反向驅(qū)動后,與開關(guān)電源芯片的開關(guān)引腳相連.以MAX1626為例,當(dāng)SHDN為高時關(guān)閉電源,SHDN為低時打開系統(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103W的電阻接電源地,另一端通過三極管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 自動開/關(guān)機電路原理圖

          
　　設(shè)計原理
　　開/關(guān)機電路的器件是一個D型觸發(fā)器,型號為CD4013.其真值表如表1所示.觀察其真值表可已看出,無論CLK為何種狀態(tài),S為0時,輸出Q為0;R為0時,輸出Q為1;而當(dāng)R、S均為1時,輸出Q為1;當(dāng)R和S均為0時,只要CLK不產(chǎn)生上升沿脈沖,輸出Q會保持前一輸出狀態(tài).本電路正是利用R、S均為零時的狀態(tài)保持特性來實現(xiàn)開/關(guān)機功能的.
　　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)開機原理
　　當(dāng)按下開機按鈕S1時,S與高電平接通,S=1.查閱真值表可得,當(dāng)R=1,S=1時,輸出Q應(yīng)穩(wěn)定輸出1,經(jīng)過三極管反向后,電源控制引腳SHDN為低電平,打開系統(tǒng)電源.通常MPU進行初始化時會將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(保證開機穩(wěn)定條件:RC網(wǎng)絡(luò)的延遲時間>系統(tǒng)上電復(fù)位并將POWER_CTL狀態(tài)穩(wěn)定為1的時間).經(jīng)過三極管Q3反向,此時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STATE為低電平,則確認Q1導(dǎo)通,S1曾按下,確認用戶開機程序正常運行.如果此時STATE為高電平,則表明Q1截止,開機信號為誤動作,程序執(zhí)行關(guān)機程序.
　　當(dāng)RC網(wǎng)絡(luò)的延遲時間過后,S端由1轉(zhuǎn)為0,此時S=0,R=0,查閱真值表得出此時輸出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)機原理
　　作為節(jié)電產(chǎn)品,如果在規(guī)定時間內(nèi)系統(tǒng)沒有工作,系統(tǒng)會自動轉(zhuǎn)入關(guān)機程序,在保存重要數(shù)據(jù)后,自動關(guān)閉系統(tǒng).
　　當(dāng)用戶手動關(guān)機,按下S1時,Q1打開,STATE的狀態(tài)由高電平轉(zhuǎn)變?yōu)榈碗娖?MPU檢測到STATE的狀態(tài)變化后,經(jīng)過延時再次檢測STATE狀態(tài),如仍為低電平,則確認為關(guān)機指令,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,程序進入循環(huán)等待關(guān)機狀態(tài).此時,I/O口狀態(tài)經(jīng)過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)過三極管Q2反向驅(qū)動后,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,無論此時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)計的改進
　　實際使用中發(fā)現(xiàn),當(dāng)更換供電電源時,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,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系統(tǒng)有可能自動開機問題,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)的延遲時間過后,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延時后讀取的STATE如果為高電平,則認為是誤開機,程序執(zhí)行關(guān)機程序,重新關(guān)閉系統(tǒng)電源.如果STATE仍為低電平,則確認是開機指令,程序正常執(zhí)行.因此要求用戶在開機時,按下S1并保持500ms以上.
　　MPU開機初始化程序流程如圖2所示.

                    
　　圖2 MPU開機初始化程序流程圖

                       
　　結(jié)語
　　本電路相對其它電路結(jié)構(gòu)簡單,使用器件較少.配合軟件處理,能夠?qū)崿F(xiàn)自動開/關(guān)機功能,對一般應(yīng)用來說是較好的選擇.