УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ ОТКАЗОВ В СИСТЕМЕ ПИТАНИЯ МИКРОЭВМ Российский патент 1997 года по МПК G06F1/30 H02H1/00 

Изобретение относится к устройству контроля отказов в системе питания микроЭВМ в процессе запуска и выключения системы с микроЭВМ при прекращении и возобновлении поступления питающего напряжения, особенно к созданию импульса сброса в ответ на кратковременное прерывание подачи переменного тока.

В бытовой аппаратуре, например, в видеомагнитофонах микроЭВМ может быть использована для питания люминесцентного табло и многофункционального контроля, например, программирования просмотра, настройки и выбора канала, регулировки изображения и звукового сопровождения, управления работой сервомеханизма и логической схемы, управляющей электродвигателем. При включении сетевого питания или восстановлении питания после его кратковременного прерывания важно, чтобы микроЭВМ запитывалась или отключалась от питания определенным образом для предотвращения повреждения механизма магнитофона или носителя записи, а также для предупреждения неудобств пользователя. В бытовых условиях прерывание питания к видеомагнитофону может быть вызвано самыми различными причинами, например, отходом штепселя в розетке, дребезгом контактов выключателя питания, отказами в питающей сети, связанными с ее перегрузкой, попаданием молнии и т.п. Кратковременное отключение сетевого напряжения не должно приводить к разрегулированию настроек видеомагнитофона и необходимости ручного отключения системы управления перед восстановлением работоспособности. Для выполнения всех этих требований зачастую необходимо при прерывании питания вырабатывать соответствующие сигналы управления, например, останова, переключения в режим слежения и т.д. а при восстановлении питания вырабатывать сигнал восстановления в исходное состояние, соответствующий для данной микроЭВМ.

Один из способов детектирования прерывания питания и неизбежного отказа состоит в контроле одного из выходных сигналов постоянного тока. Падение напряжения такого сигнала в системе микроЭВМ означает неизбежность пропадания питания. МикроЭВМ допускает соответствующий режим, например, останов, слежение, перевод в режим готовности к работе и т.п. при котором определенные параметры запоминаются в энергонезависимой памяти. Обычно питание микроЭВМ поддерживается резервной системой, например, аккумулятором или мощным конденсатором в течение времени, достаточного для надлежащего отключения. В бытовой аппаратуре типа видеомагнитофонов нагрузка питания может значительно изменяться в рабочем режиме. Поэтому контроль питающего напряжения по постоянному току для обнаружения прерывания сетевого напряжения может оказаться нечувствительным, если уровень детектирования рассчитан на нормальные колебания питающей нагрузки.

Контроль сетевого питания после выпрямления, фильтрования и, возможно, регулировки позволяет обнаружить выпадение сетевого напряжения только после недопустимо длительного времени. Фактически отсутствие сетевого напряжения на входе обнаруживается по падению или длительному пропаданию контролируемого по постоянному току питания. Период между выпадением напряжения переменного тока и пропаданием напряжения постоянного тока может быть увеличен селективным использованием аккумулятора, или конденсатора, рассчитанных на данную систему. Однако этот путь может сопровождаться значительным повышением затрат и габаритных показателей.

На фиг. 1 показана существующая схема возврата в исходное состояние для микроЭВМ с клавишным пультом, используемой в бытовых кассетах видеомагнитофонах. Назначение этой схемы состоит в контроле питающего напряжения и выработке импульса возвращения в исходное состояние при включении питания или после прерывания питания.

При подключении сетевого питания или восстановлении прерванного питания схема записывается от источника напряжения +5 В. Транзистор TR1 закрыт, поскольку напряжение на C1 меньше необходимого для открывания эмиттерного перехода этого транзистора. При закрытом транзисторе TR1 напряжение +5 В вызовет накопление заряда на C2 через R5 и установку линии сброса под питающее напряжение. В общем случае микроЭВМ устанавливается в исходное состояние потенциалом, равным питающему напряжению, подаваемому на вход сброса, и поддерживается в этом исходном состоянии пока линия сброса не переключится на нулевое напряжение.

Для переключения линии сброса на нулевой уровень конденсатор C1 начинает заряжаться до уровня V_c, определяемого делителем напряжения R1 и R2. Когда напряжение на конденсаторе C1 превысит потенциал, необходимый для открывания эмиттерного перехода TR1, этот транзистор открывается, отбирая ток с C2. Разрядка C2 вызывает установку линии сброса на низкий уровень, близкий к нулевому. При нулевом уровне линии сброса микроЭВМ начинает выполнять набор служебных команд.

При отключении или прерывании питания и отключении запитки напряжением +5 В диод D1 создает путь разряда для C1. Однако, если это прерывание кратковременно и имеет длительность 32-273 мс, конденсатор не разрядится ниже потенциала, необходимого для открывания эмиттерного перехода транзистора TR1. Поэтому, если питание сразу восстанавливается, TR1 открывается, поскольку эмиттерный переход сохраняет состояние пропускания благодаря потенциалу на C1. При открытом TR1 схема перестает вырабатывать импульс возврата в исходное состояние после восстановления напряжения питания. При перерывах в питании, возникающих без отключения запитки +5 В схема снова начинает вырабатывать импульс возврата в исходное состояние при восстановлении напряжения питания.

Для преодоления ограничений в обнаружении выхода из строя сетевого питания и выработки ранней индикации такого отказа предусмотрено заявленное устройство контроля выпадения питания, согласно изобретению.

Устройство контроля содержит первый генератор сигнала, воспринимающий подачу или прекращение сетевого питания и вырабатывающий первый сигнал управления, подаваемый на второй генератор сигнала, вырабатывающий второй сигнал управления в ответ на поступление первого сигнала управления. Первый и второй сигналы управления подаются на входы микроЭВМ и обеспечивают функции управления в соответствии с состоянием сетевого питания.

На фиг. 1 представлена существующая схема возврата в исходное состояние,
на фиг. 2 подвод питания с использование заявляемого устройства контроля выпадения питания,
на фиг. 3 микроЭВМ и уточненный вариант схемы по фиг. 2,
на фиг. 4 временная диаграмма при отключении питания,
на фиг. 5 временная диаграмма при включении питания,
на фиг. 6 временная диаграмма при прерывании сетевого питания.

В блоке питания по фиг. 2 сетевое напряжение 120 В частотой 60 Гц понижается до 13 В трансформатором Т1. Это напряжение подвергают двухполупериодному выпрямлению и фильтрованию конденсатором C807 емкостью 3300 мкФ для выработки постоянного неотрегулированного напряжения +18 В. Оно подается через токоограничивающий резистор R802 на схемы регулировки мощности двигателя видеомагнитофона.

Питающее напряжение +18 В подается также через предохранитель F на фильтрующий конденсатор C808, 100 мкФ и на несколько регуляторов напряжения. Оно поступает на последовательный регулятор +6,6 В, выходной сигнал с которого фильтруется катушкой индуктивности L803 и конденсатором C809.

Это питание +6,6 В имеется постоянно и обозначено словом ВСЕГДА. Оно не зависит от режима работы видеомагнитофона: находится ли он во включенном состоянии /рабочий режим/ или выключен /режим готовности к работе/.

Напряжение +6,6 В подается на регулятор +5 В для создания постоянного непрерывного питания +5 В /ВСЕГДА/. Оно подается на такие блоки, как приемник инфракрасного сигнала дистанционного управления и генераторы сигнала СТОП и СБРОС, показанные на фиг. 3. Конденсаторы C809 и C810 имеют большую емкость, достаточную для поддержания запитки постоянным током и работы блоков в течение около 80 мс после прерывания подачи сетевого питания. Диаграмма А на фиг. 1 изображает, подводя напряжения +5 В, и показывает, что питание сохраняется с момента T₁ до момента T₂, примерно 80-140 мс после сигнала СТОП, когда на диаграмме B уровень сигнала уменьшается примерно на 70% от пикового значения +5 В. Время T₁ примерно соответствует точке, в которой микроЭВМ обнаруживает сигнал СТОП и прекращает выполнение программы.

Это напряжение +5 В ответвляется на главный выключатель для создания коммутируемого питания +5 В. Главный выключатель реагирует на команду ВКЛ/ВЫКЛ, выдаваемую микроЭВМ, показанной на фиг. 3, в ответ на сигнал с ИК-блока дистанционного управления или со встроенного пульта на отключение питания. Команда микроЭВМ ВКЛ/ВЫКЛ представляет собой низкий логический уровень, ноль/ при ВКЛ и высокий логический уровень, +5 В при ВЫКЛ.

Питание +5 В на главный выключатель имеется только при включенном видеомагнитофоне. Оно пропадает при его отключении.

Коммутируемый регулятор напряжения +9 В получает неотрегулированное напряжение +18 В и создает коммутируемое напряжение +9 В, существующее только когда видеомагнитофон включен или работает. Для коммутации регулятор +9 В выполнен срабатывающим на сигнал ВКЛ/ВЫКЛ.

Питание +6,6 В подается на регулятор +5,6 В для создания резервного питания +5,6 В микроЭВМ. При отключениях или прерываниях сетевого питания этот источник поддерживается конденсатором CX41, 6800 мкФ, соединенным с выходом регулятора. Конденсатор CX41 соединен через диод DX81 и дает ток резервного питания на микроЭВМ в течение нескольких минут. Обычное питание микроЭВМ представляет V_cc, создаваемое на эмиттере транзистора QX80, соединенном с источниками +6,6 В и +5 В.

Отключения или прерывания сетевого питания обнаруживаются соответствующим изобретению генератором 100 сигнала СТОП по фиг. 3, создающим на выходе сигнал СТОП. Этот сигнал составляет +5 В при наличии сетевого питания и снижается до нуля при отсутствии питания более, чем в течение двух циклов переменного тока. Генератор 100 соединен с источником переменного тока 13 В, подвергаемого однополупериодному выпрямлению диодом DX20 и одним из диодов выпрямительного моста DB804. Это напряжение представляет собой пониженный резисторами R803 и RX12 делителя напряжения уровень, подаваемый на фильтрующий конденсатор CX8 диодом DX20. Диод DX20 в сочетании с конденсатором CX8 представляет собой цепь накачки заряда, которая в данном случае быстро заряжает положительными амплитудами напряжения конденсатор CX8 через резистор R803. Диод DX20 смещается в обратном направлении напряжением на CX в течение отрицательного периода цикла переменного тока, что вызывает разряд CX8 через RX12 и входное сопротивление Q1. Постоянная времени заряда схемы накачки заряда определяется, в основном, резистором R803, 47 кОм и конденсатором CX7, 0,1 мкФ и составляет около 4,7 мс. Постоянная времени разряда значительно больше постоянной времени заряда. Она определяется, в основном, конденсатором CX8 и сочетанием RX12 и Q1 /примерно произведение коэффициента усиления по току и сопротивления эмиттера/, что в данном случае составляет около 45 мс. Таким образом, отношение постоянных времени разряда и заряда составляет примерно 10:1.

Постоянная времени разряда предпочтительно выбирается малой по сравнению с величинами, обычно выбираемыми для фильтрования или предварительной регулировки питающего напряжения. Малая постоянная времени разряда создает быстрое падение накопленного потенциала при выпадении нескольких циклов входного переменного тока. Это требование быстрого спада противоположно требованиям к фильтрующему конденсатору в источнике питания. В стандартном источнике пульсации постоянного тока должны быть сведены к минимуму выбором фильтрующих конденсаторов для обеспечения постоянной времени разряда в течение многих, зачастую сотен входных циклов переменного тока. Использование малой постоянной времени разряда создает быструю индикацию прерывания входного переменного тока в течение нескольких циклов, чего нельзя достичь в том случае, когда контролируемое напряжение постоянного тока представляет часть источника постоянного тока.

Напряжение, создаваемое на CX8, подается на воспринимающий вывод на базе транзистора Q1. Сигнал СТОП создается эмиттером транзистора Q1 и подается через последовательно включенный резистор RX22.

Согласно одному из признаков изобретения, сигнал СТОП подается на входной контакт 18 микроЭВМ HD404729A87S, показанной под номером 400 на фиг. 3, и на генератор 200 сигнала СБРОС на фиг. 3. При выпадении переменного тока в течение нескольких циклов, например, двух, сигнал СТОП быстро уменьшается до нуля при постоянной времени около 45 мс. Питание +5 В к генераторам сигналов СТОП и СБРОС поддерживается конденсаторами C809, C810 и CX5. МикроЭВМ периодически опрашивает входной контакт 18 и при обнаружении падения напряжения СТОП запрограммировано введение режима контроль, а через десять минут режима стоп. Режим КОНТРОЛЬ микроЭВМ запрещает любой входной опрос и прекращает выполнение команд, а также останавливает работу встроенных генераторов за исключением таймера, генерирующего импульсы опроса каждую секунду. К тому же в режиме КОНТРОЛЬ сохраняется ряд существующей информации. В режиме стоп прекращается выполнение команд, запрещается входной опрос и теряется существующая информация. Режимы КОНТРОЛЬ и СТОП заканчиваются выдачей импульса +5 В на вход СБРОС микроЭВМ. При прерывании переменного тока или отсутствии питания на микроЭВМ питание за пределами десяти минут поддерживается конденсаторами CX5 и CX41.

Заявляемый генератор 200 сигнала СБРОС принимает на входе сигнал с генератора сигнала СТОП и создает на выходе сигнал СБРОС, подаваемый на входной контакт 47 СБРОС микроЭВМ. Сигнал СТОП подается на базу эмиттерного повторителя Q2 через последовательно включенный резистор RX49, 100 кОм. Транзистор Q2 закрывается, поскольку напряжение, подаваемое на базу, примерно равно потенциалу эмиттера, создаваемому RX46 и CX6. Когда генератор сигнала СТОП обнаруживает прерывание сетевого питания, сигнал СТОП падает до нулевого уровня, подаваемого на базу транзистора Q2, в результате на эмиттере напряжение составляет около 0,7 В. Этот потенциал прикладывается к конденсатору CX6, заставляя его разряжаться через эмиттер Q2 к коллектору с 5 В до 0 В. Напряжение на CX6 подается на базу транзистора Q3 через резистор RX52, 56 кОм, конденсатором CX5, 10 нФ и входным контактом 47 СБРОС микроЭВМ. При падении напряжения на конденсаторе CX6 примерно на 0,7 В транзистор Q3 открывается и потенциал на коллекторе быстро возрастает до +5 В, заряжая CX15 и напряжение на входе СБРОС, что вызывает переход микроЭВМ в режим сброса. Прерывание сетевого питания в течение двух циклов показано на фиг. 6А, на примере сигнала СТОП на контакте 18 микроЭВМ. В момент T₁ конденсатор CX6 начинает разряжаться с напряжения 5 В. Через три цикла переменного тока, в момент T₂, сетевое напряжение восстанавливается, и сигнал СТОП быстро приобретает величину 5 В. МикроЭВМ периодически измеряет величину сигнала СТОП и в том случае, когда он составляет 0,7-0,3 V_cc, микроЭВМ в соответствии с программой выдает команду на переход в режим КОНТРОЛЬ или стоп примерно в момент T₃. В ответ на прерывание сетевого питания генерируется сигнал СБРОС. Этот сигнал представлен на фиг. 6B, где в момент T₄ отмечено начало фронта возрастания сигнала. Действительная длительность импульса СБРОС в течение более двух периодов повторения тактовых импульсов /80 мкс/ при 0,8 V_cc существует между моментами T₅ и Т₆. Действительное время падения в течение менее 20 мс отмечено между моментами T₆ и T₇.

По окончании прерывания сетевого питания или при первоначальном включении генератор сигнала СТОП создает выходной сигнал +5 В, указывающий наличие сетевого питания. Этот сигнал СТОП показан на фиг. 5А и предпочтительно подается, как было указано ранее, на контакт 18 микроЭВМ и на генератор СБРОСА. Сигнал СТОП уровнем +5 В открывает транзистор Q2, позволяя конденсатору CX6 заряжаться через резистор RX46 номиналов 1 кОм до напряжения +5 B. В течение периода заряда конденсатора CX6 транзистор Q3 продолжает оставаться открытым, а на коллекторе сохраняется примерно +5 В. Это напряжение подается на линию СБРОС и создает импульс СБРОС микроЭВМ, показанный на фиг. 5C. Импульс СБРОС должен иметь минимальную длительность не менее двух циклов генератора микроЭВМ, что в данном случае составляет около 61 мс. По истечении примерно 80 мс напряжение на CX6 возрастает настолько, чтобы открылся транзистор Q3. При этом разряжается конденсатор CX15 через резистор RX50 до нулевого потенциала. Поскольку линия СБРОС соединена с CX15, сигнал сброса падает до нулевого уровня, что оканчивает режим СБРОС микроЭВМ и позволяет выполнять введенную программу.

На фиг. 5 показаны несколько временных диаграмм после момента T₀. На фиг 5А изображен сигнал СТОП, имеющий полную амплитуду в течение всего периода первого цикла переменного тока после момента T₀. Время достижения полной амплитуды зависит от постоянной времени заряда и относительной фазы сетевого питания в момент T₀. На фиг. 5 B показано время возрастания сигнала 5 В с момента T₀. На фиг. 5C представлен выходной импульс генератора СБРОСА. Этот импульс запускается вскоре после момента T₀ и продолжает сохранять свой уровень до момента T₁ в течение около 90 мс. Время падения с T₁ до T₂ составляет около 15 мс, в течение которых сигнал еще находится на уровне, на который рассчитана микроЭВМ.

Заявляемые генераторы сигналов СТОП и СБРОС обеспечивают раннюю индикацию микроЭВМ о неизбежном пропадании или прерывании запитки постоянным током, что позволяет сделать схемы, например, показанные на фиг. 1, контролирующие состояние питающего напряжения постоянного тока. Ранее генерирование сигналов управления микроЭВМ, указывающих состояние питания, может иметь следствием более широкий подход к проектированию подобной техники, выбору схемных решений и компонентов, необходимых для резервных источников питания микроЭВМ при падениях мощности или перерывах в сетевом напряжении. Генератор сигнала СТОП создает индикацию наличия сетевого напряжения в течение примерно одного цикла, а прерывания или отсутствия в течение двух циклов. Генератор сигнала СБРОС создает импульс СБРОС при прерывании сетевого питания на несколько циклов, в частности, на два цикла. Ыя

Устройство контроля отказов в системе питания микроЭВМ, имеющей вход сброса и, по крайней мере, один дополнительный вход, содержащее источник напряжения переменного тока, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит соединенную с источником напряжения переменного тока схему формирования на чувствительном выводе потенциала, характеризующего значение сетевого напряжения, чувствительный вывод которой соединен с управляющим входом первого транзистора, выход которого соединен с дополнительным входом микроЭВМ, второй транзистор, вход которого соединен с дополнительным входом микроЭВМ, конденсатор и резистор, предназначенный для обеспечения протекания тока заряда конденсатора, параллельно которому включены выходные выводы второго транзистора, и третий транзистор, управляющий вход которого соединен с общей точкой резистора и конденсатора, а выход соединен с входом сброса микроЭВМ, при этом третий транзистор включен с возможностью отпирания и запирания в зависимости от заряда, накопленного на конденсаторе. 6 ил.

Устройство контроля отказов в системе питания микроЭВМ, имеющей вход сброса и по крайней мере один дополнительный вход, содержащее источник напряжения переменного тока, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит соединенную с источником напряжения переменного тока схему формирования на чувствительном выводе потенциала, характеризующего значение сетевого напряжения, чувствительный вывод которой соединен с управляющим входом первого транзистора, выход которого соединен с дополнительным входом микроЭВМ, второй транзистор, вход которого соединен с дополнительным входом микроЭВМ, конденсатор и резистор, предназначенный для обеспечения протекания тока заряда конденсатора, параллельно которому включены выходные выводы второго транзистора и третий транзистор, управляющий вход которого соединен с общей точкой резистора и конденсатора, а выход соединен с входом сброса микроЭВМ, при этом третий транзистор включен с возможностью отпирания и запирания в зависимости от заряда, накопленного на конденсаторе.