專利名稱:一種計(jì)算器電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本實(shí)用新型涉及計(jì)算器電路,具體涉及復(fù)位產(chǎn)生方式與振蕩器結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù):
計(jì)算器是最常見的電子產(chǎn)品之一,其特點(diǎn)是帶有鍵盤陣列和IXD顯示;采用電池 供電,對(duì)功耗較為敏感,要求整機(jī)耗電低,但在接受鍵盤命令和執(zhí)行計(jì)算操作時(shí)又需要快速 響應(yīng)。同時(shí),對(duì)于芯片設(shè)計(jì)來說,由于外圍應(yīng)用環(huán)境各有差別,實(shí)際工作條件比較復(fù)雜,要求 電路有較高的可靠性,在外圍應(yīng)用環(huán)境發(fā)生突變或惡化時(shí)能確保電路繼續(xù)正常工作。在電路時(shí)鐘的選擇上,現(xiàn)有技術(shù)中采用高頻時(shí)鐘,保證了電路接受鍵盤命令和進(jìn) 行運(yùn)算的響應(yīng)速度較快,但是功耗較大;如果采用低頻時(shí)鐘,電路的功耗得到控制,但是響 應(yīng)速度又無法保證。如果提供了高頻和低頻兩種電路時(shí)鐘,而高頻時(shí)鐘由一路振蕩器構(gòu)成, 低頻時(shí)鐘由高頻時(shí)鐘分頻得到,則高頻振蕩器始終處于工作狀態(tài),同樣有功耗偏大的缺點(diǎn)。當(dāng)電路的外圍條件發(fā)生突變時(shí),如供電電壓發(fā)生變化,電路內(nèi)部的狀態(tài)可能發(fā)生 錯(cuò)亂,從而導(dǎo)致功能失效?,F(xiàn)有技術(shù)中解決這一問題的有效方法就是及時(shí)使電路復(fù)位。一 般的計(jì)算器電路都帶有上電復(fù)位功能,即在系統(tǒng)上電過程中,電路內(nèi)部產(chǎn)生一復(fù)位信號(hào),等 上電完成并穩(wěn)定后,延遲一段時(shí)間再解除復(fù)位信號(hào),以確保內(nèi)部各器件實(shí)現(xiàn)可靠復(fù)位。上電復(fù)位電路只能確保電路在上電過程中可靠復(fù)位,但是對(duì)于系統(tǒng)運(yùn)行過程中的 電壓跌落不起作用。另外,由于上電復(fù)位電路對(duì)于瞬時(shí)的掉電不敏感,如果IC電源地上有 大的電解電容,在關(guān)機(jī)后電還沒掉光再上電,就會(huì)出現(xiàn)復(fù)位不良。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題針對(duì)計(jì)算器電路的響應(yīng)速度和功耗對(duì)時(shí)鐘速度的 不同要求,以及單一上電復(fù)位電路可靠性不足等問題,通過對(duì)計(jì)算器電路結(jié)構(gòu)的改進(jìn),提高 系統(tǒng)工作的可靠性,并達(dá)到系統(tǒng)響應(yīng)速度和功耗的平衡。為解決上述技術(shù)問題,本實(shí)用新型提供一種計(jì)算器電路,包括1.鍵掃描模塊,用于掃描鍵盤的狀態(tài);2.程序處理模塊,包括ROM、指令譯碼及微操作產(chǎn)生電路、ALU、PC定時(shí)器、總線交 換電路與狀態(tài)標(biāo)志電路。ROM接收PC定時(shí)器的定時(shí)信息,并向總線交換電路與指令譯碼及 微操作產(chǎn)生電路輸出指令信息;總線交換電路接收鍵掃描模塊與指令譯碼及微操作產(chǎn)生電 路的輸出信號(hào),并從ROM中取指,向ALU輸出信號(hào);ALU的輸出信號(hào)提供給狀態(tài)標(biāo)志電路,向 總線交換電路提供反饋信號(hào);狀態(tài)標(biāo)志電路的輸出信號(hào)提供給PC定時(shí)器,進(jìn)行程序流程控 制。3.系統(tǒng)切換模塊,接收鍵掃描模塊與程序處理模塊的輸出信號(hào),用于提供系統(tǒng)工 作狀態(tài)或等待狀態(tài)之間的切換;4. IXD驅(qū)動(dòng)模塊,包括RAM、倍壓電路、段譯碼電路與COM信號(hào)產(chǎn)生電路,接收程序 處理模塊的輸出信號(hào),用于驅(qū)動(dòng)LCD顯示計(jì)算結(jié)果。其中,RAM接收總線交換電路的輸出信號(hào),向段譯碼電路提供信號(hào);段譯碼電路接收RAM與倍壓電路的輸出信號(hào);COM產(chǎn)生電路接 收倍壓電路的輸出信號(hào);段譯碼電路與COM產(chǎn)生電路的輸出共同驅(qū)動(dòng)LCD。5.復(fù)位模塊,接收系統(tǒng)切換模塊的輸出信號(hào),對(duì)系統(tǒng)內(nèi)的電壓進(jìn)行復(fù)位,具體包括 上電復(fù)位模塊與低壓復(fù)位模塊。低壓復(fù)位電路的輸出與上電復(fù)位電路的輸出依次通過或非 門與非門,進(jìn)行邏輯“或”運(yùn)算,最后輸出為系統(tǒng)復(fù)位信號(hào)。低壓復(fù)位電路實(shí)現(xiàn)當(dāng)電源電壓 跌落到一定幅度時(shí),電路自動(dòng)復(fù)位,同時(shí),對(duì)于關(guān)機(jī)后掉電不完全再上電的情形,低壓復(fù)位 電路也能在掉電時(shí)及時(shí)對(duì)電路復(fù)位,從而實(shí)現(xiàn)復(fù)位的高可靠性。6.振蕩器模塊,接收系統(tǒng)切換模塊的輸出信號(hào),為系統(tǒng)提供高頻與低頻的時(shí)鐘頻 率,具體包括高頻振蕩器與低頻振蕩器。低頻振蕩器中的電阻一端與高頻振蕩器中電阻一 端相連,共同連接電容、反相器與RS觸發(fā)器,另一端分別連接二選一開關(guān)的2個(gè)引腳,并通 過開關(guān)實(shí)現(xiàn)高頻振蕩器與低頻振蕩器的切換當(dāng)鍵盤實(shí)現(xiàn)有效命令時(shí),開關(guān)連接高頻振蕩 器,系統(tǒng)采用高頻時(shí)鐘工作,進(jìn)行運(yùn)算、產(chǎn)生計(jì)算結(jié)果并驅(qū)動(dòng)LCD顯示,達(dá)到較快的響應(yīng)速 度;當(dāng)系統(tǒng)處于等待狀態(tài)時(shí),開關(guān)連接低頻振蕩器,系統(tǒng)采用低頻時(shí)鐘工作,等待接收有效 命令,大大降低系統(tǒng)耗電,提高電池的使用壽命。低壓復(fù)位電路能實(shí)現(xiàn)對(duì)電源電壓的監(jiān)控,但是它的工作需要建立時(shí)間,如果電路 的上電時(shí)間太快,有可能來不及響應(yīng)。因此,本實(shí)用新型采用上電復(fù)位電路輸出和低壓復(fù)位 電路輸出相或的方法,兩種復(fù)位產(chǎn)生方式同時(shí)起作用,以達(dá)到整個(gè)系統(tǒng)的高可靠性。同時(shí), 通過內(nèi)部邏輯,產(chǎn)生振蕩器的切換選擇信號(hào),在鍵盤接收到有效命令時(shí)采用高頻時(shí)鐘工作, 在系統(tǒng)處于等待狀態(tài)時(shí)采用低頻時(shí)鐘工作。本實(shí)用新型的技術(shù)效果是通過增加低壓復(fù)位電路,且低壓復(fù)位電路輸出與上電復(fù) 位電路的輸出依次通過或非門與非門,進(jìn)行邏輯“或”運(yùn)算,最后輸出為系統(tǒng)復(fù)位信號(hào),實(shí)現(xiàn) 系統(tǒng)在掉電時(shí)能及時(shí)對(duì)電路復(fù)位,提高系統(tǒng)復(fù)位的可靠性。同時(shí),增加低頻振蕩器,且低頻 振蕩器與高頻振蕩器并聯(lián),并通過內(nèi)部邏輯實(shí)現(xiàn)振蕩器的切換,大大降低了系統(tǒng)的功耗,提 高電池的使用壽命。
圖1為本實(shí)用新型提出的計(jì)算器電路結(jié)構(gòu);圖2為低壓復(fù)位電路的原理示意圖;圖3為低壓復(fù)位電路的工作波形示意圖;圖4為復(fù)位模塊的結(jié)構(gòu)示意圖;圖5為振蕩器模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
為使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚,
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型 作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。圖1為本實(shí)用新型提出的計(jì)算器電路結(jié)構(gòu)。如圖1所示,本實(shí)用新型中提出的計(jì)算器電路包括以下結(jié)構(gòu)1.程序處理模塊101包括R0M、指令譯碼及微操作產(chǎn)生電路、ALU、狀態(tài)標(biāo)志、總線 交換電路和PC定時(shí)器。ROM接收PC定時(shí)器的定時(shí)信息,并向總線交換電路與指令譯碼及微操作產(chǎn)生電路輸出指令信息;總線交換電路接收鍵掃描模塊與指令譯碼及微操作產(chǎn)生電路 的輸出信號(hào),并從ROM中取指,向ALU輸出信號(hào);ALU的輸出信號(hào)提供給狀態(tài)標(biāo)志電路,同時(shí) 向總線交換電路提供反饋信號(hào);狀態(tài)標(biāo)志電路的輸出信號(hào)提供給PC定時(shí)器,進(jìn)行程序流程 控制。2. IXD驅(qū)動(dòng)模塊102包括RAM、倍壓電路、段譯碼、COM信號(hào)產(chǎn)生電路。其中,RAM 接收總線交換電路的輸出信號(hào),向段譯碼電路提供信號(hào),RAM分為數(shù)據(jù)RAM和顯示RAM,數(shù)據(jù) RAM用于程序運(yùn)行時(shí)暫存數(shù)據(jù),顯示RAM存放IXD顯示數(shù)據(jù);倍壓電路對(duì)芯片電源電壓1. 5V 倍壓,得到3V電壓,給LCD顯示模塊供電;段譯碼電路接收RAM與倍壓電路的輸出信號(hào),COM 產(chǎn)生電路接收倍壓電路的輸出信號(hào),段譯碼電路與COM產(chǎn)生電路的輸出共同驅(qū)動(dòng)LCD。3.鍵掃描和系統(tǒng)切換控制,鍵掃描模塊掃描鍵盤信息,并向程序處理模塊101中 的總線交換電路提供輸入信號(hào),系統(tǒng)切換模塊接收鍵掃描模塊與總線交換電路的輸出信 號(hào),相應(yīng)改變系統(tǒng)工作狀態(tài),并切換當(dāng)前振蕩器。計(jì)算器系統(tǒng)外接一個(gè)鍵盤陣列,在主程序 運(yùn)行進(jìn)入到鍵掃描程序時(shí),在鍵掃描輸出引腳上送出鍵掃描信號(hào)并等待鍵盤輸入。當(dāng)某個(gè) 鍵盤輸入被檢測(cè)到,則電路進(jìn)入相應(yīng)的分支程序,進(jìn)行運(yùn)算。所有的鍵盤輸入分支電路都帶 有施密特觸發(fā)器,以防止誤觸發(fā)。4.復(fù)位電路模塊103包括上電復(fù)位電路和低壓復(fù)位電路,且上電復(fù)位電路和低壓 復(fù)位電路的輸出依次通過或非門與非門,進(jìn)行邏輯“或”運(yùn)算,最后輸出為系統(tǒng)復(fù)位信號(hào)。其 中,上電復(fù)位電路實(shí)現(xiàn)在電路上電過程中產(chǎn)生復(fù)位信號(hào),在上電完成后解除該復(fù)位信號(hào);低 壓復(fù)位電路實(shí)現(xiàn)當(dāng)電源電壓跌落到某個(gè)閾值時(shí)產(chǎn)生復(fù)位信號(hào),當(dāng)電源電壓重新上升到大于 或等于某個(gè)閾值時(shí)解除復(fù)位信號(hào)。5.振蕩器模塊104包括振蕩器1與振蕩器2,接收系統(tǒng)切換電路的輸出信號(hào),并向 系統(tǒng)內(nèi)所有電路提供時(shí)鐘信號(hào)。其中,振蕩器1為高頻振蕩器,產(chǎn)生高頻時(shí)鐘,振蕩器2為 低頻振蕩器,產(chǎn)生低頻時(shí)鐘,并由內(nèi)部邏輯電路實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)切換控制。當(dāng)檢測(cè)到鍵盤輸入時(shí), 通過內(nèi)部邏輯改變切換選擇信號(hào)的狀態(tài),選擇高頻振蕩器,進(jìn)行運(yùn)算、產(chǎn)生計(jì)算結(jié)果,并驅(qū) 動(dòng)LCD顯示;當(dāng)運(yùn)算完成,進(jìn)入顯示等待狀態(tài)時(shí),再次改變切換選擇信號(hào)的狀態(tài),選擇低頻 振蕩器,等待接收命令。圖2為低壓復(fù)位電路的原理示意圖。如圖2所示,在本實(shí)施例中,采用若干個(gè)(彡2個(gè))PMOS管和若干個(gè)(彡2個(gè))NMOS 管串聯(lián)作為電阻,對(duì)電源電壓進(jìn)行分壓。當(dāng)電源電壓下降時(shí),分壓后輸出的電壓同時(shí)下降, 當(dāng)下降到小于或等于某個(gè)閾值1 (范圍為0. 2伏至0. 35伏)時(shí),后級(jí)的復(fù)位信號(hào)產(chǎn)生電路 的狀態(tài)發(fā)生翻轉(zhuǎn),得到中間復(fù)位信號(hào)。該中間復(fù)位信號(hào)經(jīng)整形和濾波(包括去除毛刺和干 擾,防止誤觸發(fā)復(fù)位)后,得到最終的低壓復(fù)位輸出信號(hào)。當(dāng)電源電壓回升時(shí),同樣對(duì)其分 壓,當(dāng)分壓后的電壓回升到大于或等于閾值2 (范圍為0. 25伏至0. 4伏)時(shí),復(fù)位信號(hào)產(chǎn)生 電路的狀態(tài)再次翻轉(zhuǎn),解除復(fù)位信號(hào)。其中,閾值1對(duì)應(yīng)的電源電壓為復(fù)位電壓,閾值2對(duì) 應(yīng)的電源電壓為啟動(dòng)電壓。另外,若需要調(diào)整復(fù)位電壓,則可以通過調(diào)整PMOS管的個(gè)數(shù)來調(diào)整分壓比例,從 而調(diào)整復(fù)位信號(hào)產(chǎn)生電路的翻轉(zhuǎn)電平和電源電壓的比值,達(dá)到調(diào)整復(fù)位電壓的效果。圖3為低壓復(fù)位電路的工作波形示意圖。如圖3所示,當(dāng)電源電壓下降時(shí),在未下降到復(fù)位電壓前,中間復(fù)位信號(hào)和低壓復(fù)位輸出信號(hào)為0;當(dāng)電源電壓下降到復(fù)位電壓(在本實(shí)施例中為0.82V)時(shí),中間復(fù)位信號(hào) 和低壓復(fù)位輸出信號(hào)的狀態(tài)翻轉(zhuǎn),波形開始跟隨電源電壓變化,即等于邏輯“1”,此時(shí)的輸 出信號(hào)可以使后級(jí)的電路復(fù)位;當(dāng)電源電壓回升到啟動(dòng)電壓(在本實(shí)施例中為0.95V)時(shí), 中間復(fù)位信號(hào)和低壓復(fù)位輸出信號(hào)又變?yōu)?,即解除了電路的復(fù)位。圖4為復(fù)位模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖4所示,復(fù)位電路模塊包括上電復(fù)位電路與低壓復(fù)位電路,且二者的輸出依 次通過或非門與非門,進(jìn)行邏輯“或”運(yùn)算,最后輸出為系統(tǒng)復(fù)位信號(hào)。上電復(fù)位過程中產(chǎn)生 的復(fù)位和電壓跌落過程中產(chǎn)生的復(fù)位都能起作用,確保系統(tǒng)在各種情況下都能可靠復(fù)位。圖5為振蕩器模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖5所示,振蕩器模塊包括高頻振蕩器與低頻振蕩器,且二者均采用RC振蕩結(jié) 構(gòu)。其中,EN是內(nèi)部邏輯產(chǎn)生的振蕩器使能信號(hào),EN= 1/0分別表示打開/關(guān)閉振蕩器;K 是由系統(tǒng)切換控制模塊產(chǎn)生的振蕩器切換選擇信號(hào),通過一個(gè)二選一的單元分別將電阻1 與電阻2接入回路,實(shí)現(xiàn)振蕩器1和振蕩器2的切換,其中,電阻1的阻值較小,范圍為400 千歐姆至800千歐姆,振蕩器1為高頻振蕩器,電阻2的阻值較大,范圍為1500千歐姆至 3000千歐姆,振蕩器2為低頻振蕩器。當(dāng)觸點(diǎn)K連接觸點(diǎn)A時(shí),電阻1接入回路,實(shí)現(xiàn)高頻 振蕩器,則系統(tǒng)按照高頻振蕩器輸出的時(shí)鐘頻率工作;當(dāng)觸點(diǎn)K連接觸點(diǎn)B時(shí),電阻2接入 回路,實(shí)現(xiàn)低頻振蕩器,則系統(tǒng)按照低頻振蕩器輸出的時(shí)鐘頻率工作。高頻振蕩器和低頻振 蕩器分別使用各自的電阻,并共用電容,電容范圍為2皮法至10皮法。作為最佳實(shí)施例,電阻1阻值為550千歐姆,電阻2阻值為2200千歐姆,電容為5 皮法。當(dāng)EN = 1時(shí),若觸點(diǎn)K連接觸點(diǎn)A,實(shí)現(xiàn)高頻振蕩器,計(jì)算器進(jìn)行計(jì)算、產(chǎn)生結(jié)果,并 驅(qū)動(dòng)LCD顯示;若觸點(diǎn)K連接觸點(diǎn)B,實(shí)現(xiàn)低頻振蕩器,計(jì)算器處于等待狀態(tài),等待接收有效 命令。在不偏離本實(shí)用新型的精神和范圍的情況下還可以構(gòu)成許多有很大差別的實(shí)施 例。應(yīng)當(dāng)理解,除了如所附的權(quán)利要求所限定的,本實(shí)用新型不限于在說明書中的具體實(shí)施 例。
權(quán)利要求1.一種計(jì)算器電路,包括鍵掃描模塊,用于掃描鍵盤的狀態(tài);程序處理模塊,接收所述鍵掃描模塊的輸出信號(hào),用于處理各項(xiàng)命令;系統(tǒng)切換模塊,接收所述鍵掃描模塊與程序處理模塊的輸出信號(hào),用于提供系統(tǒng)工作 狀態(tài)或等待狀態(tài)之間的切換;LCD驅(qū)動(dòng)模塊,接收所述程序處理模塊的輸出信號(hào),用于驅(qū)動(dòng)LCD顯示計(jì)算結(jié)果;其特征在于,還包括復(fù)位模塊,對(duì)系統(tǒng)內(nèi)的電壓進(jìn)行復(fù)位,具體包括上電復(fù)位模塊與低壓復(fù)位模塊;振蕩器模塊,接收所述系統(tǒng)切換模塊的輸出信號(hào),為系統(tǒng)提供高頻與低頻的時(shí)鐘頻率, 具體包括高頻振蕩器與低頻振蕩器。
2.如權(quán)利要求1所述的計(jì)算器電路結(jié)構(gòu),其特征在于,程序處理模塊包括R0M,指令譯 碼電路及微操作產(chǎn)生電路,ALU, PC定時(shí)器,總線交換電路與狀態(tài)標(biāo)志電路,其中,所述ROM 接收所述PC定時(shí)器的定時(shí)信息,并向所述總線交換電路與所述指令譯碼電路及微操作產(chǎn) 生電路輸出指令信息;所述總線交換電路接收所述鍵掃描模塊、所述指令譯碼及微操作產(chǎn) 生電路的輸出信號(hào),并從所述ROM中取指,向所述ALU輸出信號(hào);所述ALU的輸出信號(hào)提供 給所述狀態(tài)標(biāo)志電路,同時(shí)向所述總線交換電路提供反饋信號(hào);所述狀態(tài)標(biāo)志電路的輸出 信號(hào)提供給所述PC定時(shí)器,進(jìn)行程序流程控制。
3.如權(quán)利要求1所述的計(jì)算器電路結(jié)構(gòu),其特征在于,LCD驅(qū)動(dòng)模塊包括RAM,倍壓電 路,段譯碼電路與COM信號(hào)產(chǎn)生電路,其中,所述RAM接收所述總線交換電路的輸出信號(hào),向 所述段譯碼電路提供信號(hào);所述段譯碼電路接收所述RAM與所述倍壓電路的輸出信號(hào);所 述COM產(chǎn)生電路接收所述倍壓電路的輸出信號(hào);所述段譯碼電路與所述COM產(chǎn)生電路的輸 出信號(hào)共同驅(qū)動(dòng)IXD。
4.如權(quán)利要求1所述的計(jì)算器電路結(jié)構(gòu),其特征在于,上電復(fù)位電路的輸出與低壓復(fù) 位電路的輸出依次通過或非門與非門,進(jìn)行邏輯“或”運(yùn)算,最后輸出為系統(tǒng)復(fù)位信號(hào)。
5.如權(quán)利要求1所述的計(jì)算器電路結(jié)構(gòu),其特征在于,高頻振蕩器與低頻振蕩器均由 RC振蕩電路構(gòu)成。
6.如權(quán)利要求5所述的計(jì)算器電路結(jié)構(gòu),其特征在于,高頻振蕩器中電阻阻值范圍為 400千歐姆至800千歐姆,低頻振蕩器中電阻阻值范圍為1500千歐姆至3000千歐姆,且高 頻振蕩器與低頻振蕩器共用電容,電容范圍為2皮法至10皮法。
7.如權(quán)利要求1所述的計(jì)算器電路結(jié)構(gòu),其特征在于,低頻振蕩器中的電阻一端與高 頻振蕩器中電阻一端相連,共同連接電容、反相器與RS鎖存器,另一端分別連接二選一開 關(guān)的2個(gè)引腳,通過開關(guān)實(shí)現(xiàn)高頻振蕩器與低頻振蕩器的切換。
專利摘要本實(shí)用新型提供了一種計(jì)算器電路,包括鍵掃描模塊;程序處理模塊,接收鍵掃描模塊輸出信號(hào),用于處理各項(xiàng)命令;系統(tǒng)切換模塊,接收鍵掃描模塊與程序處理模塊輸出信號(hào),用于提供系統(tǒng)工作狀態(tài)或等待狀態(tài)之間的切換;LCD驅(qū)動(dòng)模塊,接收程序處理模塊輸出信號(hào),用于驅(qū)動(dòng)LCD顯示計(jì)算結(jié)果;復(fù)位模塊,包括上電復(fù)位模塊與低壓復(fù)位模塊,對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)位;振蕩器模塊,接收系統(tǒng)切換模塊輸出信號(hào),包括高頻振蕩器與低頻振蕩器,為系統(tǒng)提供高頻與低頻的時(shí)鐘頻率。本實(shí)用新型通過增加低壓復(fù)位電路,使電路能及時(shí)復(fù)位,從而提高系統(tǒng)復(fù)位的可靠性,并通過增加低頻振蕩器,使計(jì)算器處于等待狀態(tài)時(shí)采用低頻工作,大大降低系統(tǒng)的功耗。
文檔編號(hào)G06F15/02GK201917900SQ20102065955
公開日2011年8月3日 申請(qǐng)日期2010年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月14日
發(fā)明者徐佰新, 楊桂萍, 薛中, 趙海, 邱丹, 陸健, 陳銘, 陳長(zhǎng)華 申請(qǐng)人:無錫華潤(rùn)矽科微電子有限公司