單片機用鋰電池式短時供電系統及供電的方法
【專利摘要】單片機用鋰電池式短時供電系統及供電的方法，涉及單片機供電技術。它是為了解決單片機在外部供電系統不穩定時，導致外加到穩壓芯片的電源短時失電，從而使單片機短時斷電,而使程序中斷,或使單片機復位,導致工作中斷的問題。本發明通過A/D接口監測電容的電壓UC1，隨著這個電壓的降低，單片機就提高PWM的占控比D,而使加到后面的第三穩壓電源集成電路的電壓UC1能夠有更長的時間大于第三穩壓電源集成電路要求的電壓,當外加電壓突然下降時，如果失電時間小于加到后面的第三穩壓電源集成電路的滿足要求的電壓時間,就會起到使單片機不失電的作用。本發明適用于單片機供電技術。
【專利說明】單片機用鋰電池式短時供電系統及供電的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及單片機供電技術。
【背景技術】
[0002]一般情況下，單片機都使用標準化的供電方案:使用穩壓芯片供電，單片機具有掉電復位功能。但是，當外部供電系統不穩定時，如供電電纜虛接，所在的局域電源不穩，會導致外加到穩壓芯片的電源短時失電，從而使單片機短時斷電，而使程序中斷，或使單片機復位，導致工作中斷。
【發明內容】
[0003]本發明為了解決單片機在外部供電系統不穩定時，導致外加到穩壓芯片的電源短時失電，從而使單片機短時斷電，而使程序中斷，或使單片機復位，導致工作中斷的問題，進而提供了單片機用鋰電池式短時供電系統及供電的方法。
[0004]單片機用鋰電池式短時供電系統，它包括第一穩壓電源集成電路S1、第二穩壓電源集成電路S2、第三穩壓電源集成電路S3、第四穩壓電源集成電路S4、第五穩壓電源集成電路S5、單片機1、鋰電池L1、場效應管M、電感線圈L、二極管D2和電容Cl ；
[0005]外加電源并聯接入第一穩壓電源集成電路SI的電源輸入端，所述第一穩壓電源集成電路SI的電源信號輸出端同時連接第二穩壓電源集成電路S2的信號輸入端和第五穩壓電源集成電路S5的信號輸入端；
[0006]第五穩壓電源集成電路S5的電源信號輸出端的正極同時與鋰電池LI的正極和電感線圈L的一端連接，所述電感線圈L的另一端同時連接二極管D2的正極和場效應管M的漏極，二極管D2的負極同時連接第三穩壓電源集成電路S3的in端口和電容Cl的一端，第五穩壓電源集成電路S5的電源信號輸出端的負極GND4、鋰電池LI的負極、場效應管M的源極和電容Cl的另一端同時與第三穩壓電源集成電路S3的GND4連接，第三穩壓電源集成電路S3的電源信號輸出端連接第四穩壓電源集成電路S4的電源信號輸入端，第四穩壓電源集成電路S4的電源信號輸出端與第二穩壓電源集成電路S2的電源信號輸出端同時連接單片機I的電源信號輸入端；單片機I的A/D轉換器輸入端口連接鋰電池LI的正極，單片機I的PWM控制信號輸出端口連接場效應管M的柵級；
[0007]所述單片機I內嵌入有軟件實現的控制模塊，所述控制模塊包括:
[0008]讀取裝置:用于讀取A/D轉換器輸入端口發來的數據，獲得鋰電池LI兩端的電壓ULl ；
[0009]計算裝置:用于根據讀取裝置輸出的電壓ULl計算獲得占空比D，D=l-ULl/5.5 ；
[0010]PWM波形輸出裝置:用于根據計算裝置輸出的占空比D輸出PWM波控制信號給場效應管M ；
[0011]判斷裝置:用于判斷是否接收到單片機I停止運行指令，并在判斷結果為是時，停止PWM波形輸出裝置運行，結束供電，判斷結果為否時啟動讀取裝置。[0012]單片機用鋰電池式短時供電的方法，該方法是基于下述系統實現的:所述系統包括第一穩壓電源集成電路S1、第二穩壓電源集成電路S2、第三穩壓電源集成電路S3、第四穩壓電源集成電路S4、第五穩壓電源集成電路S5、單片機1、鋰電池L1、場效應管M、電感線圈L、二極管D2和電容Cl ；
[0013]外加電源并聯接入第一穩壓電源集成電路SI的電源輸入端，所述第一穩壓電源集成電路SI的電源信號輸出端同時連接第二穩壓電源集成電路S2的信號輸入端和第五穩壓電源集成電路S5的信號輸入端；
[0014]第五穩壓電源集成電路S5的電源信號輸出端的正極同時與鋰電池LI的正極和電感線圈L的一端連接，所述電感線圈L的另一端同時連接二極管D2的正極和場效應管M的漏極，二極管D2的負極同時連接第三穩壓電源集成電路S3的in端口和電容Cl的一端，第五穩壓電源集成電路S5的電源信號輸出端的負極GND4、鋰電池LI的負極、場效應管M的源極和電容Cl的另一端同時與第三穩壓電源集成電路S3的GND4連接，第三穩壓電源集成電路S3的電源信號輸出端連接第四穩壓電源集成電路S4的電源信號輸入端，第四穩壓電源集成電路S4的電源信號輸出端與第二穩壓電源集成電路S2的電源信號輸出端同時連接單片機I的電源信號輸入端；單片機I的A/D轉換器輸入端口連接鋰電池LI的正極，單片機I的PWM控制信號輸出端口連接場效應管M的柵級；
[0015]所述供電方法是由嵌入在單片機I內的軟件實現的，所述供電方法包括以下步驟:
[0016]讀取步驟:用于讀取A/D轉換器輸入端口發來的數據，獲得鋰電池LI兩端的電壓ULl，并在該步驟結束之后執行計算步驟；
[0017]計算步驟:用于根據讀取步驟獲得的電壓ULl計算獲得占空比D，D=l-ULl/5.5 ；
[0018]PWM波形輸出步驟:用于根據計算步驟獲得的占空比D輸出PWM波控制信號給場效應管M ；
[0019]判斷步驟:用于判斷是否接收到單片機I停止運行指令，并在判斷結果為是時，終止PWM波形輸出步驟，結束供電，判斷結果為否時返回執行讀取步驟。
[0020]本發明利用原有的單片機的控制功能再加上可充電的鋰電池，有效地防止在單片機外部供電系統不穩定時，單片機仍然能夠正常的工作，程序正常運行，不影響工作效率，有效提聞了可罪性，同比提聞了 15%。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021]圖1為單片機用鋰電池式短時供電系統的整體結構圖；
[0022]圖2為單片機用鋰電池式短時供電的方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0023]【具體實施方式】一:下面結合圖1說明本實施方式，本實施方式所述的單片機用鋰電池式短時供電系統，它包括第一穩壓電源集成電路S1、第二穩壓電源集成電路S2、第三穩壓電源集成電路S3、第四穩壓電源集成電路S4、第五穩壓電源集成電路S5、單片機1、鋰電池L1、場效應管M、電感線圈L、二極管D2和電容Cl ；
[0024]外加電源并聯接入第一穩壓電源集成電路SI的電源輸入端，所述第一穩壓電源集成電路SI的電源信號輸出端同時連接第二穩壓電源集成電路S2的信號輸入端和第五穩壓電源集成電路S5的信號輸入端；
[0025]第五穩壓電源集成電路S5的電源信號輸出端的正極同時與鋰電池LI的正極和電感線圈L的一端連接，所述電感線圈L的另一端同時連接二極管D2的正極和場效應管M的漏極，二極管D2的負極同時連接第三穩壓電源集成電路S3的in端口和電容Cl的一端，第五穩壓電源集成電路S5的電源信號輸出端的負極GND4、鋰電池LI的負極、場效應管M的源極和電容Cl的另一端同時與第三穩壓電源集成電路S3的GND4連接，第三穩壓電源集成電路S3的電源信號輸出端連接第四穩壓電源集成電路S4的電源信號輸入端，第四穩壓電源集成電路S4的電源信號輸出端與第二穩壓電源集成電路S2的電源信號輸出端同時連接單片機I的電源信號輸入端；單片機I的A/D轉換器輸入端口連接鋰電池LI的正極，單片機I的PWM控制信號輸出端口連接場效應管M的柵級；
[0026]所述單片機I內嵌入有軟件實現的控制模塊，所述控制模塊包括:
[0027]讀取裝置:用于讀取A/D轉換器輸入端口發來的數據，獲得鋰電池LI兩端的電壓ULl ；
[0028]計算裝置:用于根據讀取裝置輸出的電壓ULl計算獲得占空比D，D=l-ULl/5.5 ；
[0029]PWM波形輸出裝置:用于根據計算裝置輸出的占空比D輸出PWM波控制信號給場效應管M ；
[0030]判斷裝置:用于判斷是否接收到單片機I停止運行指令，并在判斷結果為是時，停止PWM波形輸出裝置運行，結束供電，判斷結果為否時啟動讀取裝置。
[0031]【具體實施方式】二:本實施方式對【具體實施方式】一所述的單片機用鋰電池式短時供電系統作進一步限定，本實施方式中，所述外加電源的電壓大于5V且小于IOV。
[0032]【具體實施方式】三:本實施方式對【具體實施方式】一所述的單片機用鋰電池式短時供電系統作進一步限定，本實施方式中，第一穩壓電源集成電路Si和第三穩壓電源集成電路S3的型號為TPS7350。
[0033]【具體實施方式】四:本實施方式對【具體實施方式】一所述的單片機用鋰電池式短時供電系統作進一步限定，本實施方式中，第二穩壓電源集成電路S2和第四穩壓電源集成電路S4的型號為TPS7333。
[0034]【具體實施方式】五:本實施方式對【具體實施方式】一所述的單片機用鋰電池式短時供電系統作進一步限定，本實施方式中，第五穩壓電源集成電路S5的型號為MAX1551。
[0035]【具體實施方式】六:本實施方式對【具體實施方式】一所述的單片機用鋰電池式短時供電系統作進一步限定，本實施方式中，單片機I的型號為C8051F020。
[0036]【具體實施方式】七:下面結合圖2說明本實施方式，本實施方式所述的單片機用鋰電池式短時供電的方法，該方法是基于下述系統實現的:所述系統包括第一穩壓電源集成電路S1、第二穩壓電源集成電路S2、第三穩壓電源集成電路S3、第四穩壓電源集成電路S4、第五穩壓電源集成電路S5、單片機1、鋰電池L1、場效應管M、電感線圈L、二極管D2和電容Cl ；
[0037]外加電源并聯接入第一穩壓電源集成電路SI的電源輸入端，所述第一穩壓電源集成電路SI的電源信號輸出端同時連接第二穩壓電源集成電路S2的信號輸入端和第五穩壓電源集成電路S5的信號輸入端；[0038]第五穩壓電源集成電路S5的電源信號輸出端的正極同時與鋰電池LI的正極和電感線圈L的一端連接，所述電感線圈L的另一端同時連接二極管D2的正極和場效應管M的漏極，二極管D2的負極同時連接第三穩壓電源集成電路S3的in端口和電容Cl的一端，第五穩壓電源集成電路S5的電源信號輸出端的負極GND4、鋰電池LI的負極、場效應管M的源極和電容Cl的另一端同時與第三穩壓電源集成電路S3的GND4連接，第三穩壓電源集成電路S3的電源信號輸出端連接第四穩壓電源集成電路S4的電源信號輸入端，第四穩壓電源集成電路S4的電源信號輸出端與第二穩壓電源集成電路S2的電源信號輸出端同時連接單片機I的電源信號輸入端；單片機I的A/D轉換器輸入端口連接鋰電池LI的正極，單片機I的PWM控制信號輸出端口連接場效應管M的柵級；
[0039]所述供電的方法是由嵌入在單片機I內的軟件實現的，所述供電的方法包括以下步驟:
[0040]讀取步驟:用于讀取A/D轉換器輸入端口發來的數據，獲得鋰電池LI兩端的電壓ULl，并在該步驟結束之后執行計算步驟；
[0041]計算步驟:用于根據讀取步驟獲得的電壓ULl計算獲得占空比D，D=l-ULl/5.5 ；
[0042]PWM波形輸出步驟:用于根據計算步驟獲得的占空比D輸出PWM波控制信號給場效應管M ；
[0043]判斷步驟:用于判斷是否接收到單片機I停止運行指令，并在判斷結果為是時，終止PWM波形輸出步驟，結束供電，判斷結果為否時返回執行讀取步驟。
[0044]本實施方式中，場效應管M在PWM波控制信號的作用下的工作原理為:
[0045]場效應管M導通時，鋰電池LI上的電壓對電感線圈L充電，而當場效應管M關斷時，鋰電池LI上的電壓ULl和電感線圈L上的電能一起給后面的第三穩壓電源集成電路S3提供電能，該電能的電壓值為電容Cl的兩端電壓UCl。
[0046]【具體實施方式】八:本實施方式對【具體實施方式】七所述的單片機用鋰電池式短時供電的方法作進一步限定，本實施方式中，所述電容Cl的電壓UCl和鋰電池LI的電壓ULl之間的關系為=UCl= (I/(1-D)) ULl0
【權利要求】
1.單片機用鋰電池式短時供電系統，其特征在于:它包括第一穩壓電源集成電路(51)、第二穩壓電源集成電路(S2)、第三穩壓電源集成電路(S3)、第四穩壓電源集成電路(S4)、第五穩壓電源集成電路(S5)、單片機(I)、鋰電池(LI)、場效應管(M)、電感線圈(L)、二極管(D2)和電容(Cl)； 外加電源并聯接入第一穩壓電源集成電路(SI)的電源輸入端，所述第一穩壓電源集成電路(SI)的電源信號輸出端同時連接第二穩壓電源集成電路(S2)的信號輸入端和第五穩壓電源集成電路(S5)的信號輸入端； 第五穩壓電源集成電路(S5)的電源信號輸出端的正極同時與鋰電池(LI)的正極和電感線圈(L)的一端連接，所述電感線圈(L)的另一端同時連接二極管(D2)的正極和場效應管(M)的漏極，二極管(D2)的負極同時連接第三穩壓電源集成電路(S3)的in端口和電容(CI)的一端,第五穩壓電源集成電路(S5)的電源信號輸出端的負極GND4、鋰電池(LI)的負極、場效應管(M)的源極和電容(Cl)的另一端同時與第三穩壓電源集成電路(S3)的GND4連接，第三穩壓電源集成電路(S3)的電源信號輸出端連接第四穩壓電源集成電路(S4)的電源信號輸入端，第四穩壓電源集成電路(S4)的電源信號輸出端與第二穩壓電源集成電路(52)的電源信號輸出端同時連接單片機(I)的電源信號輸入端；單片機(I)的A/D轉換器輸入端口連接鋰電池(LI)的正極，單片機(I)的PWM控制信號輸出端口連接場效應管(M)的柵級； 所述單片機(I)內嵌入有軟件實現的控制模塊，所述控制模塊包括: 讀取裝置:用于讀取A/D轉換器輸入端口發來的數據，獲得鋰電池(LI)兩端的電壓ULl ；` 計算裝置:用于根據讀取裝置輸出的電壓ULl計算獲得占空比D，D=l-ULl/5.5 ； PWM波形輸出裝置:用于根據計算裝置輸出的占空比D輸出PWM波控制信號給場效應管(M)； 判斷裝置:用于判斷是否接收到單片機(I)停止運行指令，并在判斷結果為是時，停止PWM波形輸出裝置運行，結束供電，判斷結果為否時啟動讀取裝置。
2.根據權利要求1所述的單片機用鋰電池式短時供電系統，其特征在于:所述外加電源的電壓大于5V且小于10V。
3.根據權利要求1所述的單片機用鋰電池式短時供電系統，其特征在于:第一穩壓電源集成電路(SI)和第三穩壓電源集成電路(S3)的型號為TPS7350。
4.根據權利要求1所述的單片機用鋰電池式短時供電系統，其特征在于:第二穩壓電源集成電路(S2)和第四穩壓電源集成電路(S4)的型號為TPS7333。
5.根據權利要求1所述的單片機用鋰電池式短時供電系統，其特征在于:第五穩壓電源集成電路(S5)的型號為MAX1551。
6.根據權利要求1所述的單片機用鋰電池式短時供電系統，其特征在于:單片機(I)的型號為 C8051F020。
7.單片機用鋰電池式短時供電的方法，其特征在于:該方法是基于下述系統實現的:所述系統包括第一穩壓電源集成電路(SI)、第二穩壓電源集成電路(S2)、第三穩壓電源集成電路(S3)、第四穩壓電源集成電路(S4)、第五穩壓電源集成電路(S5)、單片機(I)、鋰電池(LI)、場效應管(M)、電感線圈(L)、二極管(D2)和電容(Cl)；外加電源并聯接入第一穩壓電源集成電路(Si)的電源輸入端，所述第一穩壓電源集成電路(SI)的電源信號輸出端同時連接第二穩壓電源集成電路(S2)的信號輸入端和第五穩壓電源集成電路(S5)的信號輸入端； 第五穩壓電源集成電路(S5)的電源信號輸出端的正極同時與鋰電池(LI)的正極和電感線圈(L)的一端連接，所述電感線圈(L)的另一端同時連接二極管(D2)的正極和場效應管(M)的漏極，二極管(D2)的負極同時連接第三穩壓電源集成電路(S3)的in端口和電容(CI)的一端,第五穩壓電源集成電路(S5)的電源信號輸出端的負極GND4、鋰電池(LI)的負極、場效應管(M)的源極和電容(Cl)的另一端同時與第三穩壓電源集成電路(S3)的GND4連接，第三穩壓電源集成電路(S3)的電源信號輸出端連接第四穩壓電源集成電路(S4)的電源信號輸入端，第四穩壓電源集成電路(S4)的電源信號輸出端與第二穩壓電源集成電路(S2)的電源信號輸出端同時連接單片機(I)的電源信號輸入端；單片機(I)的A/D轉換器輸入端口連接鋰電池(LI)的正極，單片機(I)的PWM控制信號輸出端口連接場效應管(M)的柵級； 所述供電方法是由嵌入在單片機(I)內的軟件實現的，所述供電方法包括以下步驟:讀取步驟:用于讀取A/D轉換器輸入端口發來的數據，獲得鋰電池(LI)兩端的電壓ULl，并在該步驟結束之后執行計算步驟； 計算步驟:用于根據讀取步驟獲得的電壓ULl計算獲得占空比D，D=l-ULl/5.5 ； PWM波形輸出步驟:用于根據計算步驟獲得的占空比D輸出PWM波控制信號給場效應管(M); 判斷步驟:用于判斷是 否接收到單片機(I)停止運行指令，并在判斷結果為是時，終止PWM波形輸出步驟，結束供電，判斷結果為否時返回執行讀取步驟。
8.根據權利要求7所述的單片機用鋰電池式短時供電的方法，其特征在于:所述電容(Cl)的電壓UCl和鋰電池(LI)的電壓ULl之間的關系為:UC1=(1/(1-D))UL1。
【文檔編號】H02J9/06GK103683478SQ201310711510
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月20日 優先權日:2013年12月20日
【發明者】王丁 申請人:黑龍江大學