警报灯定时设计

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本周工作

  • Verilog Ethernet 参考原有例程给出的NexysVideo板卡原理图，主要是以太网部分，其采用的是小螃蟹的RTL8211E-VB，而手头的XC7A35T板卡采用的是RTL8211FD，两者区别在于前者兼容多种工作接口如MII、RGMII等，后者只能以RGMII接口工作。

    Verilog Ethernet给出的例程中采用的接口为RGMII接口，但是使用的部分信号线在手头的XC7A35T板卡上没有使用，后面需看一下该信号的具体作用。另外两个板卡使用的时钟也不一样，移植前需要先修改时钟设置。

  • 高速警报灯定时设计

    1. 最开始采用的是自行设计的定时电路，如下。运放和参考源均选择静态工作电流在几个μA级别的器件，主要控制R1-C1的取值。实际测试后发现，C1取100nF，R1取100MΩ时，主开关Q1大概有约20多秒的关断时间。减小R1方便示波器测试，R1取10K时Q1关闭约14ms，162K时关闭约30ms，与理论设计差距较大。
      Circuit
      另外还对该电路进行电流测试，输入电压5V，电路在Q1关闭时消耗电流约399.6μA，在Q1开启时消耗电流约706.5μA，较接近1mA。

    2. 对于拟作为主控的STM32芯片，其具有多种工作模式，除了正常运行模式外，还具有睡眠(sleep)、低功耗运行(low power run)、低功耗睡眠(low power sleep)、停止(stop)、待机(standby)、关机(shutdown)等多种模式，其消耗电流依次降低。以STM32G031为例，各个模式下的运行状态如下。

      • 睡眠(sleep)模式：在睡眠模式下，只有CPU停止。所有外围设备继续运行，并在发生中断/事件时唤醒CPU。

      • 低功耗运行(low power run)模式：CPU核心供电由低功率电压调节器供电，限制CPU频率到2MHZ。

      • 低功耗睡眠(low power sleep)模式：在低功耗运行模式下进一步关闭CPU进入该模式。当事件或中断触发唤醒时，系统将恢复到低功率运行模式。

      • 停止(stop)模式：该模式下仅保留SRAM和寄存器中的内容，停止所有时钟，而且PLL、内部高速时钟、外部高速时钟被禁用，RTC、内外部低速时钟(32.768KHz)仍然保持工作。

      • 待机(standby)模式：寄存器内容丢失，RTC域和待机电路中的寄存器内容保留，SRAM内容可以通过寄存器设置选择保留。当外部重置事件（NRST引脚）、IWDG重置事件、唤醒事件（WKUP引脚，可配置上升或下降沿）或RTC事件（警报、周期性唤醒、时间戳、篡改）或LSE上检测到故障（LSE上的CSS）时，设备退出待机模式。

      • 关机(shutdown)模式：可实现最低功耗。除了外部低速时钟(32.768KHz)可以工作外，其他时钟如PLL，HSI，HSE等全部断电，RTC可以保持在活动状态。SRAM和寄存器内容全部丢失，RTC域中的寄存器除外。设备在外部重置事件（NRST引脚）、IWDG重置事件、唤醒事件（WKUP引脚、可配置上升或下降沿）或RTC事件（警报、周期性唤醒、时间戳、篡改）时退出关机模式。

      要实现在不工作状态下的最低功耗，最好设置不工作时STM32G0工作在待机或者关机模式，需要唤醒时通过仍在运行的RTC生成闹钟(alarm)事件唤醒。

      • 待机模式下，开启RTC并对SRAM供电以保持SRAM内容不丢失，最大工作电流约为4μA。该模式下可以在初始化时将程序导入到SRAM中运行，不用在被唤醒后重新从flash中读取程序进行一系列初始化，但是使用的相关外设如PLL，定时器，UART等还需要重新配置寄存器以设定其工作状态。

      • 关机模式下，开启RTC并由外部32.768kHz晶振驱动，最大工作电流约0.835μA。由于所有内容已丢失，需要重新执行启动过程，类似于单片机复位后重新运行程序。

  • 高速警报灯电源设计 按功率以及运行时间可分为两个部分，高功率-短时间运行区域和低功率-长时间运行区域。高功率短时间运行区域主要包括射频以及LED驱动部分，前者需要稳定的电源电压；低功率长时间运行区域主要是主控芯片，该部分允许变化的电源轨。

    整板供电主要用锂电池供电，以松下的2250mAh的18650型号电池为例，其基本的放电曲线如下。以整个电池的90%容量即放电2025mAh为放电上限，此时电池电压为2.5V。主控STM32芯片的供电电压最低可以到2.0V，此时仍然可以用电池供电。 discharge

    但是对于射频和LED驱动，如果以3.3V为驱动电压，仍然采用松下 2250mAh 18650供电。假定该部分需要电流200mA，对于该电池来说放电速率约为0.1C，1C表示电池一小时完全放电时电流强度，以0.2C放电曲线为参考，放出90%容量后电池仍然具有约3.4V电压，不存在电压跌落到3.3V一下的情况。

    综合以上分析，两部分供电可以采用以下方式：

    • 主控部分采用低甚至超低工作电流的LDO，LDO的压降一般在几百mV以内，输出电流越低则压降越低。LDO直接连接到电池两端，使电池全程对主控供电。

    • 射频和LED驱动部分采用一路开关电源输出，开关电源输入通过一个MOS管接到电池两端。不工作时将MOS管关闭，需要工作时则开启MOS管。开关电源可以采用Buck拓扑，只需进行降压。如果出现了电池电压低于该部分要求的工作电压的情况，则该开关电源就需要加入Boost升压，或采用Buck-Boost以维持输出电压在全电池电压变化范围内的稳定。

  • PicoDAQ警报
    已经在佛祖岭那边将PicoDAQ警报安装完成，本次仅安装一个，保留原有警报的同时在另一侧入口安装了一个警报，中控上点击加热后警报亮起，运行状态如下。
    Alarm

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