CN104215812A - Mcu芯片电源电压检测电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种MCU芯片电压检测电路，MCU具有第一I/O端口、第二I/O端口、定时器、连接电源电压的电压输入端和接地端；第一I/O端口为输出端口，该第一I/O端口的输出电压由MCU控制；第二I/O端口为输入端口；其中：电压检测电路包括一电容、一电阻和一钳位模块；钳位模块的一端连接第一I/O端口，另一端连接电容的一端、电阻的一端以及第二I/O端口；电阻的另一端连接电容的另一端然后接地；电容经由钳位模块充电，当Vc=VDD-VD时，停止充电；其中，Vc为电容充电电压，VDD为电源电压，VD为钳位模块的钳位电压；所述电容经由电阻放电。本发明既能检测MCU芯片电源电压，有效降低整体电路的成本，还可以简化***电路的设计。

Description

MCU芯片电源电压检测电路

技术领域

本发明涉及MCU（微控制单元）领域，特别是涉及一种MCU芯片电源电压检测电路。

背景技术

目前的电子产品一般都是由1颗或1颗以上的MCU组成的***。MCU的电源电压是由电池直接供电或者电池分压后供电的；通过电池分压供电时，MCU的电源电压跟随电池电压的变化而变化，因此通过检测MCU的电源电压VDD能得知当前的电池电压。当电池电压下降到某一值时，会对***的某些性能产生影响。因此需要对电池电压或者与电池电压有跟随关系的电压进行检测，当检测电压下降到某一阈值时，自动禁止***的部分功能并提醒更换电池。

MCU的输入电压检测通常需要利用MCU内置的A/D转换器或者低压检测模块，就可以方便实现电压检测功能，内置A/D转换器或者低压检测模块虽然检测结果较为精确，但是会同时导致MCU的成本增加。在一些低成本的MCU中，并未内置A/D转换器或者低压检测模块，其可以简单的通过外部扩展A/D转换器来实现电压检测功能，但是此种情况下成本并未降低。由上述分析可知，对于一些电压检测精度要求不高，而成本控制要求相对较高的场合，通过内置或者外部扩展A/D转换器的方式都无法满足成本方面的要求。因此有必要开发一种成本更低，同时还能完成MCU的输入电压检测功能的检测电路。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种MCU芯片电压检测电路，在降低成本的同时还能完成MCU电压检测功能。

为解决上述技术问题，本发明的MCU芯片电压检测电路，所述MCU具有第一I/O（输入/输出）端口、第二I/O端口、定时器、连接电源电压的电压输入端和接地端；所述第一I/O端口为输出端口，该第一I/O端口的输出电压由MCU控制；所述第二I/O端口为输入端口；

其中：所述电压检测电路包括一电容、一电阻和一钳位模块；

所述钳位模块的一端连接第一I/O端口，另一端连接所述电容的一端、电阻的一端以及第二I/O端口；

所述电阻的另一端连接电容的另一端然后接地；

所述电容经由钳位模块充电，当Vc=VDD-VD时，停止充电；其中，Vc为电容充电电压，VDD为电源电压，VD为钳位模块的钳位电压。

采用本发明提供的电压检测电路，通过测量电容的放电时间，再通过电容的放电时间与MCU电源电压之间关系来计算MCU电源电压的大小。采用更普通、更廉价的电容、电阻和二极管代替了现有技术中使用的A/D转换器或者低压检测模块，实现了检测电压的功能，有效的降低了整体电路的成本，而且还可以简化***电路的设计。

附图说明

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1是所述MCU芯片电压检测电路原理图；

图2是所述MCU芯片电压检测电路工作流程图。

具体实施方式

参见图1所示，所述MCU芯片电压检测电路，包括一电容C1、一电阻R1和一钳位模块。所述MCU具有第一I/O端口I/O1、第二I/O端口I/O2、定时器、连接电源电压VDD的电压输入端和接地端。所述钳位模块的一端连接第一I/O端口I/O1，另一端连接所述电容C1的一端、电阻R1的一端以及第二I/O端口I/O2，所述电阻R1的另一端连接电容C1的另一端，然后接地GND。所述电容C1经由钳位模块充电，电容C1充电电压Vc达到电源电压VDD减去钳位模块的钳位电压VD时，停止充电。

在本实施例中所述钳位模块为一个二极管D1或者多个串联的二极管；所述钳位模块的钳位电压VD为二极管的正向压降。

设置所述第一I/O端口I/O1为输出端口，该第一I/O端口I/O1的输出电压由MCU控制。设置所述第二I/O端口I/O2为输入端口，该第二I/O端口I/O2的输入低电平门限电压为VL；设C为所述电容C1的容值，R为所述电阻的阻值，T为电容C1的电压Vc从VDD-VD放电到第二I/O端口I/O2的输入低电平门限电压VL的放电时间；则有如下关系式（其中“﹡”表示乘号）：

$T=\mathrm{RC}*\ln \left(\frac{\mathrm{VDD}-\mathrm{VD}}{\mathrm{VL}}\right).$

结合图2所示，初始状态时，所述第一I/O端口I/O1输出为低电平，这时所述电容电压C1的初始值为零。将所述第一I/O端口I/O1输出设置为输出高电平，所述电容C1开始充电，当电容C1由零电压充电至VDD-VD时，即电容电压Vc=VDD-VD时，电容C1充电结束。初始化所述定时器，将所述第一I/O端口I/O1输出设置为输出低电平，所述电容C1开始放电，电容电压从Vc=VDD-VD降为零电压。在所述电容电压Vc从VDD-VD变为零的过程中，当第二I/O端口I/O2的电压小于第二I/O端口I/O2的输入低电平门限电压VL时，所述第一I/O端口的输出变为低电平。

所述定时器从所述第一I/O端口I/O1输出由高电平变为低电平时开始计时，到所述第二I/O端口I/O2变为低电平时结束计时；在该期间内，所述定时器计时即为所述检测电路的放电时间T，所述检测电路的放电时间T与MCU的被测电源电压VDD的关系为：

$T=\mathrm{RC}*\ln \left(\frac{\mathrm{VDD}-\mathrm{VD}}{\mathrm{VL}}\right);$

根据放电时间T可以计算出电源电压VDD。

虽然本发明利用具体的实施例进行说明，但是对实施例的说明并不限制本发明的范围。本领域内的熟练技术人员通过参考本发明的说明，在不背离本发明的精神和范围的情况下，容易进行各种修改或者可以对实施例进行组合，这些同样属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种微控制单元MCU芯片电压检测电路，所述微控制单元MCU具有第一I/O端口、第二I/O端口、定时器、连接电源电压的电压输入端和接地端；所述第一I/O端口为输出端口，该第一I/O端口的输出电压由MCU控制；所述第二I/O端口为输入端口；

其特征在于：所述电压检测电路包括一电容、一电阻和一钳位模块；所述钳位模块的一端连接第一I/O端口，另一端连接所述电容的一端、电阻的一端以及第二I/O端口；

所述电阻的另一端连接电容的另一端然后接地；

所述电容经由钳位模块充电，当Vc=VDD-VD时，停止充电；其中，Vc为电容充电电压，VDD为电源电压，VD为钳位模块的钳位电压；

所述电容经由所述电阻放电。

2.如权利要求1所述的电压检测电路，其特征在于：所述电容的电压Vc从VDD-VD放电到第二I/O端口的输入低电平门限电压VL的放电时间T与电源电压VDD有如下关系式，

$T=\mathrm{RC}*\ln \left(\frac{\mathrm{VDD}-\mathrm{VD}}{\mathrm{VL}}\right),$

其中，C为所述电容的容值，R为所述电阻的阻值，“﹡”表示乘号；根据放电时间T计算得到电源电压VDD。

3.如权利要求2所述的电压检测电路，其特征在于：所述放电时间T按如下方式计算得到；

初始状态时，所述第一I/O端口输出为低电平，所述电容电压的初始值为零；将所述第一I/O端口输出设置为输出高电平，所述电容开始充电，当电容由零电压充电至Vc=VDD-VD时，电容充电结束；初始化所述定时器，将所述第一I/O端口输出设置为输出低电平，所述电容开始放电，电容电压从Vc=VDD-VD降为零电压；在所述电容电压Vc从VDD-VD变为零的过程中，当第二I/O端口的电压小于第二I/O端口的输入低电平门限电压VL时，所述第一I/O端口的输出变为低电平；

所述定时器从所述第一I/O端口输出由高电平变为低电平时开始计时，到所述第二I/O端口变为低电平时结束计时；在该期间内，所述定时器计时即为所述检测电路的电容放电时间T。

4.如权利要求1-3任一所述的电压检测电路，其特征在于：所述钳位模块为一个二极管或者多个串联的二极管。

5.如权利要求4所述的电压检测电路，其特征在于：所述钳位模块的钳位电压VD为二极管的正向压降。