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  • 行业资料-电子功用-MCU启动模式选择电路和基于该电路的MCU代码更新方法
  • MCU设计之 - 启动模式(Boot0&Boot1)

    千次阅读 2019-10-04 12:20:41
    MCU的硬件设计中,常面临着Boot模式的选择;对于大多数的大学生来说,接触到单片机,无非是直接购买开发板或者最小系统来玩,但是当要自己设计一块MCU板子时?Boot该如何选择呢? ##MCU中,Boot启动方式的作用 ...

    一、前言
           在MCU的硬件设计中,常面临着Boot模式的选择;对于大多数的学生来说,接触到单片机,几乎是直接购买开发板或者最小系统来玩,但是当要自己设计一块MCU板子时?遇到的细节问题多得很!本次将从Boot讲起。
    在这里插入图片描述
    二、MCU中,Boot启动方式的作用
           从官方的Datasheet上可以看到,对Boot模式的描述,如下图在这里插入图片描述
           从Datasheet上可以看出,该MCU支持三种Boot Mode:

    Boot0Boot1ModesDecription
    0xMain Flash正常模式,运行用户自定义程序的必然选择
    10System Memory启动Bootloader,宏观来讲就是这个存储器提供了一个USB下载程序,我们启动这个,程序就可以通过USB下载程序到FLASH, 注意是下载到FLASH,如果我们需要运行刚才下载的程序,那么我们必须转化换成正常模式(从FLASH启动),不过可以设计电路实现一键下载。
    11SRAM用于调试代码,掉电不保存,不常用

    注:一般来说,只用前两种模式,而SRAM模式几乎不同;所以在设计Boot电路时,只需要注意BOOT0的逻辑即可。

    1. 从主闪存存储器启动
           使用JTAG或者SWD烧录程序时的正常模式,程序直接下载到内部 FLASH 中;程序必须在该模式下才能正常工作!!!
    2.从系统存储器启动
           从此ROM启动,即通过usb下载程序;在此ROM里面,一般厂家出厂芯片的时候会在里面烧录一个Bootloader跳转代码(其作用是,将通过USB下载的程序,跳转到Main Flash里面执行),有些开发板就集成了USB一键下载电路。
                  a.正点原子的usb一键下载电路
    在这里插入图片描述
    逻辑分析:
           由上图可知,要下载程序,需控制的一个引脚是BOOT0。再观一键下载电路的原理图,还有一个引脚RESET。 So 如何实现一键下载呢?
    在这里插入图片描述
                                          划重点啦!!!!
    STM32 串口下载到运行必不可少的 3个步骤:
    1. 把 BOOT0 拉高(保持 BOOT1 接入GND);
    2. 手动复位按键进行复位;
    3. 把 BOOT0 接入GND,然后再一次复位。

           由正点原子提供的一键下载电路的原理图可以看出和stm32这两个引脚最有关联的是CH340的DTR#和RTS# 输出引脚。没错,我们就是用一键下载软件通过控制这两个引脚的高低电平,从而控制BOOT0和RESET,进而改变启动模式。(D8是为了防止三极管集电极的VCC3.3会影响到正常的复位。 其实就是利用二极管的单向导通性,尽可能保留)

           a.一开始,MCUISP先让DTR#输出高电平,RTS#输出低电平,满足NPN管正向导通条件,Q2导通后,RESET变为0;再看Q3,也满足导通条件,故BOOT0输出高电平(即此时BOOT0 BOOT1为1 0) ,则进入启动串口下载模式。
           b.下载完程序之后,软件拉高RTS#,DTR#之后再拉低。此时,Q2不导通,RESET输出高电平,BOOT0输出低电平。启动模式变为Flash启动,即用户闪存。

    第1步只是存储了程序,第2步是让程序加载运行。

                未完待续…

    展开全文
  • 今天痞子衡给大家介绍的是恩智浦i.MX RTxxx系列MCU的Serial ISP模式。  在上一篇文章 Boot配置(ISP Pin, OTP) 里痞子衡为大家介绍了i.MXRTxxx Boot的行为配置,其中第1.2节里讲了Boot有三类行为模式:Serial ISP、...

      大家好,我是痞子衡,是正经搞技术的痞子。今天痞子衡给大家介绍的是恩智浦i.MX RTxxx系列MCU的Serial ISP模式

      在上一篇文章 Boot配置(ISP Pin, OTP) 里痞子衡为大家介绍了i.MXRTxxx Boot的行为配置,其中第1.2节里讲了Boot有三类行为模式:Serial ISP、Serial Boot、Device Boot,后两种都是跟App启动执行相关的行为模式,而Serial ISP模式则是相对独立的Flash下载功能,有了Serial ISP,便可省去专用Flash编程器,今天痞子衡就来详细聊一聊Serial ISP模式。

      痞子衡在前面已经讲过Serial ISP模式是一种串行编程模式,在这种模式下,BootROM通过指定的UART/SPI/I2C/USB-HID口来接收来自Host(恩智浦提供了上位机工具blhost.exe或者MCUBootUtility)的Application数据,并将数据下载进i.MXRTxxx支持的所有外部非易失性存储器中,为后续从外部存储器启动做准备。

    一、进入Serial ISP模式

      i.MXRTxxx上电永远是从ROM启动去执行BootROM程序,最顶层的Boot行为模式由OTP memory里的PRIMARY_BOOT_SRC[3:0]位和芯片外部ISP[2:0]管脚状态共同决定。假设我们正处于研发阶段,PRIMARY_BOOT_SRC[3:0]并未烧写,那想进入Serial ISP模式最直接的方式便是将ISP[2:0]输入状态拨成3'b110,在设计i.MXRTxxx的硬件板时ISP[2:0] pins应设计成可通过拨码开关选择输入电平,下图是RT600-EVK板(Rev.E)的参考设计:

    i.MXRTxxx_Boot_SerialISP_Pin.PNG

      拨码开关SW5应拨向SW_DIP-6的6,即设置ISP[2:0]=3'b110,此时便直接进入了Serial ISP模式。

    二、blhost的使用

      进入了Serial ISP模式,此时便可以用恩智浦提供的host工具与BootROM进行命令交互,host工具在 MCUBootUtility包 里。下载好MCUBootUtility包之后,在\MCUBootUtility\Tools\blhost2_3\win下可以找到用于与BootROM通信的blhost.exe。

    2.1 支持的通信外设pinout

      BootROM支持四种通信外设,分别是UART/SPI/I2C/USB-HID(其中UART和USB比较常用),pinout如下(Pinout适用RT600):
    i.MXRTxxx_Boot_SerialISP_Pinout.PNG

    2.2 blhost用法

      blhost.exe是命令行工具,使用blhost可以通过上述UART/SPI/I2C/USB-HID口与BootROM进行通信与命令交互。
      在命令行下打开blhost.exe,输入-?命令可以看到blhost使用帮助,blhost支持的命令很多:

    PS D:\NXP-MCUBootUtility\tools\blhost2_3\win> .\blhost.exe
    usage: D:\NXP-MCUBootUtility\tools\blhost2_3\win\blhost.exe
                                                                          [-?|--help]
                                                                          [-p|--port <name>[,<speed>]]
                                                                          [-u|--usb [[[<vid>,]<pid>]]]
                                                                          [-t|--timeout <ms>]
                                                                          -- command <args...>
    
    Options:
      -?/--help                    Show this help
      -p/--port <name>[,<speed>]   Connect to target over UART. Specify COM port
                                   and optionally baud rate
                                     (default=57600)
                                     If -ftbi, then port is BusPal port
      --ftdi spi[,<speed>,<polarity>,<phase>,lsb|msb] |
                  i2c[,<address>,<speed>]
                                   Use SPI or I2C for BusPal<-->Target link
                                   All parameters between square brackets are
                                   optional, but preceding parameters must be
                                   present or marked with a comma.
                                   (ex. -b spi,1000,0,1) (ex. --ftdi spi,1000,,lsb)
                                     spi:  speed(KHz),
                                           polarity(0=active_high | 1=active_low),
                                           phase(0=rising_edge | 1=falling_edge),
                                           "lsb" | "msb"
                                           (default=100,1,1,msb)
                                     i2c:  address(7-bit hex), speed(KHz)
                                           (default=0x10,100)
      -u/--usb [[[<vid>,]<pid>] | [<path>]]
                                   Connect to target over USB HID device denoted by
                                   vid/pid (default=0x15a2,0x0073) or device path
      -t/--timeout <ms>            Set packet timeout in milliseconds
                                     (default=5000)
    
    Memory ID:
      Internal Memory              Device internal memory space
        0                            Internal Memory
                                     (Default selected memory)
        16 (0x10)                    Execute-only region on internal flash
                                     (Only used for flash-erase-all)
      Mapped External Memory       The memories that are remapped to internal space,
                                   and must be accessed by internal addresses.
                                   (IDs in this group are only used for flash-erase-all and
                                   configure-memory, and ignored by write-memory, read-memory,
                                   flash-erase-region and flash-image(use default 0))
        1                            QuadSPI Memory
        9                            FlexSPI NOR Memory
      Unmapped External Memory     Memories which cannot be remapped to internal space,
                                   and only can be accessed by memories' addresses.
                                   (Must be specified for all commands with <memoryId> argument)
        272 (0x110)                  SPI NOR/EEPROM Memory
        288 (0x120)                  uSDHC SD Memory
        289 (0x121)                  uSDHC MMC Memory
    
    ** Note that not all memories are supported on all platforms.
    
    Command:
      reset                        Reset the chip
      get-property <tag> [<memoryId> | <index>]
                                   Return bootloader specific property.
                                   <memoryId> and <index> are required by some properties.
                                   <memoryId> = 0, <index> = 0, if not specified.
                                   <memoryId> and <index> are ignored for the other properties.
                                   If <index> is over the range supported by the device, bootloader
                                   will treat as <index> = 0.
    
        1                          Bootloader version
        2                          Available peripherals
        3                          Start of program flash, <index> is required
        4                          Size of program flash, <index> is required
        5                          Size of flash sector, <index> is required
        6                          Blocks in flash array, <index> is required
        7                          Available commands
        9                          Last Error
        10                         Verify Writes flag
        11                         Max supported packet size
        14                         Start of RAM, <index> is required
        15                         Size of RAM, <index> is required
        23                         QuadSpi initialization status
        24                         Target version
        25                         External memory attrubutes, <memoryId> is required
        27                         Flash page size, <index> is required
        28                         Interrupt notifier pin
        29                         FFR key store update option
      set-property <tag> <value>
        10                         Verify Writes flag
        28                         Interrupt notifier pin
                                   <value>:
                                       bit[31] for enablement, 0: disable, 1: enable
                                       bit[7:0] for GPIO pin index
                                       bit[15:8] for GPIO port index
        29                         FFR key store update option
                                   <value>:
                                       0 for Keyprovisioning
                                       1 for write-memory
      flash-erase-region <addr> <byte_count> [memory_id]
                                   Erase a region of flash according to [memory_id].
      flash-erase-all [memory_id]  Erase all flash according to [memory_id],
                                   excluding protected regions.
      read-memory <addr> <byte_count> [<file>] [memory_id]
                                   Read memory according to [memory_id] and write to file
                                   or stdout if no file specified
      write-memory <addr> [<file>[,byte_count]| {{<hex-data>}}] [memory_id]
                                   Write memory according to [memory_id] from file
                                   or string of hex values,
                                   e.g. data.bin (writes entire file)
                                   e.g. data.bin 8 (writes first 8 bytes from file)
                                   e.g. "{{11 22 33 44}}" (w/quotes)
                                   e.g. {{11223344}} (no spaces)
      fill-memory <addr> <byte_count> <pattern> [word | short | byte]
                                   Fill memory with pattern; size is
                                   word (default), short or byte
      receive-sb-file <file>       Receive SB file
      execute <addr> <arg> <stackpointer>
                                   Execute at address with arg and stack pointer
      call <addr> <arg>            Call address with arg
      configure-memory <memory_id> <internal_addr>
                                   Apply configuration block at internal memory address
                                   <internal_addr> to memory with ID <memory_id>
      key-provisioning <operation> [arguments...]
                                   <enroll>
                                       Key provisioning enroll. No argument for this operation
                                   <set_user_key> <type> <file>[,<size>]
                                       Send the user key specified by <type> to bootloader. <file> is
                                       the binary file containing user key plaintext. If <size> is not
                                       specified, the entire <file> will be sent. Otherwise, only send
                                       the first <size> bytes
                                   <set_key> <type> <size>
                                       Generate <size> bytes of the key specified by <type>
                                   <write_key_nonvolatile> [memoryID]
                                       Write the key to a nonvolatile memory
                                   <read_key_nonvolatile> [memoryID]
                                       Load the key from a nonvolatile memory to bootloader
                                   <write_key_store> <file>[,<size>]
                                       Send the key store to bootloader. <file> is the binary file
                                       containing key store. If <size> is not specified, the entire
                                       <file> will be sent. Otherwise, only send the first <size> bytes
                                   <read_key_store> <file>
                                       Read the key store from bootloader to host(PC). <file> is the
                                       binary file to store the key store
      flash-image <file> [erase] [memory_id]
                                   Write a formated image <file> to memory with ID
                                   <memory_id>. Supported file types: SRecord
                                   (.srec and .s19) and HEX (.hex). Flash is erased
                                   before writing if [erase]=erase. The erase unit
                                   size depends on the target and the minimum erase
                                   unit size is 1K.
      list-memory                  List all on-chip Flash and RAM regions, and off-chip
                                   memories, supported by current device.
                                   Only the configured off-chip memory will be list.
      efuse-program-once <addr> <data> [nolock/lock]
                                   Program one word of OCOTP Field
                                   <addr> is ADDR of OTP word, not the shadowed memory address.
                                   <data> is hex digits without prefix '0x'
      efuse-read-once <addr>
                                   Read one word of OCOTP Field
                                   <addr> is ADDR of OTP word, not the shadowed memory address.
      generate-key-blob <dek_file> <blob_file>
                                   Generate the Blob for given Dek Key
                                   <dek_file> - input, a binary Dek Key (128 Bits) generated by CST tool.
                                   <blob_file> - output, a generated blob (72 Bytes) in binary format.
    
    ** Note that not all commands/properties are supported on all platforms.

      当使用串口转USB模块连接i.MXRTxxx的Flexcomm UART0或者使用USB Cable连接上USB1口后可以看到PC设备管理器会识别出相关设备:

    i.MXRTxxx_Boot_SerialISP_device_manager.PNG

      让我们尝试一下使用blhost与BootROM通信,先试一下USB通信:

    PS D:\NXP-MCUBootUtility\tools\blhost2_3\win> .\blhost.exe -u 0x1fc9,0x0020 -- get-property 1

    Inject command 'get-property'
    Response status = 0 (0x0) Success.
    Response word 1 = 1258487808 (0x4b030000)
    Current Version = K3.0.0

      再接着试一下UART通信,似乎通信失败了。需要注意的是,当使用USB通信过一次之后,BootROM已经激活USB外设,不会再去检测其他外设(包括UART),如果想使用UART通信,需要将板子reset一次,使BootROM重回外设检测状态。

    PS D:\NXP-MCUBootUtility\tools\blhost2_3\win> .\blhost.exe -p COM25 -- get-property 1

    Error: Initial ping failure: No response received for ping command.

    三、下载更新Application示例

      因为BootROM支持启动的外部存储器很多,所以Serial ISP模式下进行Application更新操作要指定具体的外部存储器类型。在上一节blhost的命令帮助里,我们可以看到Memory ID里已经给各种外部储存器分配了ID号,在使用blhost命令时使用不同的ID号即可操作相应外部存储器。
      其实BootROM里已经把外部存储器的下载更新Application操作封装得很简单也很统一,我们其实只需要3步操作即可完成Application的下载。以备份启动的1bit SPI NOR为例(即Flexcomm SPI NOR Memory,Memory ID=0x110):

    // 在SRAM里临时存储1bit SPI NOR配置数据
    blhost -p COMx -- fill-memory 0x1C000 0x4 0xC0300000 // Flexcomm SPI3, NOR Flash
    
    // 使用1bit SPI NOR配置数据去配置Flexcomm SPI接口
    blhost -p COMx -- configure-memory 0x110 0x1C000
    
    // 擦除1bit SPI NOR并将image下载进1bit SPI NOR
    blhost -p COMx -- flash-erase-region 0x0 0x20000 0x110
    blhost -p COMx -- write-memory 0x1000 bt_image.bin 0x110

      其中bt_image.bin是填充了Image类型数据的Application镜像,关于上述命令的具体意义痞子衡会在后续Serial(1-bit SPI) NOR恢复启动的文章里详尽解释,这里只是给大家一个初步体验。

      至此,恩智浦i.MX RTxxx系列MCU的Serial ISP模式痞子衡便介绍完毕了,掌声在哪里~~~

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  • LCD MCU模式和RGB模式

    千次阅读 2019-09-10 10:24:31
    应用比较多的就是MUC模式和RGB模式,区别有以下几点: 1.MCU接口:会解码命令,由timing generator...2.用MCU模式时由于数据可以先存到IC内部GRAM后再往屏上写,所以这种模式LCD可以直接接在MEMORY的总线上。 用...

    应用比较多的就是MUC模式和RGB模式,区别有以下几点:

    1.MCU接口:会解码命令,由timing generator产生时序信号,驱动COM和SEG驱器。

    RGB接口:在写LCD register setting时,和MCU接口没有区别。区别只在于图像的写入方式。

    2.用MCU模式时由于数据可以先存到IC内部GRAM后再往屏上写,所以这种模式LCD可以直接接在MEMORY的总线上。

    用RGB模式时就不同了,它没有内部RAM,HSYNC,VSYNC,ENABLE,CS,RESET,RS可以直接接在MEMORY的GPIO口上,用GPIO口来模拟波形.

    3.MPU接口方式:显示数据写入DDRAM,常用于静止图片显示。

    RGB接口方式:显示数据不写入DDRAM,直接写屏,速度快,常用于显示视频或动画用。

    MCU接口和RGB接口主要的区别是:

    MCU接口方式:显示数据写入DDRAM,常用于静止图片显示。

    RGB接口方式:显示数据不写入DDRAM,直接写屏,速度快,常用于显示视频或动画用。

    MCU模式

    因为主要针对单片机的领域在使用,因此得名.后在中低端手机大量使用,其主要特点是价格便宜的。MCU-LCD接口的标准术语是Intel提出的8080总线标准,因此在很多文档中用I80   来指MCU-LCD屏。主要又可以分为8080模式和6800模式,这两者之间主要是时序的区别。数据位传输有8位,9位,16位,18位,24位。连线分为:CS/,RS(寄存器选择),RD/,WR/,再就是数据线了。优点是:控制简单方便,无需时钟和同步信号。缺点是:要耗费GRAM,所以难以做到大屏(3.8以上)。对于MCU接口的LCM,其内部的芯片就叫LCD驱动器。主要功能是对主机发过的数据/命令,进行变换,变成每个象素的RGB数据,使之在屏上显示出来。这个过程不需要点、行、帧时钟。

    MCU接口的LCD的DriverIC都带GRAM,Driver   IC作为MCU的一片协处理器,接受MCU发过来的Command/Data,可以相对独立的工作。对于MCU接口的LCM(LCD   Module),其内部的芯片就叫LCD驱动器。主要功能是对主机发过的数据/命令,进行变换,变成每个象素的RGB数据,使之在屏上显示出来。这个过程不需要点、行、帧时钟。

    M6800模式

    M6800模式支持可选择的总线宽度8/9/16/18-bit(默认为8位),其实际设计思想是与I80的思想是一样的,主要区别就是该模式的总线控制读写信号组合在一个引脚上(/WR),而增加了一个锁存信号(E)数据位传输有8位,9位,16位和18位。

    I8080模式

    I80模式连线分为:CS/,RS(寄存器选择),RD/,WR/,再就是数据线了。优点是:控制简单方便,无需时钟和同步信号。缺点是:要耗费GRAM,所以难以做到大屏(QVGA以上)。

    MCU接口标准名称是I80,管脚的控制脚有5个:

    CS 片选信号

    RS (置1为写数据,置0为写命令)

    /WR (为0表示写数据) 数据命令区分信号

    /RD (为0表示读数据)

    RESET 复位LCD( 用固定命令系列 0 1 0来复位)

    VSYNC模式

    该模式其实就是就是在MCU模式上加了一个VSYNC信号,应用于运动画面更新,这样就与上述两个接口有很大的区别。该模式支持直接进行动画显示的功能,它提供了一个对MCU接口最小的改动,实现动画显示的解决方案。在这种模式下,内部的显示操作与外部VSYNC信号同步。可以实现比内部操作更高的速率的动画显示。但由于其操作方式的不同,该模式对速率有一个限制,那就是对内部SRAM的写速率一定要大于显示读内部SRAM的速率。

    RGB模式

    大屏采用较多的模式,数据位传输也有6位,16位和18位,24位之分。连线一般有:VSYNC,HSYNC,DOTCLK,CS,RESET,有的也需要RS,剩下就是数据线。它的优缺点正好和MCU模式相反。

    MCU-LCD屏它与RGB-LCD屏主要区别在于显存的位置。RGB-LCD的显存是由系统内存充当的,因此其大小只受限于系统内存的大小,这样RGB-LCD可以做出较大尺寸,象现在4.3"只能算入门级,而MID中7",10"的屏都开始大量使用。而MCU-LCD的设计之初只要考虑单片机的内存较小,因此都是把显存内置在LCD模块内部.然后软件通过专门显示命令来更新显存,因此MCU屏往往不能做得很大。同时显示更新速度也比RGB-LCD慢。显示数据传输模式也有差别。RGB屏只需显存组织好数据。启动显示后,LCD-DMA会自动把显存中的数据通过RGB接口送到LCM。而MCU屏则需要发送画点的命令来修改MCU内部的RAM(即不能直接写MCU屏的RAM)。所以RGB显示速度明显比MCU快,而且播放视频方面,MCU-LCD也比较慢。

    对于RGB接口的LCM,主机输出的直接是每个象素的RGB数据,不需要进行变换(GAMMA校正等除外),对于这种接口,需要在主机部分有个LCD控制器,以产生RGB数据和点、行、帧同步信号。

     

    彩色TFT液晶屏主要有2种接口:TTL接口(RGB颜色接口),   LVDS接口(将RGB颜色打包成差分信号传输)。TTL接口主要用于12.1寸一下的小尺寸TFT屏,LVDS接口主要用于8寸以上的大尺寸TFT屏。TTL接口线多,传输距离短;LVDS接口传输距离长,线的数量少。大屏采用较多的模式,控制脚是VSYNC,HSYNC,VDEN,VCLK,  S3C2440最高支持24个数据脚,数据脚是VD[23-0]。

    CPU或显卡发出的图像数据是TTL信号(0-5V、0-3.3V、0-2.5V、或0-1.8V),LCD本身接收的也是TTL信号,由于TTL信号在高速率的长距离传输时性能不佳,抗干扰能力比较差,后来又提出了多种传输模式,比如LVDS、TDMS、GVIF、P&D、DVI和DFP等。他们实际上只是将CPU或显卡发出的TTL信号编码成各种信号以传输,在LCD那边将接收到的信号进行解码得到TTL信号。

    但是不管采用何种传输模式,本质的TTL信号是一样的。

    注意:TTL/LVDS分别是两种信号的传输模式,TTL是高电平表示1,低电平表示0的模式,LVDS是正负两个对应波形,用两个波形的差值来表示当前是1还是0

    SPI模式

    采用较少,有3线和4线的,连线为CS/,SLK,SDI,SDO四根线,连线少但是软件控制比较复杂。

    MDDI模式(MobileDisplayDigitalInterface)

    高通公司于2004年提出的接口MDDI,通过减少连线可提高移动电话的可靠性并降低功耗,这将取代SPI模式而成为移动领域的高速串行接口。   连线主要是host_data,host_strobe,client_data,client_strobe,power,GND几根线。

    DSI模式

    该模式串行的双向高速命令传输模式,连线有D0P,D0N,D1P,D1N,CLKP,CLKN。

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  • 大容量的电容虽然能延时系统掉电,使得系统在电源意外关闭时MCU能继续完成相应操作,而如果此时重新上电,却经常遇到系统无法启动的问题。那么这到底是怎么回事呢?遇到这种情况又该如何处理呢?本文教您一招解决它...

    对于主电源掉电后需要继续工作一段时间来用于数据保存或者发出报警的产品,我们往往都能够看见产品PCB板上有大电容甚至是超级电容器的身影。大容量的电容虽然能延时系统掉电,使得系统在电源意外关闭时MCU能继续完成相应操作,而如果此时重新上电,却经常遇到系统无法启动的问题。那么这到底是怎么回事呢?遇到这种情况又该如何处理呢?本文教您一招解决它!

     

    一、上电失败问题分析

     

    1、上电缓慢引起的启动失败

     

    对于需要进行掉电保存或者掉电报警功能的产品,利用大容量电容缓慢放电的特性来实现这一功能往往是很多工程师的选择,以便系统在外部电源掉电的情况下,依靠电容的储能来维持系统需要的重要数据保存及安全关闭的时间。此外,在不需要掉电保存数据的系统中,为了防止电源纹波、电源干扰及负载变化引起供电电压的波动,在电源输出端也需要并接一个适当的滤波电容。

     

    电路中增加电容,虽然使系统在某些方面能满足设计要求,但是由于电容的存在,系统的上电时间也会相应的延长,下电时由于电容放电缓慢,下电时间也会更长。而上下电时间的延长,对于MCU来说,往往会带来意外的致命缺点。

     

    比如某系列的MCU,就经常能遇到客户反馈说系统在掉电后重新上电,系统启动失败的问题,一开始工程师以为是软件的问题,花费了很大的时间和精力来找BUG,问题仍然没有很好的得到解决。后来查翻手册发现,发现该系列的MCU对于上电时间是有一定要求的(其实几乎所有品牌的MCU都有上下电时序要求)。

     

    图1 上电要求

     

    从图1我们可以看出,芯片输入电源从200mV以下为起点上升到VDD的时间tr,手册要求是最长不能超过500ms。而电路中的大电容乃至超级电容,显然会大大拉长这个上电时间,对于没有详细选择参数的电源设计来说,这个时间甚至可能会远远大于500ms。这样的话就不能很好地满足芯片的上电时间要求,从而导致系统无法启动,或者器件内部上电时序混乱而引起器件闩锁的问题。

     

    所以电源的上电缓慢对于MCU处理器来说,有时也是一个“头痛”问题,那么如何有效的解决上电缓慢这个问题呢?先别急,我们再来说说系统下电缓慢带来的问题。而且下电缓慢引起的问题,比上电时间过长的问题更普遍。

     

    2、下电缓慢引起的启动失败

     

    其实上面提到的上电图中,还有一个至关重要的参数,那就是图中的twait。我们可以从图中看到twait的最小数值为12μs。这个参数的含义就是说,在上电之前,芯片的输入电源需保持在200mV以下至少12μs的时间。

     

    这个参数就要求我们的电路在掉电后,如果需要对系统重新上电的话,必须让芯片的输入电源电压至少有12μs的时间是在200mV以下。换个角度表述就是:在下电后,必须让MCU的供电电压降到200mV以下才能再次上电(12μs很短,几乎可以忽略),系统才能可靠运行。

     

    由于电路中存在大电容,系统负载又小,导致电路下电缓慢,当我们再次上电时,芯片电源电压此时可能还没有降到200mV 以下,如下图2所示:

     

    图2 缓慢掉电再上电示意图

     

    由于电路中存在较大的电容,在系统掉电后,系统负载不能很快的泄放能量时,就会出现MCU等数字器件掉电缓慢的情况。此时重新上电的话,由于不符合上文提到的降到200mV以下12μs以上的要求,芯片内部就没有及时“归零”。对MCU等数字器件来说,这是一种不确定的状态,此时再对系统进行重新上电的操作,就容易造成MCU逻辑混乱,从而出现器件闩锁,系统不能启动的情况。

     

    掉电缓慢也会导致MCU等数字器件内部掉电时序的混乱,特别是对于需要多路电源的MCU处理器,它们对于上电时序和掉电时序有更高的要求,内部时序的混乱会引起器件闩锁,系统无法启动。这也是为什么很多产品重启时,系统往往无法启动。

     

    因此我们可以看出,系统上电或下电缓慢都有可能会造成MCU无法启动或者启动异常的情况,那么如何对缓慢的上电放电过程进行干预,提升上电斜率,缩短掉电时间呢?

     

    二、解决方案推荐

     

    当遇到系统启动失败的问题时,请先使用示波器检查器件的供电引脚是不是存在上电缓慢,掉电缓慢,不彻底的情况。当遇到该情况时,可以选择在电路中搭配使用广州周立功单片机科技有限公司研发的小体积、低内阻的电源调理模块:QOD-ADJ。

     

    该模块可以保证在系统上电时,当电压达到额定电压的约70%-75%左右才开启输出,此后输出跟随输入,相当于给系统一个极快上电的电源。下电时,该模块可以对电容残存电压自动放电,可以在极短的时间内到达100mV以下,从而解决短时间内再次上电时系统处于锁死状态的问题。正所谓是上电下电两不误!使系统上下电都能稳定可靠。

     

    图3 QOD-ADJ模块

     

    QOD-ADJ具有以下功能:

    • 在系统电源开启时的快速上电,提升上电斜率;

    • 电源关断时使容性负载快速放电到近0V的状态;

    • 可外部控制的单通道负载开关;

    • 使用简单方便,串入需要控制的电路中即可。

     

    三、产品使用示例

     

    使用下图4所示电路进行对我们的产品进行测试:

     

    图4 测试电路图

     

    当VIN=5V,Cin=2.5F(超级电容),CL=100μF,RL=10Ω时的上电曲线和掉电曲线如图5图6输入端2.5F超级电容及负载10Ω下电曲线所示。

     

    图5 输入端2.5F超级电容及负载10Ω上电曲线

     

    图6 输入端2.5F超级电容及负载10Ω下电曲线

     

    1、显著缩短上电时间

     

    由上面两图可以清楚的看出因为有超级电容的存在,VIN的上电曲线(蓝色曲线)爬升缓慢,而经过模块之后(Vout红色曲线)显著缩短了上电时间,使后级电路能在短时间内达到一种确定的状态。

     

    2、 显著加快掉电速度

     

    由图可以看出在系统掉电时,由于有超级电容的存在,模块前端(蓝色曲线)掉电速度,异常缓慢,经过模块之后(红色曲线)能显著加快放电速度,使得后级电路在极短的时间内到达一种确定的状态。

     

    四、结语

     

    系统中的器件对于电源的上下电有严格的要求,在产品的设计当中,要关注核心器件的上下电要求,包括上下电的时序,斜率等。不合理的设计往往会引起系统上电无法启动等异常情况。当然遇到这种情况时也别着急,尝试使用ZLG的QOD模块吧!

     

     

    一招解决系统上电启动失败的问题,您学会了吗?

     

     

    来源

    转载于:https://www.cnblogs.com/skullboyer/p/9088557.html

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