硬件软件控制切换电路的制作方法

本实用新型涉及切换电路，尤其涉及一种硬件软件控制切换电路。

背景技术：

含有软件的电子设备，如果软件启动时间较长，那么在软件具备对系统实施控制的能力前，设备的某些状态，尤其是外设的状态往往不可控，存在一些随机性或不可预测性，或者状态虽然稳定但并非处于期望的状态。

为了让系统在软件能够正确控制之前处于某种期望的确定状态，有多种方法。一种是根据芯片的电气特性，比如GPIO的上电默认电平，来获得一个临时的确定状态。

另外也可以增加启动时间很短的单片机来对外设实施控制，由单片机来实现主控软件启动期间的状态维护，从而获得主控软件启动过程中期望的确定状态。待主控软件正常工作后，由主控芯片通过数字接口比如I2C，UART，SPI等向单片机发送指令，单片机根据主控的指令完成外设控制。

对于一些复杂的外设，比如需要通过复杂的数字接口才能控制的外设，并不能简单依赖GPIO的上电默认电平来获得期望的确定状态。另外通过GPIO的默认电平来获得确定状态并不可靠，比如芯片的版本升级，前后批次的不一致性，不同品牌替换等等情形都可能导致电气特性差异，从而导致产品在批量生产过程中存在需要更改硬件设计版本的风险。

增加单片机的问题在于一方面增加了产品的硬件成本，另一方面增加了系统升级维护的难度。

技术实现要素：

为了解决现有技术中的问题，本实用新型提供了一种成本低，维护方便的硬件软件控制切换电路。

本实用新型提供了一种硬件软件控制切换电路，包括主控CPU及其软件控制接口、软件控制行为检测单元、控制权切换单元、初始状态形成单元和外设，所述主控CPU及其软件控制接口的输出端分别与所述软件控制行为检测单元的输入端、控制权切换单元的输入端连接，所述软件控制行为检测单元的输出端与所述控制权切换单元的输入端或者初始状态形成单元的输入端连接，所述初始状态形成单元的输出端与所述控制权切换单元的输入端连接，所述控制权切换单元的输出端与所述外设连接。

所述软件控制行为检测单元包括三极管Q1、电阻R7、电阻R6、二极管D5和电容C8，所述三极管Q1的发射极接电源，所述三极管Q1的基极通过电阻R7与所述主控CPU及其软件控制接口连接，所述三极管Q1的集电极与所述二极管D5的阳极连接，所述二极管D5的阴极接所述电容C8后接地，所述电阻R6连接于所述三极管Q1的发射极、基极之间。

作为本实用新型的进一步改进，所述主控CPU及其软件控制接口包括芯片U1，所述控制权切换单元包括二极管D1，所述芯片U1的引脚4分别与所述电阻R7、二极管D1的阳极连接，所述二极管D1的阴极与所述外设连接。

作为本实用新型的进一步改进，所述初始状态形成单元包括三极管Q2、三极管Q3、电容C9、二极管D6、二极管D7、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12，其中，所述三极管Q2集电极与所述二极管D6的阳极连接，所述二极管D6的阴极连接于所述二极管D5的阴极、电容C8之间，所述二极管D6的阴极串联所述电阻R10后接于所述三极管Q3的基极，所述三极管Q2的发射极接电源，所述三极管Q2的基极通过所述电阻R9与所述控制权切换单元连接，所述电容C9连接于所述三极管Q2的集电极、基极之间，所述电阻R11的一端接于所述电阻R10、三极管Q3的基极之间，所述电阻R11的另一端接地，所述三极管Q3的发射极接地，所述三极管Q3的集电极连接于所述电阻R9、控制权切换单元之间，所述电阻R12的一端接电源，所述电阻R12的另一端连接于所述电阻R9、控制权切换单元之间。

作为本实用新型的进一步改进，所述控制权切换单元还包括电阻13、MOS管Q4和电阻R5，所述电阻R5的一端接于所述二极管D1的阳极、外设之间，所述电阻R5的另一端与所述MOS管Q4的漏极连接，所述MOS管Q4的源极接地，所述MOS管Q4的栅极通过电阻R13分别与所述电阻R12、电阻R9、三极管的集电极连接。

本实用新型的有益效果是：通过上述方案，可通过纯硬件电路，实现在软件启动期间设备状态可控，成本低，维护方便。

附图说明

图1是本实用新型一种硬件软件控制切换电路的原理框图。

图2是实用新型一种硬件软件控制切换电路的电路图。

图3是实用新型一种硬件软件控制切换电路的电路图。

具体实施方式

下面结合附图说明及具体实施方式对本实用新型作进一步说明。

如图1至图3所示，一种硬件软件控制切换电路，包括主控CPU及其软件控制接口1、软件控制行为检测单元2、控制权切换单元3、初始状态形成单元4和外设5，所述主控CPU及其软件控制接口1的输出端分别与所述软件控制行为检测单元2的输入端、控制权切换单元3的输入端连接，所述软件控制行为检测单元2的输出端分别与所述控制权切换单元3的输入端、初始状态形成单元4的输入端连接，所述初始状态形成单元4的输出端与所述控制权切换单元3的输入端连接，所述控制权切换单元3的输出端与所述外设5连接。

本实用新型提供的一种硬件软件控制切换电路，在包含软件的电子设备中，系统上电后主控软件启动过程中尚未具备对外设的控制能力的阶段，由初始状态形成单元4对系统某些状态进行控制，使其处于某种期望的确定状态。另外包含一个软件控制行为检测单元2，用于检测主控软件正常工作后对外设的控制行为。一旦检测到软件有控制行为，即表明主控启动已经完成，软件已经正常工作，此时由控制权切换单元3将外设状态的控制权切换到软件，初始状态形成单元4不再影响外设的状态。

软件控制行为检测单元2可能直接连接控制权切换单元3，亦可通过初始状态形成单元4间接连接控制权切换单元3，视具体电路边设计的便利性而定。本实用新型中即通过初始状态形成单元4间接连接。

如图1至图3所示，所述软件控制行为检测单元包括三极管Q1、电阻R7、电阻R6、二极管D5和电容C8，所述三极管Q1的发射极接电源，所述三极管Q1的基极通过电阻R7与所述主控CPU及其软件控制接口连接，所述三极管Q1的集电极与所述二极管D5的阳极连接，所述二极管D5的阴极接所述电容C8后接地，所述电阻R6连接于所述三极管Q1的发射极、基极之间。

如图1至图3所示，所述主控CPU及其软件控制接口包括芯片U1，所述控制权切换单元包括二极管D1，所述芯片U1的引脚4分别与所述电阻R7、二极管D1的阳极连接，所述二极管D1的阴极与所述外设连接。

如图1至图3所示，所述初始状态形成单元包括三极管Q2、三极管Q3、电容C9、二极管D6、二极管D7、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12，其中，所述三极管Q2集电极与所述二极管D6的阳极连接，所述二极管D6的阴极连接于所述二极管D5的阴极、电容C8之间，所述二极管D6的阴极串联所述电阻R10后接于所述三极管Q3的基极，所述三极管Q2的发射极接电源，所述三极管Q2的基极通过所述电阻R9与所述控制权切换单元连接，所述电容C9连接于所述三极管Q2的集电极、基极之间，所述电阻R11的一端接于所述电阻R10、三极管Q3的基极之间，所述电阻R11的另一端接地，所述三极管Q3的发射极接地，所述三极管Q3的集电极连接于所述电阻R9、控制权切换单元之间，所述电阻R12的一端接电源，所述电阻R12的另一端连接于所述电阻R9、控制权切换单元之间。

如图1至图3所示，所述控制权切换单元还包括电阻13、MOS管Q4和电阻R5，所述电阻R5的一端接于所述二极管D1的阳极、外设之间，所述电阻R5的另一端与所述MOS管Q4的漏极连接，所述MOS管Q4的源极接地，所述MOS管Q4的栅极通过电阻R13分别与所述电阻R12、电阻R9、三极管的集电极连接。

本实用新型以外设5为数字电视机顶盒为例进行说明，芯片U1为LED控制芯片U1。

如图1至图3所示，在数字电视机顶盒中，通常会使用一些LED灯来表示机顶盒的状态。在高端机顶盒产品中，会要求软件对所有LED都能够控制，也就是说不允许有某个LED一直常亮，并且要求每一个LED亮度都可调节。机顶盒主控芯片通常会通过I2C，SPI等接口和一个LED控制芯片进行通信，由LED控制芯片来点亮LED。

如图2所示，主控通过I2C总线和LED控制芯片U1连接，对发光二极管D2、发光二极管D3、发光二极管D4进行控制。LED控制芯片U1的第3、4、5脚为低有效，即低电平时发光二极管D2、发光二极管D3、发光二极管D4会有电流流过，LED控制芯片U1的第3、4、5脚的输出波形为PWM输出，可通过设置PWM占空比对发光二极管D2、发光二极管D3、发光二极管D4进行256级亮度调节。LED控制芯片U1对发光二极管D2、发光二极管D3、发光二极管D4会进行限流，因此无需外接限流电阻。LED控制芯片U1上电后如I2C未进行任何控制，则默认状态为发光二极管D2、发光二极管D3、发光二极管D4全部熄灭。

如果不采用本实用新型，则图2中二极管D1可以直接短路，R5不存在。使用效果是，机顶盒上电十数秒乃至几十秒后，主控软件才能够对其进行控制，在此前发光二极管D2、发光二极管D3、发光二极管D4没有任何显示，用户体验较差。

如图1至图3所示，为避免上电后很长时间无任何显示的问题，在图2中增加二极管D1和电阻R5，并增加网络名NPULSE_DET,HW_DRV,另外增加图3的电路。

上电后，LED控制芯片U1第3脚，即NPULSE_DET输出为高阻态。图3中，上拉电阻R6的存在确保此时三极管Q1截止。由于刚开机，电容C9两端电压为0，因此三极管Q2截止；从而在下拉电阻R11的作用下，三极管Q3基极确定为低电平，三极管Q3也截止，三极管Q3集电极开路；三极管Q3截止，则电阻R12两端压降为0，进一步保证三极管Q2截止。在电阻R12上拉作用下，三极管Q3集电极为高电平，从而MOS管Q4导通，HW_DRV为低电平，通过图2中的电阻R5驱动发光二极管D2。因此上电之后即便没有软件控制,发光二极管D2也会显示。

当主控软件启动完毕后，会通过I2C对LED控制芯片U1进行控制。控制后LED控制芯片U1的第3，4，5脚会有PWM波形输出。第3脚NPULSE_DET网络为负脉冲检测网络，只要有PWM波形输出，三极管Q1即会以一定占空比导通，通过二极管D5向电容C8充电。当充电达到一定电压时，将打开三极管Q3；而三极管Q3一旦导通，其集电极为低电平，会通过电阻R9驱动三极管Q2基极令三极管Q2导通；三极管Q2导通后再通过二极管D6,电阻R10进一步驱动三极管Q3，从而形成正反馈。因此，一旦检测到NPULSE_DET网络有负脉冲(即相当于检测到软件控制行为，因为该负脉冲只有软件实施了控制才会产生)，则三极管Q2,三极管Q3将形成自锁一直导通下去，直到关机再重新上电。三极管Q2,三极管Q3都导通后，将会导致MOS管Q4的G极为低电平，从而MOS管Q4截止，HW_DRV网络从此变成高阻，不再对发光二极管D2构成任何影响，直到下次开机。此时发光二极管D2的控制权完全交由软件。

本实用新型提供的一种硬件软件控制切换电路，具有以下优点：

1、可以通过纯硬件电路，实现在软件启动期间设备状态可控；并且在软件正常工作后硬件自动退出,不影响软件对设备的控制。

2、相比传统的依赖GPIO等默认上电电平来实现状态可控而言，本电路对初始状态的实现更加可靠。

3、相比于增加单片机或其他辅助芯片而言，本电路成本低，且无需另外的软件或固件，维护方便。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。