一键开关机电路

注:如下内容学习于“芯片之家”公众号!
按键电路在我们的电路设计中非常常见,其中有一种比较特殊,就是一键开关机电路,顾名思义,就是只用一个按键实现开机关机以及其他功能,其实大家都接触过,我们手机中的开机键就是一个很好的例子,一键开关机有纯硬件机制,也有软件配合机制,今天我们只探索软件配合机制!

原理其实很简单,就是通过控制PMOS Q2的通断来实现的,当按键KEY1按下的时候,PMOS Q2导通,之后控制Q1导通,就可以实现PMOS一直导通,实现开机,开机之后,可以检测PG2的电平来判断按键的短按,双击,长按等操作。

开机过程

在这里插入图片描述
按键没按下之前,PMOS GS两端电压一样,不导通,当按键按下之后,看上图红色回路,G极通过二极管D1接地,PMOS导通,12V电压通过PMOS到VCC,给后级供电,这时候有老铁就要问了,难道我要一直按着嘛,按键松开的话MOS不就关断了。

别急,重点来了,大家有没有注意到一个细节,我们长按手机的时候,什么时候会松开按键,当屏幕点亮的时候才会松开吧,其实从按下到屏幕点亮,系统已经运行起来一部分了,系统刚运行起来的时候,会立刻将PG1拉高,三极管Q1导通。
在这里插入图片描述
此时,如上图所示,MOS管的G极被拉低,即使松开按键了,PMOS依然导通,由此实现长按开机功能。

那么又有老铁问了,系统开机后,我还想用这个按键实现一些别的功能,比如短按,双击什么的,该怎么办?

按键过程

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好说,这里肯定帮老铁们考虑好了,看上图红色部分,按键按下之后,PG2通过D2到地,松开之后,被上拉到高电平,由此就可以检测KEY1按键的短按,长按,双击等功能。

关机过程

在这里插入图片描述
这里的关机其实是“软关机”,当检测到到KEY1长按时,系统先进行必要的关机处理,之后将PG1拉低,Q1关断,松开按键后,实现关机。

### 单片机实现一键开关机电路设计方案 #### 设计概述 单片机实现的一键开关机电路通常由按键、MOS管、三极管以及单片机构成。其核心原理是利用按键触发信号,通过单片机控制外部元件的状态来完成设备的开/关操作[^3]。 #### 控制流程描述 当按下按键时,三极管 Q1 导通,使得单片机获得供电并复位进入工作状态。随后,单片机会检测按键输入 K-IN 是否处于低电平。如果是,则单片机输出端口 K-OUT 输出高电平,使另一只三极管 Q2 导通,从而模拟按键长按的效果。此时 LED 指示灯点亮,表示系统已启动完毕。 在运行过程中,如果再次按下按键超过一定时间(例如 1 秒),单片机将识别为关机指令,并将 K-OUT 设置为低电平,切断 Q2 的导通路径。LED 熄灭后,释放按键会使 Q1 截止,最终导致单片机失去供电而关闭。 以下是基于上述逻辑的一个典型硬件连接方式: ```plaintext +-------------------+ | | | PMOS (Q2) |-----> 板载电源供应 (+Vcc) | | +-------+-----------+ | v R_pullup | v +---------+ | G| | Single-|---> K_OUT (GPIO Pin of MCU) | Chip |---> K_IN (Input GPIO Pin with Pull-up Resistor) | S| +---------+ | v GND ``` 其中 `R_pullup` 是用于上拉 K-IN 输入引脚的电阻;PMOS 负责切换主电源供给线路。 #### 关于零功耗待机功能 为了达到真正的零功耗待机效果,在实际应用中可结合光耦隔离技术或者专用芯片进一步优化设计。比如采用 CD4013 构建双稳态触发电路作为辅助部分,能够有效减少静态电流消耗[^4]。 #### 示例代码片段 下面给出一段针对 PIC16F84A 微控制器编写的基础 C 语言伪码,展示如何判断按键动作及时序管理: ```c #include <pic.h> #define DELAY_TIME_MS 1000 // 定义延时时长为一秒 void main() { TRISB = 0b00000001; // 配置 RB0 为输入模式,其余皆设为输出. while(1){ if(PORTBbits.RB0 == 0){ // 如果检测到按钮被按下... delay_ms(DELAY_TIME_MS); // 延迟一段时间 if(PORTBbits.RB0 == 0 && !is_power_on()){ turn_on_system(); // 执行开机命令 }else if(is_long_press()){ turn_off_system(); // 否则执行关机命令 } } } } ``` 注意以上仅为示意性质的功能框架,具体实现需依据所选用型号调整寄存器配置及相关参数设置。
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