自动开/关机电路设计方案
自动开/关机电路设计方案
摘要：本文介绍了一种结构简单、使用方便可靠的开/关机电路。电路使用一个d触发器，配合软件上的处理实现单键开/关机、关机前重要数据自动保存及自动关机功能。
关键词： 自动关机电路；微处理器；cd4013
引言 节电是各种电池供电设备所需考虑的首要因素。为防止用户忘记关机，一些设备采用了自动关机电路。此外，许多设备中使用一个开/关按键控制开启或关断电源，即使微处理器(mpu)正在处理关键程序，按键按下时，系统也会关断，造成重要数据的丢失。本文仅使用一个d触发器设计了一种结构简单，使用方便可靠的开/关机电路。
电路设计
实际设计的自动开/关机电路如图1所示。其中u1a为双d触发器cd4013，外接电池电源由vin输入。q输出通过阻值为472w的r5、103w的r4和npn型三极管q2反向驱动后，与开关电源芯片的开关引脚相连。以max1626为例，当shdn为高时关闭电源，shdn为低时打开系统电源。
复位式按键s1为系统电源开/关键。c1和r2组成rc网络，使得在s1按下后，保证r有12×104×10-3=120ms的延迟时间处于高电平。cd4013的d、clk端接输入电源地，保证其处于低电平。置位引脚r一端通过103w的电阻接电源地，另一端通过三极管q3与mpu的i/o口相连。s1的右端与阻值为103w的r1相连，控制q1开通。q1的集电极与地之间接通稳压管，稳压管的输出与mpu的i/o口相连。
图1 自动开/关机电路原理图
设计原理
开/关机电路的核心器件是一个d型触发器，型号为cd4013。其真值表如表1所示。观察其真值表可已看出，无论clk为何种状态，s为0时，输出q为0；r为0时，输出q为1；而当r、s均为1时，输出q为1；当r和s均为0时，只要clk不产生上升沿脉冲，输出q会保持前一输出状态。本电路正是利用r、s均为零时的状态保持特性来实现开/关机功能的。
由于本电路处于开/关电源前端，在电池接入状态下，无论系统电源是否打开，都处于工作状态。cd4013的输入电压范围为3~15v，因此本电路可以保证在宽电压输入范围内稳定工作。
系统开机原理
当按下开机按钮s1时，s与高电平接通，s=1。查阅真值表可得，当r=1，s=1时，输出q应稳定输出1，经过三极管反向后，电源控制引脚shdn为低电平，打开系统电源。通常mpu进行初始化时会将i/o引脚置为高电平，由于rc网络的延迟作用，s1按下后可以保证s端约有120ms处于高电平(保证开机稳定条件：rc网络的延迟时间＞系统上电复位并将power_ctl状态稳定为1的时间)。经过三极管q3反向，此时s=1，r=0，q端输出1，系统电源处于打开状态。
mpu延迟后读取state引脚的状态。如果此时state为低电平，则确认q1导通，s1曾按下，确认用户开机程序正常运行。如果此时state为高电平，则表明q1截止，开机信号为误动作，程序执行关机程序。
当rc网络的延迟时间过后，s端由1转为0，此时s=0，r=0，查阅真值表得出此时输出q应该维持前一输出状态，即保持系统开通电源状态。
系统关机原理
作为节电产品，如果在规定时间内系统没有工作，系统会自动转入关机程序，在保存重要数据后，自动关闭系统。
当用户手动关机，按下s1时，q1打开，state的状态由高电平转变为低电平，mpu检测到state的状态变化后，经过延时再次检测state状态，如仍为低电平，则确认为关机指令，程序将保存重要数据，关闭所有中断，然后将i/o引脚power_ctl置为低电平，程序进入循环等待关机状态。此时，i/o口状态经过q3反相后使触发器r=1，s=0，查阅真值表可得q端应该稳定输出0，经过三极管q2反向驱动后，电源控制引脚shdn为高电平，关闭系统电源。
电源芯片关闭后，随着电容放电，mpu的供电电压不断下降，引脚power_ctl变为不定状态，但查阅真值表，无论此时r端电位高或低，输出q都为低电平，稳定的使系统处于关机状态。
随着电容继续放电，i/o引脚power_ctl稳定为低电平，此时触发器引脚r=1，s=0，稳定维持输出q为低电平，保证系统电源的稳定关断。
设计的改进
实际使用中发现，当更换供电电源时，触发器初始上电，d、clk和r端下拉至地，保持稳定状态为0。而由于电容c1的充电作用，有可能使s=1，查阅真值表，当s=1，r=1时，输出q为高电平，致使q2导通，shdn为高电平，打开系统。
为了解决更换电源时系统有可能自动开机问题，在系统上电程序开始执行并延迟500ms后重新读取state状态。初始阶段，q1导通，state状态为低电平。而随着rc网络的延迟时间过后，s端电位由高电平变为低电平，q1由导通变为截止，state状态由低电平重新转换为高电平。mpu延时后读取的state如果为高电平，则认为是误开机，程序执行关机程序，重新关闭系统电源。如果state仍为低电平，则确认是开机指令，程序正常执行。因此要求用户在开机时，按下s1并保持500ms以上。
mpu开机初始化程序流程如图2所示。
图2 mpu开机初始化程序流程图
结语
本电路相对其它电路结构简单，使用器件较少。配合软件处理，能够实现自动开/关机功能，对一般应用来说是较好的选择。
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引言 节电是各种电池供电设备所需考虑的首要因素。为防止用户忘记关机，一些设备采用了自动关机电路。此外，许多设备中使用一个开/关按键控制开启或关断电源，即使微处理器(mpu)正在处理关键程序，按键按下时，系统也会关断，造成重要数据的丢失。本文仅使用一个d触发器设计了一种结构简单，使用方便可靠的开/关机电路。
电路设计
实际设计的自动开/关机电路如图1所示。其中u1a为双d触发器cd4013，外接电池电源由vin输入。q输出通过阻值为472w的r5、103w的r4和npn型三极管q2反向驱动后，与开关电源芯片的开关引脚相连。以max1626为例，当shdn为高时关闭电源，shdn为低时打开系统电源。
复位式按键s1为系统电源开/关键。c1和r2组成rc网络，使得在s1按下后，保证r有12×104×10-3=120ms的延迟时间处于高电平。cd4013的d、clk端接输入电源地，保证其处于低电平。置位引脚r一端通过103w的电阻接电源地，另一端通过三极管q3与mpu的i/o口相连。s1的右端与阻值为103w的r1相连，控制q1开通。q1的集电极与地之间接通稳压管，稳压管的输出与mpu的i/o口相连。
图1 自动开/关机电路原理图
设计原理
开/关机电路的核心器件是一个d型触发器，型号为cd4013。其真值表如表1所示。观察其真值表可已看出，无论clk为何种状态，s为0时，输出q为0；r为0时，输出q为1；而当r、s均为1时，输出q为1；当r和s均为0时，只要clk不产生上升沿脉冲，输出q会保持前一输出状态。本电路正是利用r、s均为零时的状态保持特性来实现开/关机功能的。
由于本电路处于开/关电源前端，在电池接入状态下，无论系统电源是否打开，都处于工作状态。cd4013的输入电压范围为3~15v，因此本电路可以保证在宽电压输入范围内稳定工作。
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当按下开机按钮s1时，s与高电平接通，s=1。查阅真值表可得，当r=1，s=1时，输出q应稳定输出1，经过三极管反向后，电源控制引脚shdn为低电平，打开系统电源。通常mpu进行初始化时会将i/o引脚置为高电平，由于rc网络的延迟作用，s1按下后可以保证s端约有120ms处于高电平(保证开机稳定条件：rc网络的延迟时间＞系统上电复位并将power_ctl状态稳定为1的时间)。经过三极管q3反向，此时s=1，r=0，q端输出1，系统电源处于打开状态。
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