利用MAXQ3212微控制器實現(xiàn)交流電源排序

摘要：由于MAXQ3212微控制器具有尺寸小，成本低的特性，并擁有完整的低成本開發(fā)系統(tǒng)，理想用于真實世界的控制。本應(yīng)用筆記描述一個基于MAXQ3212的系統(tǒng)，該系統(tǒng)可為立體聲模塊提供交流電排序功能。該系統(tǒng)可避免上電和斷電瞬間對系統(tǒng)直接的和潛在的損壞。MAXQ3212 RISC微控制器將端口引腳作為I/O口，并產(chǎn)生信號激活繼電器，可切換交流電源為兩組獨立的立體聲模塊供電。

概述

為系統(tǒng)的不同模塊提供特定的上電順序往往有利于提高系統(tǒng)性能。同樣，為保證系統(tǒng)穩(wěn)定，往往需要在不同的處理模塊間加入延遲或者關(guān)斷模塊電源。圖1給出了一個典型的組合立體聲系統(tǒng)的例子。電源排序和時間延遲的技術(shù)有助于消除可能的瞬態(tài)，從而避免損壞敏感元件，例如揚聲器的高頻驅(qū)動器。圖1中的模塊可分為兩組：信號源和前置放大器為一組，通常稱為前置放大電路；功率放大器和揚聲器為另一組，通常稱為揚聲器。在這類系統(tǒng)中，往往要求先給前置放大器供電(交流電源A)，經(jīng)過一段時間延遲，保證放大器輸出穩(wěn)定之后再給揚聲器供電(交流電源B)。這一處理方法有助于消除揚聲器中討厭的啪噗聲和/或可能損壞設(shè)備的瞬態(tài)沖擊。斷電的時候，可以采用類似方法，只需將順序倒過來：先將揚聲器斷電，然后再關(guān)斷前置放大器電源。


圖1. 典型組合立體聲系統(tǒng)

本應(yīng)用筆記描述了一個基于MAXQ3212 RISC微控制器的簡單系統(tǒng)，為圖1中所示的組合立體聲系統(tǒng)提供電源排序功能。本系統(tǒng)之所以采用MAXQ3212，是由于MAXQ3212具有小尺寸和低成本的特點。該器件還有一個重要優(yōu)點，即可提供完整的、低成本開發(fā)系統(tǒng)。MAXQ3210評估(EV)板提供了這么一個開發(fā)平臺。這個系統(tǒng)選擇了MAXQ3212而不是MAXQ3210，是因為MAX3210的電壓調(diào)節(jié)器和壓電揚聲器驅(qū)動器對本應(yīng)用無用。為了簡化設(shè)計并且減少潛在的工作問題，我們使用小型功率繼電器控制交流電源切換。系統(tǒng)軟件通過單刀單擲(SPST)開關(guān)檢測用戶的輸入信號，使用配置成輸出的處理器引腳控制繼電器。低占空比功率FET將處理器的端口引腳連接至繼電器的線圈上。

該例程代碼的完整開發(fā)環(huán)境為MAX-IDE 1.0版本和MAXQ3210評估板A版本。

系統(tǒng)實現(xiàn)細(xì)節(jié)

該系統(tǒng)的實現(xiàn)非常簡單。為了避免交流電源線上有源負(fù)載引起的任何問題，我們采用5V線圈繼電器取代固態(tài)器件(如三端雙向可控硅開關(guān)元件)控制交流電源切換。該系統(tǒng)使用外置5V穩(wěn)壓電源直接接到繼電器線圈上。繼電器線圈的電流由小型(TO92封裝)功率FET控制，而FET由MAXQ3212處理器的標(biāo)準(zhǔn)輸出端口引腳控制。該系統(tǒng)原理圖如圖2所示。

用戶輸入

該系統(tǒng)原理圖中，用戶通過一個開關(guān)控制整個系統(tǒng)上電和斷電。顯然，系統(tǒng)要求能夠只給前置放大器供電，而不給揚聲器供電。這將方便用戶使用由前置放大器驅(qū)動的耳機，而不會激活揚聲器。要完成這個功能，需在系統(tǒng)中加入一個揚聲器關(guān)斷開關(guān)。在給揚聲器供電之前，系統(tǒng)會快速檢測該開關(guān)。如果開關(guān)處于激活狀態(tài)，將不給揚聲器供電；如果開關(guān)不處于激活狀態(tài)，將像通常情況一樣給揚聲器供電。


圖2. MAXQ3212系統(tǒng)原理圖

LED狀態(tài)指示器

在這個系統(tǒng)中，MAXQ3212端口引腳P0.7的直接LED驅(qū)動能力提供了系統(tǒng)狀態(tài)指示器。當(dāng)系統(tǒng)軟件完成一個主循環(huán)時，端口引腳將改變其當(dāng)前狀態(tài)。該引腳直接通過470Ω限流電阻連接到LED，因此每執(zhí)行一次主程序，循環(huán)端口極性變化一次，使LED閃爍一次。系統(tǒng)空閑時(比如等待用戶輸入)，LED大約每秒鐘閃兩次。當(dāng)軟件進(jìn)入延時環(huán)節(jié)時，LED保持它當(dāng)前狀態(tài)，直到軟件退出延時環(huán)節(jié)。因此，可以通過LED的狀態(tài)檢測系統(tǒng)的工作狀態(tài)。

雙FET線圈驅(qū)動

該系統(tǒng)的最初方案中，在端口引腳和繼電器之間使用了一個FET。當(dāng)給微控制器提供直流電源并達(dá)到穩(wěn)定時，由于處理器的端口引腳從復(fù)位缺省高電平跳變到關(guān)閉繼電器所需的低電平(由軟件控制)，這一過程中繼電器將會被短暫激活。接入另一個FET，端口引腳的復(fù)位缺省狀態(tài)能保持繼電器關(guān)斷，從而無需軟件介入。這樣就消除了不希望的瞬態(tài)。

系統(tǒng)狀態(tài)字節(jié)

在系統(tǒng)軟件中，使用一個字節(jié)反映系統(tǒng)當(dāng)前狀態(tài)。該字節(jié)中的各位用于指示各個輸入和輸出信號的狀態(tài)。因此這一字節(jié)必須可讀、可寫并可位尋址。在MAXQ3212中，模塊0到模塊2的所有寄存器都是可位尋址的。喚醒定時器寄存器(WUT)在模塊0中(M0[15])，但是在這一應(yīng)用中沒有用到該定時器。因此，選擇該寄存器作為系統(tǒng)的狀態(tài)字節(jié)。在軟件中，分別定義該字節(jié)的各位。 這些位可分別寫入或讀出，根據(jù)其所對應(yīng)端口引腳的狀態(tài)置位和清零。

產(chǎn)生時間延遲

在該系統(tǒng)中，我們使用MAXQ3212的定時器2產(chǎn)生設(shè)定的時間間隔。該定時器具有16位定時器以及3.58MHz的主系統(tǒng)時鐘，可產(chǎn)生高達(dá)2.34秒的時間間隔。為簡單起見，采用1秒的基本時間間隔，通過系統(tǒng)變量TIC記錄1秒的時間間隔數(shù)。定時器的預(yù)載值由以下等式給出。可以得出，對于1秒的時間間隔，預(yù)載值應(yīng)該為37583 (取最近的整數(shù))。

RELOAD = 65536 - (時間 × 3.578MHz/128)

設(shè)定定時器每1秒時間間隔后產(chǎn)生一次中斷；變量TIC在每次中斷時都會加1。因此，將TIC和希望值相比較就能產(chǎn)生比定時器最大時間間隔值要長得多的時間間隔。修改延遲時間只需簡單的修改一下延遲子程序所調(diào)用的參數(shù)并重新編譯代碼即可實現(xiàn)。

可選延遲

延遲時間為可變系統(tǒng)參數(shù)，可滿足不同的應(yīng)用場合對上電以及斷電過程延遲時間的不同需求。在該系統(tǒng)方案中，我們注意到，上電后前置放大器輸出穩(wěn)定所需的時間要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于斷電時揚聲器恢復(fù)所需的時間。因此在和這部分相關(guān)的軟件中，揚聲器上電采用5秒延時，而前置放大器斷電采用10秒延時。

例程

本應(yīng)用筆記所述相關(guān)程序包含在an3914_sw.zip文件中，可以從Maxim ftp網(wǎng)站上下載： ftp://ftp.dalsemi.com/pub/microcontroller/app_note_software/。該文件包含了原代碼文件，Sequencer.asm，以及定義MAXQ3210和MAXQ3212的寄存器地址的maxq3210.inc文件。該.zip文件還包含MAX-IDE工程文件Sequencer.prj和可下載的十六進(jìn)制文件Sequencer.hex。把這些文件解壓到一個公共目錄中，程序就能編譯并在MAXQ3210評估板上運行了。

結(jié)論

MAXQ3212是一款高性能、應(yīng)用廣泛的RISC處理器。由于它具有低成本和低功耗的特點，使其非常適合用于電池供電、便攜式、環(huán)境傳感器/報警器等應(yīng)用。在上述應(yīng)用中，MAXQ3212的低成本和封裝引腳少的特點對于簡單交流電源控制非常具有吸引力。同樣，由于它的低成本和完整的開發(fā)系統(tǒng)(如MAXQ3212-KIT)，有助于我們快速有效地開發(fā)和測試控制軟件。