STM8S單片機入門2(關(guān)機模式開關(guān)機按鈕)

開關(guān)機功能是使用電池供電系統(tǒng)的最基本功能。如果使用機械式開關(guān)(2段撥動開關(guān)，自鎖開關(guān)等)等直接接通和切斷電源，不說機械部件的可靠性，至少自動關(guān)機(一般在長時間不操作、電池電量低時需要自動關(guān)機)功能就比較難實現(xiàn)。所以電池供電系統(tǒng)一般采用按鈕開關(guān)，用一個按鈕配合軟件實現(xiàn)按一次開機、再按一次關(guān)機的功能及自動關(guān)機的功能。

這部分內(nèi)容就講述如何在上實現(xiàn)一鍵式的開關(guān)機功能。開關(guān)機功能要使用單片機的一個引腳(PD4)作為輸入端，連接到按鈕，接收按紐按下產(chǎn)生的電信號，然后再使用另一個引腳(PD3)作為輸出端去驅(qū)動由三極管8550構(gòu)成的一個電子開關(guān)實現(xiàn)對系統(tǒng)電源的控制。而STM8S單片機本身就直接接在電池上，利用單片機的停機模式，將單片機本身的電流降低到μA級，對電池的消耗就可以忽略不計了。

1、電路設(shè)計

電路圖如下，C1是STM8S單片機VCAP電容，保持內(nèi)部1.8V電壓的穩(wěn)定，是STM8S單片機唯一必須接要的外部元件，選用容量為1μF的瓷片電容，而且從電路可靠性講，這個電容越靠近單片機IC越好。

K1是按鈕，一端接到單片機的PD4引腳上，另一端接地，這樣按鈕被按下就會產(chǎn)生一個低電平的脈沖。

Q1是三極管，通過發(fā)光二極管D1和限流電阻R1接到單片機的PD3上。這樣當(dāng)PD3輸出低電平時，Q1導(dǎo)通，VCC上有電壓，可以對系統(tǒng)供電，反之PD3輸出高電平時，Q1截止VCC沒有電壓。

發(fā)光二極管D1還兼作電源指示燈的作用， Q1導(dǎo)通時發(fā)光反之不發(fā)光。

剩余的C2~C5都是電源退藕電容，用于消除電源上的干擾信號。P1、P2兩個接線端分別接3.6V鋰電池的正負極。

2、軟件設(shè)計

軟件要實現(xiàn)的功能是，在PD4引腳上監(jiān)控按鈕按下產(chǎn)生的低電壓脈沖信號，并根據(jù)這個信號來設(shè)置PD3引腳的輸出電平去控制Q1的導(dǎo)通和截止，以及設(shè)置單片機自身的工作狀態(tài)，以此實現(xiàn)對電源供電的控制。

1)引腳工作模式設(shè)置

首先要做的，就是設(shè)置單片機引腳的工作模式，把PD4設(shè)置為輸入模式，D3設(shè)置為輸出模式。

在STM8S_StdPeriph_Lib庫中，可以使用這個函數(shù)進行設(shè)置：

void GPIO_Init(GPIO_TypeDef* GPIOx, GPIO_Pin_TypeDef GPIO_Pin, GPIO_Mode_TypeDef GPIO_Mode)

GPIOx是端口編號，取值有GPIOA、GPIOB、GPIOC、GPIOD，分別對應(yīng)單片機的PAx、PBx、PCx、PDx端口，GPIO_Pin是引腳編號，取值有GPIO_PIN_1~GPIO_PIN_7，函數(shù)通過GPIOx和GPIO_Pin兩個參數(shù)指定一個唯一的引腳。

GPIO_Mode是工作模式了。表示輸入模式的取值有四種，分別是要不要上拉，要不要中斷的四種組合：

GPIO_MODE_IN_FL_NO_IT Input floating, no external interrupt

GPIO_MODE_IN_PU_NO_IT Input pull-up, no external interrupt

GPIO_MODE_IN_FL_IT Input floating, external interrupt

GPIO_MODE_IN_PU_IT Input pull-up, external interrupt

要上拉的話，單片機內(nèi)部會自動為引腳提供一個上拉電流，在沒有外部輸入的情況下，引腳就是高電平了。

表示輸出模式的取值有8種，分別是是否開漏輸出、輸出高低電平、是否高速輸出的組合：

GPIO_MODE_OUT_OD_LOW_FAST Output open-drain, low level, 10MHz

GPIO_MODE_OUT_PP_LOW_FAST Output push-pull, low level, 10MHz

GPIO_MODE_OUT_OD_LOW_SLOW Output open-drain, low level, 2MHz

GPIO_MODE_OUT_PP_LOW_SLOW Output push-pull, low level, 2MHz

GPIO_MODE_OUT_OD_HIZ_FAST Output open-drain, high-impedance level,10MHz

GPIO_MODE_OUT_PP_HIGH_FAST Output push-pull, high level, 10MHz

GPIO_MODE_OUT_OD_HIZ_SLOW Output open-drain, high-impedance level, 2MHz

GPIO_MODE_OUT_PP_HIGH_SLOW Output push-pull, high level, 2MHz

在這個應(yīng)用中，需要把PD4設(shè)置為帶上拉(因為按鈕未按下時要呈高電平)、有中斷的輸入模式。開機時，PD3要設(shè)置為低電平的輸出模式(低電平才能讓Q1導(dǎo)通)。關(guān)機時PD3要設(shè)置為不帶上拉的輸入模式，所以這部分代碼要這樣寫：

GPIO_Init(GPIOD, GPIO_PIN_4, GPIO_MODE_IN_PU_IT); //PD4設(shè)置為帶上拉、有中斷的輸入模式

GPIO_Init(GPIOD, GPIO_PIN_3, GPIO_MODE_OUT_PP_LOW_FAST); //開機時把PD3設(shè)置低電平的輸入模

GPIO_Init(GPIOD, GPIO_PIN_3, GPIO_MODE_IN_FL_NO_IT);//關(guān)機時把PD3設(shè)置低電平的輸入模式

額外提一下，除了GPIO_Init函數(shù)可以設(shè)置引腳是輸出高電平還是低電平，還可以用下面四個函數(shù)繼續(xù)引腳的高低電平：

void GPIO_Write(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint8_t PortVal) //輸出PortVal指定的電平

void GPIO_WriteHigh(GPIO_TypeDef* GPIOx, GPIO_Pin_TypeDef PortPins) //輸出高電平

void GPIO_WriteLow(GPIO_TypeDef* GPIOx, GPIO_Pin_TypeDef PortPins) //輸出低電平

void GPIO_WriteReverse(GPIO_TypeDef* GPIOx, GPIO_Pin_TypeDef PortPins) //高低電平翻轉(zhuǎn)一次

2)停機模式設(shè)置

STM8S單片機有停機模式，在停機模式下，單片機功耗降到最低，所有時鐘停止工作，但可以保留RAM和寄存器的值，停機模式只能可以通過下面幾種方式退出：

-外部中斷(GPIO)

-CAN接收中斷

-SPI傳輸結(jié)束

-I2C中斷(從地址匹配)

-復(fù)位

通過執(zhí)行HALT指令，也就是執(zhí)行庫函數(shù)的halt()函數(shù)進入停機模式。

3)設(shè)置外部中斷

外部中斷通過SetExtIntSensitivity函數(shù)設(shè)置：

void EXTI_SetExtIntSensitivity(EXTI_Port_TypeDef Port, EXTI_Sensitivity_TypeDef SensitivityValue)

其中Port是要設(shè)置外部中斷的端口，取值有GPIOA、GPIOB、GPIOC、GPIOD，分別對應(yīng)單片機的PAx、PBx、PCx、PDx端口;

SensitivityValue是外部中斷類型，有以下幾種取值，分別表示下降沿和低電平觸發(fā)中斷、上升沿觸發(fā)中斷、下降沿觸發(fā)中斷、上升沿和下降沿觸發(fā)中斷：

EXTI_SENSITIVITY_FALL_LOW Interrupt on Falling edge and Low level

EXTI_SENSITIVITY_RISE_ONLY Interrupt on Rising edge only

EXTI_SENSITIVITY_FALL_ONLY Interrupt on Falling edge only

EXTI_SENSITIVITY_RISE_FALL Interrupt on Rising and Falling edges

在這個應(yīng)用中，按鈕按下是產(chǎn)生下降沿，要選取EXTI_SENSITIVITY_FALL_ONLY模式。

設(shè)置中斷模式后，還需要啟用中斷，使用enableInterrupts()函數(shù)啟用。

4)外部中斷處理程序

在ST官方提供的STM8S_StdPeriph_Lib庫自帶的模板中，中斷處理程序都在stm8s_it.c中實現(xiàn)。stm8s_it.c中已經(jīng)根據(jù)中斷向量設(shè)置好了每種中斷處理程序的入口函數(shù)。只需在相應(yīng)函數(shù)中填入內(nèi)容即可。

這個應(yīng)用中是要編寫GPIOD端口的外部中斷處理函數(shù)，所以要在這個中

這個應(yīng)用中是要編寫GPIOD端口的外部中斷處理函數(shù)，所以要在這個中斷處理函數(shù)中增加開關(guān)機的內(nèi)容：

INTERRUPT_HANDLER(EXTI_PORTD_IRQHandler, 6)

{

}

5)整體程序設(shè)計和源代碼

單片機程序流程圖如下，包含主程序main()的流程和stm8s_it.c的外部中斷處理程序流程：

具體源代碼如下，關(guān)鍵點前面已經(jīng)介紹，就不再詳細說明了：

A)main.c的源代碼：

void Delay(uint16_t nCount)//定義延時函數(shù)，F(xiàn)FFF大約是0.2s

{

while (nCount != 0)

{

nCount--;

}

}

bool fPowerOn_flag =FALSE;//定義開關(guān)機標志

void main(void)

{

GPIO_Init(GPIOD,GPIO_PIN_4,GPIO_MODE_IN_PU_IT);

EXTI_SetExtIntSensitivity(EXTI_PORT_POWER_KEY,EXTI_SENSITIVITY_FALL_ONLY);

enableInterrupts();

while (1)

{

if(fPowerOn_flag == FALSE)

{

GPIO_Init(GPIOD, GPIO_PIN_3, GPIO_MODE_IN_FL_NO_IT);//PD3腳設(shè)置為輸入模式，Q1截止

halt();//進入停機模式

}else

{

GPIO_Init(GPIOD, GPIO_PIN_3, GPIO_MODE_OUT_PP_LOW_FAST);//PD3腳設(shè)置為輸出模式且為低電平，Q1導(dǎo)通

///////

//插入用戶自定義的代碼

//////

}

}

}

B)stm8s_it.c的源代碼：

void Delay(uint16_t nCount); //Delay函數(shù)在main.c中定義

extern bool fPowerOn_flag; //fPowerOn_flag在main.c中定義，所以這里要聲明成外部變量

INTERRUPT_HANDLER(EXTI_PORTD_IRQHandler, 6)

{

Delay(6000); //延時消抖

if(!GPIO_ReadInputPin(GPIOD, GPIO_PIN_3))//判斷是不是按鈕被按下

{

if(fPowerOn_flag)

{

fPowerOn_flag=FALSE;

}else

{

fPowerOn_flag=TRUE;

}

}

}

3、關(guān)機后實測結(jié)果

使用STM8S開發(fā)板實測關(guān)機電流，為40μA左右：

按18650鋰電池的典型容量2500mah計算，關(guān)機后可以支持2500mah/0.04ma/24小時/365天=7.1年，已經(jīng)超過電池的充電循環(huán)使用壽命了，基本可以接受，不過應(yīng)該還沒有達到最低值，還可以研究Datasheet，繼續(xù)優(yōu)化軟件，進一步減低關(guān)機電流。

4、總結(jié)

開關(guān)機部分就講完了，最后總結(jié)一下，這部分學(xué)習(xí)到的知識點包括：

1、單片機硬件設(shè)計，至少需要一個VCAP電容接到VCAP引腳和地之間，選用容量為1μF的瓷片電容，電在路布局上，這個電容越靠近單片機IC越好。

2、設(shè)置各個引腳的輸入、輸出模式設(shè)置方法

3、進入和退出停機模式的方法

4、設(shè)置外部中斷和中斷處理程序