CN220822694U - 单片机的掉电保护电路、单片机***和电子设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电子电路技术，公开一种单片机的掉电保护电路、单片机***和电子设备，包括：单片机、供电模块、电压监控器、稳压器、法拉电容和EEPROM，其中，所述电压监控器的监测端电连接所述供电模块，所述电压监控器的反馈端电连接所述单片机的第一传输端，所述稳压器和所述法拉电容并联在所述供电模块的输出端与所述单片机的电源端之间，所述EEPROM电连接所述单片机的第二传输端。本实用新型旨在高效、低成本地实现单片机掉电的数据保护。

Description

单片机的掉电保护电路、单片机***和电子设备

技术领域

本实用新型涉及电子电路技术领域，特别涉及一种单片机的掉电保护电路、单片机***和电子设备。

背景技术

目前电子设备在掉电时为了避免数据丢失，常规的处理方法有：一是给电子设备接入不间断电源（Uninterruptible Power Supply，UPS），让整个***在掉电时继续工作；二是启用备份电源，让***掉电后可以保存数据。但是第一种方式实施成本高，且只适用大体积设备，并不适用于小体积设备（如单片机电路）；而第二种方式在掉电时只能保存一些必要的数据，无法完全避免数据丢失。

上述内容仅用于辅助理解本实用新型的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。

实用新型内容

本实用新型提出一种单片机的掉电保护电路、单片机***和电子设备，旨在高效、低成本地实现单片机掉电的数据保护。

为实现上述目的，本实用新型提出一种单片机的掉电保护电路，包括：单片机、供电模块、电压监控器、稳压器、法拉电容和EEPROM（Electrically Erasable Programmableread only memory，带电可擦可编程只读存储器），其中，所述电压监控器的监测端电连接所述供电模块，所述电压监控器的反馈端电连接所述单片机的第一传输端，所述稳压器和所述法拉电容并联在所述供电模块的输出端与所述单片机的电源端之间，所述EEPROM电连接所述单片机的第二传输端。

可选的，所述稳压器为LDO（low dropout regulator，低压差线性稳压器）稳压器。

可选的，所述掉电保护电路还包括通信模块，所述通信模块电连接所述单片机的第一通信端。

可选的，所述掉电保护电路还包括实时时钟模块，所述实时时钟模块电连接所述单片机的第二通信端。

可选的，所述掉电保护电路还包括开关器件和备用电源，所述备用电源经所述开关器件电连接所述单片机的电源端。

可选的，所述开关器件的控制端电连接所述单片机的控制输出端；

或者，所述开关器件为常闭开关器件，所述常闭开关器件的控制端电连接所述供电模块。

本实用新型进一步提出一种单片机***，该单片机***包括如上所述的单片机的掉电保护电路。

本实用新型进一步提出一种电子设备，该电子设备包括如上所述的单片机***。

本实用新型技术方案的有益效果在于：基于电压监控器、稳压器、法拉电容和EEPROM的掉电保护方案，实现简便且经济高效的单片机掉电保护，能够确保单片机在供电稳定时的稳定工作的同时，能有效保护单片机在供电异常时的数据完整性，由电压监控器监测供电电压，一旦检测到供电异常，会及时通知单片机进行相应的存储操作，将数据保存到EEPROM中，避免数据丢失。

附图说明

图1为本实用新型单片机的掉电保护电路一实施例的结构示意图；

图2为本实用新型单片机的掉电保护电路另一实施例的结构示意图；

图3为本实用新型单片机的掉电保护电路又一实施例的结构示意图。

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的方案进行清楚完整的描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型中的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，本实用新型实施例中所有方向性指示（诸如上、下、左、右、前、后……）仅用于解释在某一特定姿态（如附图所示）下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

还需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件上时，它可以直接在另一个元件上或者可能同时存在居中元件。当一个元件被称为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接另一个元件或者可能同时存在居中元件。

另外，若本实用新型中涉及“第一”、“第二”等的描述，仅用于描述目的（如用于区分相同或同类元件），而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

本实用新型提出一种单片机的掉电保护电路，参照图1，该单片机的掉电保护电路包括单片机、供电模块、电压监控器、稳压器、法拉电容和EEPROM，其中，所述电压监控器的监测端电连接所述供电模块，所述电压监控器的反馈端电连接所述单片机的第一传输端IO1，所述稳压器和所述法拉电容并联在所述供电模块的输出端与所述单片机的电源端VDD之间，所述EEPROM电连接所述单片机的第二传输端IO2。

本实施例中，单片机作为整个电路的主控制器和数据处理器，负责执行逻辑操作和数据处理功能。

可选的，供电模块负责为整个电路提供电源供应；其中，供电模块可以是电池、电源适配器或其他电源模块。

可选的，供电模块的输出端分别电连接稳压器的输入端、法拉电容的一端电极；而稳压器的输出端、法拉电容的另一端电极则电连接单片机的电源端VDD；这样，实现稳压器和法拉电容并联在供电模块的输出端与单片机的电源端VDD之间。

其中，稳压器用于稳定供电电压，以确保单片机在正常工作范围内供电。

其中，法拉电容作为能量储存器件，可以在供电模块掉电或欠压时，为单片机提供临时的电源供应。法拉电容能在短时间内释放储存的能量，以供单片机能够完成数据保存操作。

可选的，电压监控器用于监测供电模块的供电电压的情况，其监测端连接至供电模块，通过监测电压来检测供电模块是否处于掉电/欠压状态；电压监控器的反馈端电连接单片机的第一传输端IO1，以便在供电模块掉电或欠压时通知单片机保存数据。

可选的，EEPROM作为非易失性存储器，电连接单片机的第二传输端IO2，用于存储数据。EEPROM的特点是具有持久性存储能力，在***掉电后依然能够保持数据的安全。

单片机的掉电保护电路的工作原理如下：

可选的，在供电模块能正常供电的情况下，供电模块负责提供供电电压，并且通过稳压器将供电电压转换为单片机所需的工作电压；同时，供电模块还可以将一部分电源电压提供给法拉电容充电以备用；此时，电压监控器会持续监测供电模块的供电电压。

可选的，当供电模块掉电或欠压时，电压监控器即会检测到供电电压不满足设定电压，并通知单片机进入中断，并通过EEPROM快速存储数据，即电压监控器发送中断信号后，单片机能够快速执行数据存储操作，将数据迅速写入EEPROM；而存储数据这一期间的供电是由法拉电容来提供临时电源给单片机，确保单片机能够正常运行并执行存储操作，从而实现掉电数据保存这一功能。

需要说明的是，EPROM相比其他存储器具有较快的读写速度和更稳定的性能。由于掉电时数据的存储是一个关键操作，快速而可靠的数据存储是至关重要的。EEPROM的使用可以确保数据在掉电时能够快速、可靠地保存，而且EEPROM具有较长的使用寿命。

一实施例提供的单片机的掉电保护电路，基于电压监控器、稳压器、法拉电容和EEPROM的掉电保护方案，实现简便且经济高效的单片机掉电保护，能够确保单片机在供电稳定时的稳定工作的同时，能有效保护单片机在供电异常时的数据完整性，由电压监控器监测供电电压，一旦检测到供电异常，会及时通知单片机进行相应的存储操作，将数据保存到EEPROM中，避免数据丢失。

相比于使用不间断电源等方案，本方案使用电压监控器、稳压器、法拉电容和EEPROM等组件较为常见，价格相对较低并且易于采购，可以在相对较低的成本下实现数据保护，并适用于小体积设备。

此外，该单片机的掉电保护电路的拓展性好，适用于多种领域，并且只需占用较小的PCB空间（因为电压监控芯片、稳压器、法拉电容和EEPROM等组件尺寸较小，方案的实施不会占用过多的PCB空间），适用性更广，并且掉电保护电路使用的组件较为常见且易于扩展，可以根据实际应用需求进行定制和适配，这使得该掉电保护电路在各种领域的应用都有很好的前景。

在一实施例中，在上述实施例的基础上，所述稳压器为LDO稳压器。

本实施例中，采用LDO稳压器作为稳定器具有低压降、噪声抑制能力强、线性稳定以及较小的体积等优点，可提供稳定的工作电压供应给单片机，有助于保证电路运行的可靠性和稳定性。

在一实施例中，在上述实施例的基础上，参照图2，所述掉电保护电路还包括通信模块，所述通信模块电连接所述单片机的第一通信端T1。

本实施例中，通信模块可以是一种无线通信模块，例如蓝牙、Wi-Fi或LoRa模块，也可以是有线通信模块，例如串口通信模块。

可选的，通信模块通过与单片机的第一通信端T1进行连接，以实现数据和命令的交互。其中，第一通信端T1可以是UART串口、SPI、I2C或其他通信接口，具体根据单片机和通信模块的兼容性和可用接口决定。

可选的，单片机在供电模块可正常供电时，可定期通过通信模块将数据上传至云端保存。

通过添加通信模块和与云端服务器的连接，单片机可以实现定期将数据上传至云端进行保存。这样可以确保即使发生供电中断，除了通过EEPROM保存数据外，还可以使得本地数据也能够安全地在云端备份，并可以随时从云端获取和分析。同时，与云端的通信还可以支持远程监控、远程控制和远程配置等功能，提高掉电保护电路的智能化和可远程管理性。

在一实施例中，在上述实施例的基础上，参照图2，所述掉电保护电路还包括实时时钟模块，所述实时时钟模块电连接所述单片机的第二通信端T2。

本实施例中，实时时钟模块的作用是为***提供准确的时间信息，包括当前的日期、时间、以及特定时区的校准。实时时钟模块通常包括RTC (Real-Time Clock)芯片，能够在供电中断时保持时间数据的持续运行。

可选的，实时时钟模块通过与单片机的第二通信端T2进行连接，并基于将时间数据传输给单片机。其中，第二通信端T2可以是UART串口、I2C、SPI或其他类型的通信接口，具体根据实时时钟和单片机的兼容性和可用接口而定。

可选的，在正常供电期间，单片机可以通过实时时钟模块获取和更新时间信息。其中，单片机可以设置定时器以一定的间隔查询实时时钟模块，以获取精确的时间数据。

可选的，在供电中断发生时，实时时钟模块可以继续正常工作，并保持时间数据的持续运行。而单片机在掉电保护期间可以利用实时时钟模块提供的时间数据，实现一些时间相关的功能。例如，在掉电保护期间，单片机可以记录事件的发生时间、数据存储到EEPROM的时间、进行定时任务或者与其他设备进行同步，以提高***的功能和操作的准确性。

在一实施例中，在上述实施例的基础上，参照图3，所述掉电保护电路还包括开关器件和备用电源，所述备用电源经所述开关器件电连接所述单片机的电源端VDD。

本实施例中，开关器件用于控制备用电源与单片机的电源连接。常见的开关器件包括MOSFET、继电器等，用于切换电源供给的路径。开关器件可以通过控制信号来打开或关闭电路，以控制备用电源是否供电给单片机。

可选的，备用电源为掉电保护电路提供备份的电源供给，在主电源供电中断时接管供电任务。

可选的，为了满足单片机的掉电保护电路所适用的电子设备的小体积要求，备用电源可以是蓄电池，如纽扣电池。

备用电源通过开关器件与单片机的电源端VDD进行连接，以确保在供电模块中断时能够无缝切换到备用电源供电。通过控制开关器件的通断状态，可以实现备用电源的切换和电源线的选择，以确保单片机在供电中断期间仍能正常工作。

需要说明的是，法拉电容作为临时存储装置，虽然可以在供电模块中断时提供电能供给单片机进行短暂的操作，例如保存数据到非易失性存储器（如EEPROM），但无法长期维持单片机运作。

因此，单片机在供电模块掉电或欠压时，首先利用法拉电容提供的电能将关键数据保存到非易失性存储器中，以防止数据丢失。然后，单片机再通过备用电源继续工作，并利用掉电保护电路的功能进行数据存储、通信传输等操作，以确保数据的完整性并保证***的正常运行。

当然，由于当主供电模块掉电时，备用电源启动过程可能需要一定时间来稳定供电，因此在这段时间内，法拉电容器可以通过使用其储存的能量来提供临时的电源供应，以支持单片机的持续工作，直到备用电源启动并供应稳定的电源。一旦备用电源稳定供电，单片机可以切换至备用电源供电，而不再依赖法拉电容器的供电。

通过利用法拉电容器的放电能力，单片机可以在供电中断时获得持续的电源供应，直到备用电源完全启动并供电。这样确保了单片机的运行连续性，并提供了一定的掉电保护功能。

可选的，当单片机通过电压监控器检测到供电模块供电恢复正常后，再通过开关器件断开与备用电源的连接，重新使用供电模块的供电。

通过添加开关器件和备用电源，掉电保护电路可以在供电模块掉电时自动切换至备用电源供电，并在供电模块供电恢复时自动切换回主电源供电。这样可以确保在供电中断期间，单片机能够持续供电并保持正常工作，实现掉电保护和***可靠性的提高。

在一实施例中，在上述实施例的基础上，所述开关器件的控制端电连接所述单片机的控制输出端。

可选的，开关器件可以是普通的可控开关器件，如晶体管、继电器等，且开关器件的控制端电连接单片机的控制输出端。

在供电中断时，当单片机检测到供电中断并需要启用备用电源供电时，会通过输出控制信号将开关器件的控制端拉低或高电平，以控制开关器件连接备用电源的输出与单片机的输入端，使备用电源开始对单片机放电。

或者，所述开关器件为常闭开关器件，所述常闭开关器件的控制端电连接所述供电模块。

其中，该常闭开关器件为高电平断开、低电平导通，且常闭开关器件的控制端电连接供电模块的输出端。这样，当供电模块有电压输出时，则常闭开关器件自动断开，也就断开备用电源与单片机之间的连接；当供电模块无电压输出时，则常闭开关器件自动闭合，使备用电源的输出端与单片机的电源端VDD之间的线路导通。

本实用新型进一步提出一种单片机***，单片机***包括单片机的掉电保护电路，该单片机的掉电保护电路的具体结构参照上述实施例，由于本单片机***采用了上述所有实施例的所有技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的全部技术效果，在此不再一一赘述。

本实用新型进一步提出一种电子设备，电子设备包括单片机***，该单片机***的具体结构参照上述实施例，由于本电子设备采用了上述所有实施例的所有技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的全部技术效果，在此不再一一赘述。

以上所述的仅为本实用新型的部分或优选实施例，无论是文字还是附图都不能因此限制本实用新型保护的范围，凡是在与本实用新型一个整体的构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型保护的范围内。

Claims (8)

1.一种单片机的掉电保护电路，其特征在于，包括：单片机、供电模块、电压监控器、稳压器、法拉电容和EEPROM，其中，所述电压监控器的监测端电连接所述供电模块，所述电压监控器的反馈端电连接所述单片机的第一传输端，所述稳压器和所述法拉电容并联在所述供电模块的输出端与所述单片机的电源端之间，所述EEPROM电连接所述单片机的第二传输端。

2.如权利要求1所述的单片机的掉电保护电路，其特征在于，所述稳压器为LDO稳压器。

3.如权利要求1所述的单片机的掉电保护电路，其特征在于，所述掉电保护电路还包括通信模块，所述通信模块电连接所述单片机的第一通信端。

4.如权利要求1所述的单片机的掉电保护电路，其特征在于，所述掉电保护电路还包括实时时钟模块，所述实时时钟模块电连接所述单片机的第二通信端。

5.如权利要求1-4中任一项所述的单片机的掉电保护电路，其特征在于，所述掉电保护电路还包括开关器件和备用电源，所述备用电源经所述开关器件电连接所述单片机的电源端。

6.如权利要求5所述的单片机的掉电保护电路，其特征在于，所述开关器件的控制端电连接所述单片机的控制输出端；

或者，所述开关器件为常闭开关器件，所述常闭开关器件的控制端电连接所述供电模块。

7.一种单片机***，其特征在于，包括如权利要求1-6中任一项所述的单片机的掉电保护电路。

8.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求7所述的单片机***。