基于MAX16031系统管理器的在线编程设计

1 引言
    目前，很多应用系统均采用总线控制方式实时配置各种寄存器，灵活实现其控制功能，从而全程监控各个参数。典型的总线控制设计方案一基于EEPROM的系统监控电路，通过对EEPROM进行在线编程，实时配置系统各个控制参数，进而实时监测各种电路参数及故障。
    MAX16031就是一种基于EEPROM的系统监控电路，可监测8路电源电压，提供3路温度检测和1路电流监测；每个监测参数与4个不同门限相比较，多路故障指示输出可配置在不同条件下触发报警。这里以MAX16031为核心，配以相应的辅助电路和灵活的软件设计，通过I2C总线来实现基于MAX16031的实时监控在线编程功能。

2 硬件设计
    MAX16031内置有一个兼容于SMBusTM的I2C接口和一个JTAG接口，这两个接口均可访问器件的所有寄存器，可编程设置其内部EEPROM。
2．1 供电电源
    MAX16031的电源电压范围为3～14 V，通常可将VCC连接至12 V中等电压总线，或连接到3．3 V辅助电源。也可使用外部供电电路对其编程设置，例如使用3．3 V辅助电压(而无需其他电源)，或施加12 V中等电压总线，关闭所有下游电源，以避免其他电路施加电源。也可使用常见的双二极管，由编程连接器供电。当MAX16031由12 V总线供电时，由于二极管会产生压降，因此该供电效果最佳。
2．2 共用总线
    当一器件(非μP)正常工作时需与MAX16031通信，则存在潜在问题。例如，当系统监控μP需要访问MAX16031的A/D转换器读数时，外部供电电路掉电或只是部分供电、且MAX16031正在编程时，挂接在I2C总线的其他器件可能产生干扰。而最简便解决方法是通过JTAG接口编程MAX16031并监控连接到I2C接口的μP。若μP支持开漏I2C总线I／O(即未连接至VCC的ESD保护二极管的引脚)，同时上拉电阻足够大，则在编程和正常工作时共用I2C总线是可行的。如果μP的I2C总线不是开漏式，ESD二极管将箝位总线并会干扰编程。如果系统μP不具备真正的开漏I2C总线，可采用图1所示电路在μP和编程I2C总线之间自动切换。

    图1中，MAX4525复用器在连接到系统μP的I2C和连接到编程测试点上的I2C之间切换。开关由系统μP的VCC控制。如果采用12 V电源供电，而不是VCC，开关将I2C连接至编程测试点。一旦施加VCC电源，开关将I2C连接至系统μP。在编程模式下，连接在测试点的编程硬件电路必须提供适当的I2C上拉电阻。
2．3 编程电路
    图2所示电路通过12 V中等电压总线向MAX16031供电，通过双二极管从编程连接器供电。该连接器与MAX16031的I2C总线连接，并与板上具有开漏I2C输出的系统管理μP共用总线，此时μP并未真正加载到总线上，即便是在上电前。作为外部编程器的替代方案，也可使用系统管理μP在初始上电时，编程设置MAX16031，可在没有特殊硬件的条件下更新MAX16031的配置。

3 在线编程
3．1 编程算法
    利用MAX16031的内置EEPROM，首先确定编程寄存器的锁定地址；然后加载EEPROM的开始地址；利用写入命令在EEPROM的开始地址处写入数据；等待I2C总线编程结束后，进入下一个编程循环，如图3所示。

3．2 参数设置
    MAX16031内置EEP-ROM用于储存器件配置参数。上电后，EEPROM的内容被送入RAM寄存器。RAM和EEPROM均通过JTAG和I2C接口访问。若要正确编程MAX16031，则所需参数必须设置在EEPROM，图4为MAX16031的存储器映射。

3．3 在线编程步骤
    在编程MAX16031的EEPROM配置内存时，必须首先确定寄存器r5Fh[0]上的配置锁定位是否为零；如果不为零，则在该位上写入“1”将其清零。若要写入EEPROM，进入EEPROM页面，加载开始地址(97h)，然后发送一系列块烧录命令(I2C)。以下为典型EEPROM编程过程的伪码：

    经上述在线编程后，通过I2C总线即可实时监控各种复杂系统的电压、电流、温度和故障等，同时允许用户自行设置工作范围、上下限、故障输出以及工作模式，并存储相关数据，从而实现更高的灵活性。

4 结束语
    该系统设计虽然是针对I2C总线在线编程，但设计方法在总线系统的接口编程设计中具有通用性，对相关的电路设计有一定的参考价值。