微控制器管理電源排序和控制
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給處理器供電不當，會(huì )導致種種問(wèn)題，有的不大嚴重，如MTBF（平均無(wú)故障間隔時(shí)間）縮短，有的則是災難性的，如閉鎖。鑒于可用微處理器的多樣性和你在提出電源排序和控制方案時(shí)預計到的應用挑戰，使用微控制器是可取的，因為它具有可編程能力。MSP430非常適合這種應用 (圖 1)。這種高性能、低成本的16位RISC處理器具有幾個(gè)高質(zhì)量的模擬外設和一個(gè)JTAG接口。
圖1 超低功率微控制器可控制系統的電源排序。
控制帶有啟動(dòng)引腳（比如大多數"磚塊" DC/DC轉換器和低壓降電壓調節器上的啟動(dòng)引腳）的電源僅僅是使用GPIO（通用I/O）引腳而已。如果電源沒(méi)有使能功能，那么通常為MOSFET的在線(xiàn)開(kāi)關(guān)可利用GPIO或者PWM信號控制電源。圖 1所示電路采用TPS725xx系列低壓降穩壓器，由一個(gè)輸入直流電源提供3.3V、2.5V和1.8V三種電壓。這些穩壓器帶有啟動(dòng)引腳和復位功能。你可以輕易地將這一電路擴展到具有任意數目的電壓干線(xiàn)。MSP430監視某個(gè)控制變量，以確定何時(shí)啟動(dòng)每根干線(xiàn)。對于電源排序應用來(lái)說(shuō)，兩個(gè)最?？刂频淖兞烤褪菚r(shí)間和電壓。當時(shí)間為控制變量時(shí)，控制器啟動(dòng)第一條干線(xiàn)；在此后的特定時(shí)刻，它將啟動(dòng)下一條干線(xiàn)；在此后的某一時(shí)刻再啟動(dòng)下一條干線(xiàn)，依次類(lèi)推，直至所有干線(xiàn)均被啟動(dòng)為止。
MSP430提供定時(shí)序列信號和定時(shí)控制信號以接通電源。如果電壓是控制變量，那么控制器便啟動(dòng)第一條電壓干線(xiàn)并通過(guò)ADC監視其電壓的上升情況。當第一條電壓干線(xiàn)達到特定的電壓電平時(shí)，控制器啟動(dòng)下一條電壓干線(xiàn)并監視其電壓上升直至達到規定的電壓電平。此時(shí)，控制器再啟動(dòng)下一條電壓干線(xiàn)并監視其電壓上升。這一過(guò)程持續到控制器啟動(dòng)了所有電壓干線(xiàn)為止。當將電壓用作控制變量時(shí)，控制器不是使用GPIO信號就是使用PWM信號作為啟動(dòng)信號，視設計是否需要干線(xiàn)跟蹤而定。你還可以將電壓控制與定時(shí)控制兼而用之。
在圖 1中，每個(gè)低壓降穩壓器都連接兩條MSP430線(xiàn)路--一條線(xiàn)路用于啟動(dòng)，另一條線(xiàn)路用于監視。當時(shí)間為控制變量時(shí)，可通過(guò)端口 1 (GPIO)進(jìn)行監視；當電壓為控制變量時(shí)， 可通過(guò)端口 6 (ADC) 進(jìn)行監視。MSP430還具有系統復位端，并具有節電輸入端。代碼非常簡(jiǎn)單，不需要多少編程經(jīng)驗。當時(shí)間為控制變量時(shí)，首先要做的事情就是使MSP430初始化并設置端口和定時(shí)器，這一操作需要5行代碼（表 1，該表可從0)并啟動(dòng)定時(shí)器。當CCR0的值等于定時(shí)器的值時(shí)，第一條電壓干線(xiàn)被啟動(dòng)。隨后利用下一個(gè)定時(shí)間隔裝入CCR0，定時(shí)器復位并重新啟動(dòng)。當CCR0等于定時(shí)器的值時(shí)，第二個(gè)電壓干線(xiàn)被啟動(dòng)。這一操作反復進(jìn)行，直到所有電壓干線(xiàn)被啟動(dòng)為止。
一旦所有干線(xiàn)均被啟動(dòng)，延遲回路便開(kāi)始啟用，以確保低壓降穩壓器上的復位引腳有時(shí)間達到規定電壓。TPS725xx系列具有漏極開(kāi)路的100 毫秒復位功能。當延遲結束時(shí)，MSP430便檢查每一個(gè)穩壓器的復位線(xiàn)路，以確保所有干線(xiàn)均已達到規定電壓。如果所有干線(xiàn)均已達到規定電壓，則MSP430 便發(fā)出系統復位命令。當電壓為控制變量時(shí)，MSP430 (表 2)初始化只需5行代碼。下一個(gè)操作是根據3V ADC基準電壓將代表3.3V、2.5V和1.8V的值裝入寄存器R9、R10和R11中。第一條干線(xiàn)被啟動(dòng)之后，其輸出電壓就受到監視，直至其處在規定范圍內，此時(shí)下一條干線(xiàn)被啟動(dòng)，并受到監視。這一操作反復進(jìn)行，直到所有三條干線(xiàn)被啟動(dòng)為止。所有干線(xiàn)被啟動(dòng)之后，用于穩壓器復位的延遲回路啟動(dòng)，系統復位。
MSP430接通所有電壓干線(xiàn)并執行系統復位之后，便進(jìn)入監視方式。它通過(guò)復位或者輸出引腳（取決于時(shí)間為控制變量還是電壓為控制變量）連續地檢查低壓降穩壓器的輸出電壓。如果發(fā)生故障，MSP430就進(jìn)入錯誤例行程序。最常見(jiàn)的故障是電壓干線(xiàn)的喪失，不過(guò)其他故障如過(guò)壓和欠壓也應當監視。錯誤例行程序所采取的動(dòng)作取決于應用。最簡(jiǎn)單的動(dòng)作是使所有干線(xiàn)處于節電狀態(tài)，但編程功能能使你進(jìn)行全面的控制。一個(gè)決定性的功能就是使所有電壓干線(xiàn)處于節電狀態(tài)。一個(gè)外部信號（可能來(lái)自主處理器）可通知MSP430使處理器電源處于節電狀態(tài)。在本例中，節電排序正好與加電排序相反，但你可以定義任何序列。給節電序列增加的一種動(dòng)作可能是接通假負載，以便對輸出濾波電容器進(jìn)行放電。該設計之所以采用TPS725xx低壓降穩壓器，是因為它們可通過(guò)任何輸出電容器提供快速瞬時(shí)響應和穩定性。然而，某些應用可能需要很大的輸出電容器來(lái)維持穩定性和瞬時(shí)響應。在這種情況下，如能使這些濾波電容器進(jìn)行放電則可以增加MTBF。
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