专利名称：微控制器系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及具有微控制器的微控制器系统，该微控制器可以在高功耗的工作状态和有限功耗的工作状态之间进行切换。微控制器在高功耗状态中可提供的功能在有限功耗的状态中不能使用或只能有限地使用。这种微控制器是针对以下的应用而开发的微控制器极度负荷的阶段和微控制器没有工作或负荷极小的阶段交替进行。通过将没有工作阶段的微控制器切换到有限功耗的状态中，可以明显降低微控制器系统的平均功耗，这尤其是在具有与电网无关的电流供应的应用中特别有利。
但无论微控制器的有限功耗有多小，都存在以下问题微控制器的运行在或短或长的时间内耗尽与电网电流源无关的有限容量。如果该微控制器系统例如用在汽车中并由汽车的电池供电，则该电池在基本上较长的时间之后会被耗尽，其结果是汽车不能在没有外部辅助手段的情况下启动。为了降低这种风险，必须在一段时间内(如汽车停止时)使微控制器系统的整个能量消耗尽可能地小，在这段时间内不需要微控制器的全部处理能力。
本发明的优点通过本发明提供一种满足上述要求的微控制器系统。该系统包括可以在具有高功耗的状态和具有有限功耗的状态之间切换的微控制器、状态寄存器、时钟发生器和与时钟发生器以及状态寄存器连接的第一逻辑组件，只要状态寄存器的内容具有第一预定值，该第一逻辑组件在接收到来自时钟发生器的时钟运行信号时就促使微控制器从有限功耗的状态转变到高功耗的状态。一旦状态寄存器失去该预定值，这是因为状态寄存器被微控制器改写，或者由于访问任意其它电路元件，微控制器系统就不再返回到该功耗状态。
最好，在接收到时钟运行信号时将状态寄存器的内容更改为第二值，微控制器完全断开。
合适地，微控制器被配置成在其自己的运行程序的控制下从高功耗状态转变到有限功耗状态。这使得微控制器可以在通过时钟运行信号促使而转变到高功耗状态之后自动返回有限功耗状态。
最好，微控制器仅在高功耗状态下可以执行程序指令，在有限功耗状态中不能执行程序指令。
相反，合适的是微控制器的寄存器的内容在有限功耗状态中保持不变，从而在转变到高功耗状态时可以立即向微控制器提供事先存储在其中的数据。
状态寄存最好可以通过微控制器写入。从而微控制器可以随时、至少在微控制器处于高功耗状态时借助当前的运行条件确定，该状态是否应当在间或转变到有限功耗状态之后重新建立。
可替代或者补充的是，还可以设置监控电路来测量向微控制器系统馈电的电源的剩余容量，并且在该电源的剩余容量低于临界值时改写状态寄存器，从而防止返回到高功耗状态，因为这可能会导致对电源的过度消耗。
时钟发生器在微控制器从高功耗状态转变到有限功耗状态之后产生最好具有预定延迟的时钟运行信号，从而只要寄存器具有第一值，微控制器就在所设置的延迟结束之后周期地返回到有限功耗状态。
该延迟值可以通过微控制器设置。
最好，所述微控制器和时钟发生器被实施为一个共同的电路部件。
如果微控制器系统包括被设置为提供一组多个供电电势的电压供应电路，其中在微控制器的有限功耗状态下不需要所有的供电电势，则该电压供应电路最好可以在该电压供应电路提供该组完整的供电电势的状态与不提供该组的至少一个供电电势的状态之间进行切换，该至少一个供电电势是处于有限功耗状态的微控制器的运行所不需要的。通过这种方式可以降低电压供应电路在微控制器处于有限功耗状态时的损耗功率，并由此进一步延长电池的使用寿命。
最好，微控制器的复位输入端前面连接逻辑门，该逻辑门在有限功耗状态下不允许复位命令到达微控制器。这种逻辑门特别适合于抑制总是在由公知的运行电压监控电路监控的运行电压背离容许的间隔时(这在高功耗状态中可能导致微控制器错误工作)由该公知运行电压监控电路产生的复位命令。
本发明的其它特征和优点由下面参照附图对实施例的描述而给出。
图1示出本发明微控制器系统的结构框图。
具体实施例方式
图1所示的微控制器系统包括微控制器1，其可以从具有高功耗的正常工作状态切换到具有有限功耗的状态，在正常工作状态中微控制器1可以读取和执行存储在(未在图1中示出的)存储器中的运行程序，在有限功耗状态中微控制器1不能再执行运行程序，但是该微控制器的寄存器或至少该寄存器的一部分以及可由微控制器1访问的写入读取存储器(同样未示出)的内容可以保留，并且微控制器的内部时钟发生器2保持有效工作。微控制器1从集成的电压供应部件3、简称为电压源3吸收多个供电电势。在由电压源3提供的多个电势中，为了保持微控制器1的有限功耗状态只需要一个在图1中用VKAP表示的电势。电势VKAP的绝对值例如为约2.6V。用于传递只有微控制器1的高功耗状态才需要的供电电势的供电导线在图1中用电压源3和微控制器1之间的虚线表示。
下面还将详细描述的多个逻辑部件8至20为了运行只需要供电电势VKAP。
微控制器系统从外部接收接通/断开信号PWR，该信号在微控制器系统设置在汽车中时例如可以由该汽车的点火而输出，并在停火时根据逻辑值0采取地电平，在点火时根据逻辑1例如采取+12V的电位。该接通/断开信号PWR直接提供到电压源3的开关输入端上。根据接通-断开信号的电平，电压源提供电平为5V或0V的状态信号ST。该状态信号ST通过由电阻4、5组成的分压器传送给或非门8的第一输入端，该分压器将5V的电平减小到2.6V。或非门8的第二输入端通过由电容6和电阻7组成的低通滤波器以及两个相继连接在后的倒置施密特触发器9、10而与VKAP连接。或非门8的输出端与第一D触发器11的低启动的清除输入端CL连接。
触发器11还具有高启动并直接与VKAP连接的置位输入端PR，从时钟发生器2接收由倒置施密特触发器12倒置的时间运行信号T_EXP的时钟输入端CLK，以及直接与VKAP连接的数据输入端D。触发器11未被倒置的数据输出端Q与或门13的第一输入端连接，该或门的第二输入端与电压源3的复位输出端RST_OUT连接，或门的输出端与微控制器1的复位输入端RST_IN连接。
第二D触发器16与触发器11的结构相同。触发器16的数据输入端D与微控制器1的生长愿望(Aufwachwunsch)信号AUFW连接，该信号通过由电阻21、22组成的分压器根据触发器16的供电电位VKAP而从常见的TTL输出电平5V减小为2.6V。触发器16的输入端CLK的时钟信号来源于与非门17，该与非门在其第一输入端接收时钟发生器运行信号T_EXP，在第二输入端接收另一个与非门18的输出信号。与非门18的输入端又与或门13的输出端以及分压器4、5的输出端连接。
触发器16的倒置的输出信号Q通过与或非门19与时钟发生器运行信号T_EXP逻辑运算地传送到电压源3的控制输入端KAP_ON，通过或非门20与被施密特触发器12倒置的时钟运行信号逻辑运算地传送到电压源3的控制输入端REAKT。
下面解释上述电路的工作方式。在此作为起始状态是这样一个状态，其中电压源3不再提供供电电势，接通/断开信号PWR具有逻辑值0，也就是说微控制器系统完全断开。如果汽车点火运行而且相应地PWR稳定地过渡到逻辑1，则电压源3、微控制器1的不同的供电电势以及状态信号ST开始输出高电平。只要供电电势不稳定，电压源3的复位输出RST_OUT就保持为0。
通过分压器4、5在或非门8的输入端提供根据逻辑1的电平由状态信号ST推导出的2.6V，从而或非门8与其另一个输入信号无关地相触发器11的低启动清除输入端CL提供电平为逻辑0的输出信号。在触发器11的输出端Q显示是逻辑值0，从而或门13向微控制器1的复位输入端RST_IN提供逻辑值0。也就是说微控制器在该阶段继续复位。
只要由电压源3提供的供电电势稳定，复位输出RST_OUT转换为逻辑1。由于触发器11的内容在此期间没有变化，因此逻辑1的电平也到达微控制器1的复位输入端RST_IN，从而该微控制器不再复位，可以开始执行其工作程序。
在起始阶段该工作程序在特定的寄存器和RAM存储区中检查它们是从早先的微控制器1的工作状态中保留的数据，还是包含只通过接通而形成的随机值。检查类型取决于在前面运行阶段的这些数据如何由运行程序保证。
进行该检查的方法是，例如在多个寄存器或RAM存储单元中保留一个寄存器或RAM存储单元，用其它寄存器或存储单元的奇偶位或其它完整性检验信息来描述该寄存器或RAM存储单元。在起始阶段，微控制器重新计算针对其它寄存器或存储单元完整性检验信息，并将结果与所述一个寄存器和一个单元的内容比较。在这里所观察的完全断开之后重新启动的状况下，所计算的完整性检验信息与在所述一个寄存器和一个单元中找到的完整性检验信息不一致。也就是说存储器内容是没有价值的，必须重新初始化。在一致的情况下该存储器内容有1-2n(n是完整性检验信息的位数)的概率是可使用的数据。
保证所获得的数据的另一种方法是对每一个要保证的日期不仅存储其实际值，而且存储其每一位的非值，并在重新启动时加以验证。
如果重新停火，则PWR返回到逻辑0。电压源3调整所有供电电压的产生，除了VKAP。微控制器1借助其运行程序判断是否需要完全断开，还是应当在稍后时刻再次启动，并且根据这一判断将内部寄存器23设置为逻辑0或逻辑1，该寄存器的内容作为用“生长愿望信号”表示的输出信号AUFW输出到微控制器1的端子。
总是在电压源3没有提供多个供电电势之一从而保证微控制器1按照规定运行时，尤其是在电压源3只提供VKAP时，电压源3的输出RST_OUT为逻辑0。通常，应当保证由电压源3馈电的微控制器不会因为供电电势故障而转换到未定义的状态，而是每次在这种状态的危险临近时就重新启动。但是，如果微控制器只是间或转变到有限功耗状态中，则这种重新启动不是期望的。在此，在该状态中抑制重新启动，因为只要电容器6被充电，在触发器11的清除输入端CL上的信号就转变到1，也就是说触发器11不再一直被清除，而是通过时钟发生器运行信号T_EXP在停火时触发地在其数据输入端上存储值1，然后在输出端Q输出。值Q＝1通过或门13也传送给微控制器1的低启动复位输入端RST_IN，从而该微控制器在有限功耗状态中不会被复位。
首先应当考察微处理器在PWR转变到0之后不必重新运行的情况。在这种情况下，AUFW设置为0，时钟发生器运行信号T_EXP从1转变到0。由此分别在触发器11、16的时钟输入端CLK上产生上升边缘，该上升边缘使得这些触发器采用在其相应数据输入端D上的值。在触发器11的情况中值是1，因为电压源3还是像以前一样提供供电电压VKAP。对于触发器16则是生长愿望信号AUFW的值0。
微控制器1用预定的延迟时间初始化时钟发生器2，将其设置为运行，并转变到有限功耗的状态。只要时钟发生器没有停止运行，或非门19就从该时钟发生器接收T_EXP＝0，从触发器16接收Q＝1由此将电平逻辑1施加在电压源3的输入端KAP_ON上，从而该电压源3还提供输出电压VKAP。
如果时钟发生器结束运行，则T_EXP采取值1，从而或非门19在输入端KAP_ON上施加0电平(因为Q＝1)。因此在时钟发生器2结束运行之后电压源3仍然不产生供电电压VKAP，并且微控制器完全断开。
现在考察微控制器1决定在停火之后再次转变到高功耗状态中的情况，在该状态中微控制器可以不受限制地运行。在这种情况下，在微控制器1转变到有限功耗状态和T_EXP为0之前，微控制器1将内部寄存器23设置为值1，并因此也将生长愿望信号AUFW设置为值1，由此值1存储在触发器16中。如果现在时钟发生器2运行结束而且输出T_EXP重新采取值1，则在或非门19的另一个输入端同样给出1，从而或非门19继续像电压源3的输入端KAP_ON提供电平1。因此随着时钟发生器2的结束不再设置VKAP的产生。
或非门20在时钟发生器2结束之前从触发器16的输出端Q接收值0，并从与T_EXP连接的倒置施密特触发器12接收值1，像电压源3的反应输入端REAKT提供零电平。随着时钟发生器的结束，施密特触发器12的输出信号为0，由此或非门20的输出信号为1。电压源3由此反应，并且除了VKAP之外还产生其它所有供电电压。
如在微控制器系统从完全断开状态中进行上述启动时，只要供电电压还没有重新稳定，电压源3就将复位输出端RST_OUT保持在0。随着重新接通，ST又变为高电平。由此触发器11返回到0，并通过或门13将微控制器1的复位输入端RST_IN设置为逻辑0的电平。由此强迫微控制器1复位。微控制器现在用自从断开以来就没有改变过的存储器和寄存器内容来重新启动其工作程序。
如上述在前面完全断开之后启动的情况中，该工作程序包含对存储器和寄存器内容一致性的检验。这次将该内容识别为可使用而不必初始化。
如果微控制器1完成了待执行的任务，则微控制器重新决定是必须再次启动还是可以最终断开，设置生长愿望信号AUFW的相应值，将T_EXP设置为0，以便触发触发器11、16，启动时钟发生器2和允许电压源3产生除VKAP之外的所有供电电压。
如果微控制器1处于有限功耗的状态中，则还可以随时通过汽车点火重新产生微控制器系统的全部运行能力。
应用上述微控制器系统的简单例子是在具有尾气催化器的汽车上测量汽车点火装置的断开持续时间。为此在PWR＝1期间初始化不等于0的易失存储器。在停火以及PWR＝0期间，存储器在每次转变到高功耗状态时都减小。如果重新点火并且PWR＝1，寄存器为0，则必须基于该催化器是冷却的情况。如果寄存器不是0，则该寄存器输出汽车的使用寿命，并且可以借助该使用寿命估计针对某个温度催化器的特性以及如何最佳地使用该催化器。
权利要求
1.微控制器系统，具有可以在具有高功耗的状态和具有有限功耗的状态之间切换的微控制器(1)、状态寄存器(23)、时钟发生器(2)和与时钟发生器(2)以及状态寄存器(23)连接的第一逻辑组件(16，19)，并且只要状态寄存器(23)的内容(AUFW)具有第一预定值，该第一逻辑组件在接收到来自时钟发生器(2)的时钟运行信号(T_EXP)时就促使微控制器(1)从有限功耗的状态转变到高功耗的状态。
2.根据权利要求1所述的微控制器系统，其特征在于，只要状态寄存器(23)的内容(AUFW)具有第二预定值，第一逻辑组件(16，19)在接收到来自时钟发生器(2)的所述时钟运行信号(T_EXP)时就促使微控制器(1)断开。
3.根据权利要求1或2所述的微控制器系统，其特征在于，所述微控制器(1)被配置成按程序控制方式从高功耗状态转变到有限功耗状态。
4.根据上述权利要求之一所述的微控制器系统，其特征在于，所述高功耗状态是所述微控制器(1)可以执行程序指令的状态，所述有限功耗状态是所述微控制器(1)不能执行程序指令的状态。
5.根据上述权利要求之一所述的微控制器系统，其特征在于，所述微控制器(1)的寄存器的内容在有限功耗状态中保持不变。
6.根据上述权利要求之一所述的微控制器系统，其特征在于，所述状态寄存器(23)可以通过微控制器被写入。
7.根据上述权利要求之一所述的微控制器系统，其特征在于，所述时钟发生器(2)在微控制器(1)从高功耗状态转变到有限功耗状态之后产生具有预定延迟的时钟运行信号(T_EXP)。
8.根据权利要求7所述的微控制器系统，其特征在于，可以通过微控制器设置所述延迟。
9.根据上述权利要求之一所述的微控制器系统，其特征在于，所述微控制器(1)和时钟发生器(2)实施为一个共同的电路部件。
10.根据上述权利要求之一所述的微控制器系统，其特征在于，该系统包括一个被设置成提供一组多个供电电势的电压供应电路(3)，并且该电压供应电路可以在该电压供应电路提供该组完整的供电电势的状态与不提供该组的至少一个供电电势的状态之间进行切换，该至少一个供电电势是处于有限功耗状态的微控制器(1)的运行所不需要的。
11.根据权利要求10所述的微控制器系统，其特征在于，所述电压供应电路(3)的控制输入端(REAKT，KAP_ON)与状态寄存器(23)连接，该电压供应电路恰好在状态寄存器(23)的内容(AUFW)具有第一预定值时提供不完整的输出电压组。
12.根据上述权利要求之一所述的微控制器系统，其特征在于，所述微控制器(1)的复位输入端(RST_IN)前面连接逻辑门(13)，该逻辑门在有限功耗状态下不允许复位命令到达微控制器(1)。
13.根据上述权利要求之一所述的微控制器系统，其特征在于，所述微控制器系统被用于汽车的控制设备。
全文摘要
微控制器系统包括可以在具有高功耗的状态和具有有限功耗的状态之间切换的微控制器(1)、状态寄存器(23)、时钟发生器(2)和与时钟发生器(2)以及状态寄存器(23)连接的第一逻辑组件(16，19)，并且只要状态寄存器(23)的内容(AUFW)具有第一预定值，该第一逻辑组件在接收到来自时钟发生器(2)的时钟运行信号(T_EXP)时就促使微控制器(1)从有限功耗的状态转变到高功耗的状态。
文档编号G06F1/32GK101052935SQ200580037958
公开日2007年10月10日 申请日期2005年10月26日 优先权日2004年11月3日
发明者C·施泰因勒, H·切斯库蒂, M·托马斯 申请人:罗伯特·博世有限公司