5.5 電源電路

LPC17xx系列微控制器在電源部分需要五種電壓源對(duì)其供電，分別為：

1. 內(nèi)核和外部通路所需的3.3V電壓源VDD(3V3)；

2. 內(nèi)部穩(wěn)壓器所需的3.3V電壓源VDD(REG)(3V3)；

3. 模擬部分(諸如片上ADC以及DAC)所需的3.3V電壓源VDDA；

4. 模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC所需的參考電壓源VREFP；

5. 實(shí)時(shí)時(shí)鐘RTC所需的3.3V電壓源VBAT。

由上述分析可見(jiàn)，如果用戶對(duì)ADC參考電壓源無(wú)特殊要求，LPC17xx系列微控制器可以統(tǒng)一由3.3V電平的電壓源供電，降低了用戶在設(shè)計(jì)硬件時(shí)電源部分的復(fù)雜度，需要注意的是，模擬部分電壓源VDDA可以與VDD(3V3)由相同的電壓源提供，但最好隔離開(kāi)來(lái)以減小電源噪聲。除此之外，用戶的設(shè)計(jì)中不使用ADC或者DAC，關(guān)于模擬部分電壓源的管腳仍需要連接到電壓源上。

現(xiàn)以Linpo-PS-LPC1760開(kāi)發(fā)板為例，簡(jiǎn)單介紹一下LPC17xx系列微控制器電源部分的實(shí)現(xiàn)。如圖5.4所示，開(kāi)發(fā)板使用常用的1117系列LDO低壓差線性穩(wěn)壓器將外部5V電壓源降壓產(chǎn)生LPC17xx所需的3.3V的電壓，EC301和C302用于對(duì)5V輸入電源的濾波，EC302和C303用于對(duì)3.3V輸出電流的濾波。

圖5.4 LPC17xx系列微控制器3.3V電壓源原理圖

LPC17xx的RTC部分電路可參看圖5.5，通過(guò)兩個(gè)二極管D101和D102實(shí)現(xiàn)板上3.3V電源或者是3.3V電池對(duì)RTC供電，且電池電源不會(huì)與板上3.3V電源產(chǎn)生影響。

圖5.5 LPC17xx系列微控制器RTC供電部分原理圖

5.6 復(fù)位電路

LPC17xx系列微控制器擁有4個(gè)復(fù)位源，分別是外部RESET復(fù)位，看門(mén)狗復(fù)位，上電復(fù)位(POR)以及掉電檢測(cè)復(fù)位（BOD），LPC17xx系列微處理器的復(fù)位邏輯圖如圖5.6所示。

圖5.6 LPC17xx系列微控制器復(fù)位邏輯圖

一旦LPC17xx的Cortex-M3內(nèi)核偵測(cè)到外部復(fù)位信號(hào)源(POR,BOD復(fù)位,外部復(fù)位和看門(mén)狗復(fù)位)出現(xiàn)，內(nèi)部RC振蕩器(IRC)啟動(dòng)。在內(nèi)部RC振蕩建立時(shí)間(IRC-start-time，上電后最多60uS)并且IRC可以提供穩(wěn)定的時(shí)鐘輸出后，復(fù)位信號(hào)將被鎖存并且與IRC時(shí)鐘同步。以下的兩步將會(huì)并發(fā)：

* 當(dāng)同步復(fù)位信號(hào)斷定后，2位IRC喚醒定時(shí)器開(kāi)始計(jì)數(shù)，在2位IRC喚醒定時(shí)超時(shí)后LPC17xx內(nèi)部ROM的啟動(dòng)代碼開(kāi)始執(zhí)行，啟動(dòng)代碼完成啟動(dòng)所需的任務(wù)以及實(shí)現(xiàn)跳轉(zhuǎn)到Flash的功能，如果Flash沒(méi)有準(zhǔn)備好被訪問(wèn)，MAM將插入等待周期直到Flash準(zhǔn)備好了。

* 當(dāng)同步復(fù)位信號(hào)斷定后，F(xiàn)lash喚醒定時(shí)器(9位)開(kāi)始計(jì)數(shù)。Flash喚醒定時(shí)器將對(duì)Flash的啟動(dòng)時(shí)間產(chǎn)生100uS的定時(shí)，一旦超時(shí)則Flash初始化順序?qū)?huì)啟動(dòng)，這個(gè)初始化任務(wù)將會(huì)持續(xù)大約250個(gè)時(shí)鐘周期。當(dāng)初始化順序完成，MAM就可以準(zhǔn)許訪問(wèn)MAM了。

當(dāng)內(nèi)部復(fù)位信號(hào)撤銷(xiāo)后，處理器將在地址0開(kāi)始執(zhí)行程序。因此，所有的與處理器和外設(shè)相關(guān)的寄存器將以預(yù)定值被初始化。圖5.7描述了當(dāng)LPC17xx復(fù)位后啟動(dòng)時(shí)RESET，內(nèi)部IRC以及處理器狀態(tài)的關(guān)系。

圖5.7 復(fù)位后系統(tǒng)系統(tǒng)示意圖

1.外部RESET復(fù)位

外部RESET復(fù)位是通過(guò)外部電路將LPC17xx的RESET管腳拉低實(shí)現(xiàn)復(fù)位。外部RESET復(fù)位信號(hào)不能立即清除，需在振蕩電路穩(wěn)定工作后及LPC17xx系列微處理器的X1管腳上出現(xiàn)符合要求的時(shí)鐘信號(hào)方可清除復(fù)位信號(hào)。

在用戶實(shí)際應(yīng)用中，用戶須按照芯片廠商提供的復(fù)位參數(shù)正確選擇復(fù)位器件以及合理的復(fù)位電路。LPC17xx系列微控制器的RESET管腳為施密特觸發(fā)輸入管腳，常見(jiàn)的外部復(fù)位電路有兩種，一種為阻容復(fù)位電路，另一種為專用復(fù)位IC電路。

阻容復(fù)位電路是利用上電時(shí)電容兩端的電壓不能突變因此Vc為0V。隨著對(duì)電容的不斷充電，Vc逐漸上升直至穩(wěn)定的電源電壓，于是在芯片RESET管腳上形成了一定的低電平脈沖。當(dāng)電源電壓消失時(shí)，二極管D1為電容C1提供了一個(gè)快速放電回路，從而使RESET管腳端的電壓迅速回零，以便下次上電時(shí)系統(tǒng)能及時(shí)可靠的復(fù)位。

雖然阻容復(fù)位電路簡(jiǎn)單而且成本低廉，但并不能完全保證在任何情況下都能夠產(chǎn)生可靠穩(wěn)定的復(fù)位信號(hào)，在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)當(dāng)選用可靠穩(wěn)定的專用復(fù)位芯片。圖5.8為阻容復(fù)位的電路原理圖。

圖5.8 阻容復(fù)位電路原理

專用復(fù)位芯片也可理解為電壓監(jiān)控芯片，其選型時(shí)主要注意硬件系統(tǒng)是否需要手動(dòng)復(fù)位以及復(fù)位電壓閾值的選擇。隨著半導(dǎo)體廠商技術(shù)的創(chuàng)新，有些廠商將專用復(fù)位IC和E2PROM、看門(mén)狗或者RTC等結(jié)合到一顆芯片上，提供更為簡(jiǎn)便的電路設(shè)計(jì)以及減小PCB的面積。Linpo-PS-LPC176X開(kāi)發(fā)板選取的是圣邦微電子設(shè)計(jì)的帶有手動(dòng)復(fù)位的復(fù)位閾值為2.95V的SGM811，如果用戶的設(shè)計(jì)并不需要手動(dòng)復(fù)位功能，也可選取SGM809。復(fù)位閾值的選擇是根據(jù)LPC17xx微控制器的工作電壓范圍來(lái)選定的，LPC17xx的工作電壓范圍為2.4～3.6V之間，推薦工作電壓為3.3V，處于對(duì)電路工作更加穩(wěn)定的考慮選取2.95V作為復(fù)位閾值比較合理，用戶也可以根據(jù)自己的實(shí)際需求定制復(fù)位閾值，根據(jù)復(fù)位閾值選取合適自己的復(fù)位IC。圖5.9為SGM811專用復(fù)位IC的電路原理圖。實(shí)際應(yīng)用中需要對(duì)LPC17xx的復(fù)位RESET腳加上10K的上拉電阻，以保證復(fù)位的可靠性。

圖5.9 SGM811專用復(fù)位IC電路原理圖

2.看門(mén)狗復(fù)位

看門(mén)狗實(shí)際為一個(gè)獨(dú)立的計(jì)數(shù)器電路，對(duì)內(nèi)部的獨(dú)立時(shí)鐘進(jìn)行計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)器的一處輸出連接到系統(tǒng)電路的復(fù)位端，程序在一定時(shí)間范圍內(nèi)對(duì)計(jì)數(shù)器清零或者重新裝載("喂狗")，以使程序正常工作即計(jì)數(shù)器不溢出，也就無(wú)法產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)，如果程序執(zhí)行時(shí)出現(xiàn)問(wèn)題無(wú)法再規(guī)定的時(shí)間內(nèi)復(fù)位看門(mén)狗計(jì)數(shù)器，則看門(mén)狗計(jì)數(shù)器就會(huì)溢出產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)。

LPC17xx系列微控制器內(nèi)部集成了看門(mén)狗的功能，對(duì)于要求不苛刻的應(yīng)用，可以使用LPC17xx內(nèi)部看門(mén)狗完成監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行的任務(wù)。這樣可以減少硬件成本并減少電路板的面積和走線?？撮T(mén)狗初始化代碼如程序清單5.1所示。

程序清單5.1 LPC17xx 看門(mén)狗初始化代碼

WDCLKSEL = 0x00; //bit1:0 WDSEL 00:選擇內(nèi)部RC振蕩器為看門(mén)狗時(shí)鐘源

WDTC = 0x003FFFFF; //設(shè)置看門(mén)狗定時(shí)器參數(shù)

WDMOD = 0x03; //設(shè)置看門(mén)狗模式：中斷且復(fù)位

3.上電復(fù)位

LPC17x x系列微控制器具有上電復(fù)位功能，當(dāng)VDD管腳電平超過(guò)門(mén)限值時(shí)，POR信號(hào)有效，Cortex-M3內(nèi)核還是進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)。

4.掉電檢測(cè)

LPC17xx的VDD管腳帶有2級(jí)電壓檢測(cè)，如果VDD電壓低于2.95V，則掉電檢測(cè)器(BOD)向中斷向量控制器發(fā)出中斷信號(hào)，使能該信號(hào)可以通過(guò)使能NVIC中的中斷使能寄存器，即可產(chǎn)生CPU所需的中斷；如果沒(méi)有使能NVIC中的中斷使能寄存器，軟件也可以通過(guò)讀取Raw Interrupt Status Register中的內(nèi)容實(shí)現(xiàn)監(jiān)控。

當(dāng)VDD管腳的電壓降到低于2.65V時(shí)，第2級(jí)的低壓檢測(cè)將產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)。該復(fù)位可以防止Flash的內(nèi)容發(fā)生改變，因?yàn)樵诘碗妷合赂鱾€(gè)功能部件的操作都將變得不再可靠，LPC17xx的BOD電路可以在電源電壓為1V及其以上時(shí)保持復(fù)位信號(hào)。

2.95V和2.65V閾值都存在一些滯后。正常工作時(shí)，滯后使得2.95V的檢測(cè)電路能夠產(chǎn)生可靠的中斷信號(hào)，掉電檢測(cè)中斷信號(hào)能夠喚醒處于掉電模式下的CPU，使CPU退出掉電模式，但是，如果電源電壓在喚醒定時(shí)器完成延時(shí)前恢復(fù)為正常電平，那么此時(shí)BOD產(chǎn)生的結(jié)果是：CPU被喚醒，但不會(huì)產(chǎn)生任何中斷，RSID寄存器中的BODR位清零，此時(shí)可以確認(rèn)掉電喚醒操作完成。