STM8S单片机入门2(关机模式开关机按钮)

    开关机功能是使用电池供电系统的最基本功能。如果使用机械式开关（2段拨动开关，自锁开关等）等直接接通和切断电源，不说机械部件的可靠性，至少自动关机（一般在长时间不操作、电池电量低时需要自动关机）功能就比较难实现。所以电池供电系统一般采用按钮开关，用一个按钮配合软件实现按一次开机、再按一次关机的功能及自动关机的功能。

    这部分内容就讲述如何在STM8S上实现一键式的开关机功能。开关机功能要使用单片机的一个引脚（PD4）作为输入端，连接到按钮，接收按纽按下产生的电信号，然后再使用另一个引脚（PD3）作为输出端去驱动由三极管8550构成的一个电子开关实现对系统电源的控制。而STM8S单片机本身就直接接在电池上，利用单片机的停机模式，将单片机本身的电流降低到μA级，对电池的消耗就可以忽略不计了。

1、电路设计

    电路图如下，C1是STM8S单片机VCAP电容，保持内部1.8V电压的稳定，是STM8S单片机唯一必须接要的外部元件，选用容量为1μF的瓷片电容，而且从电路可靠性讲，这个电容越靠近单片机IC越好。

     K1是按钮，一端接到单片机的PD4引脚上，另一端接地，这样按钮被按下就会产生一个低电平的脉冲。

     Q1是三极管，通过发光二极管D1和限流电阻R1接到单片机的PD3上。这样当PD3输出低电平时，Q1导通，VCC上有电压，可以对系统供电，反之PD3输出高电平时，Q1截止VCC没有电压。

     发光二极管D1还兼作电源指示灯的作用， Q1导通时发光反之不发光。

     剩余的C2~C5都是电源退藕电容，用于消除电源上的干扰信号。P1、P2两个接线端分别接3.6V锂电池的正负极。  

2、软件设计

    软件要实现的功能是，在PD4引脚上监控按钮按下产生的低电压脉冲信号，并根据这个信号来设置PD3引脚的输出电平去控制Q1的导通和截止，以及设置单片机自身的工作状态，以此实现对电源供电的控制。

   1）引脚工作模式设置

     首先要做的，就是设置单片机引脚的工作模式，把PD4设置为输入模式，D3设置为输出模式。

     在STM8S_StdPeriph_Lib库中，可以使用这个函数进行设置：

     void GPIO_Init(GPIO_TypeDef* GPIOx, GPIO_Pin_TypeDef GPIO_Pin, GPIO_Mode_TypeDef GPIO_Mode)

     GPIOx是端口编号，取值有GPIOA、GPIOB、GPIOC、GPIOD，分别对应单片机的PAx、PBx、PCx、PDx端口，GPIO_Pin是引脚编号，取值有GPIO_PIN_1~GPIO_PIN_7，函数通过GPIOx和GPIO_Pin两个参数指定一个唯一的引脚。

     GPIO_Mode是工作模式了。表示输入模式的取值有四种，分别是要不要上拉，要不要中断的四种组合：
           GPIO_MODE_IN_FL_NO_IT     Input floating, no external interrupt
           GPIO_MODE_IN_PU_NO_IT    Input pull-up, no external interrupt
           GPIO_MODE_IN_FL_IT            Input floating, external interrupt
           GPIO_MODE_IN_PU_IT           Input pull-up, external interrupt

      要上拉的话，单片机内部会自动为引脚提供一个上拉电流，在没有外部输入的情况下，引脚就是高电平了。

      表示输出模式的取值有8种，分别是是否开漏输出、输出高低电平、是否高速输出的组合：
           GPIO_MODE_OUT_OD_LOW_FAST       Output open-drain, low level, 10MHz
           GPIO_MODE_OUT_PP_LOW_FAST        Output push-pull, low level, 10MHz 
           GPIO_MODE_OUT_OD_LOW_SLOW     Output open-drain, low level, 2MHz 
           GPIO_MODE_OUT_PP_LOW_SLOW      Output push-pull, low level, 2MHz 
           GPIO_MODE_OUT_OD_HIZ_FAST         Output open-drain, high-impedance level,10MHz 
           GPIO_MODE_OUT_PP_HIGH_FAST       Output push-pull, high level, 10MHz 
           GPIO_MODE_OUT_OD_HIZ_SLOW       Output open-drain, high-impedance level, 2MHz 
           GPIO_MODE_OUT_PP_HIGH_SLOW     Output push-pull, high level, 2MHz

     在这个应用中，需要把PD4设置为带上拉（因为按钮未按下时要呈高电平）、有中断的输入模式。开机时，PD3要设置为低电平的输出模式（低电平才能让Q1导通）。关机时PD3要设置为不带上拉的输入模式，所以这部分代码要这样写：

        GPIO_Init(GPIOD, GPIO_PIN_4, GPIO_MODE_IN_PU_IT); //PD4设置为带上拉、有中断的输入模式

       GPIO_Init(GPIOD, GPIO_PIN_3, GPIO_MODE_OUT_PP_LOW_FAST); //开机时把PD3设置低电平的输入模

       GPIO_Init(GPIOD, GPIO_PIN_3, GPIO_MODE_IN_FL_NO_IT);//关机时把PD3设置低电平的输入模式

      额外提一下，除了GPIO_Init函数可以设置引脚是输出高电平还是低电平，还可以用下面四个函数继续引脚的高低电平：

        void GPIO_Write(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint8_t PortVal)         //输出PortVal指定的电平

        void GPIO_WriteHigh(GPIO_TypeDef* GPIOx, GPIO_Pin_TypeDef PortPins) //输出高电平

        void GPIO_WriteLow(GPIO_TypeDef* GPIOx, GPIO_Pin_TypeDef PortPins)  //输出低电平

        void GPIO_WriteReverse(GPIO_TypeDef* GPIOx, GPIO_Pin_TypeDef PortPins) //高低电平翻转一次

  2）停机模式设置

      STM8S单片机有停机模式，在停机模式下，单片机功耗降到最低，所有时钟停止工作，但可以保留RAM和寄存器的值，停机模式只能可以通过下面几种方式退出：

             -外部中断(GPIO)
             -CAN接收中断
             -SPI传输结束
             -I2C中断(从地址匹配)
             -复位

      通过执行HALT指令，也就是执行库函数的halt()函数进入停机模式。

   3）设置外部中断

      外部中断通过SetExtIntSensitivity函数设置：

       void EXTI_SetExtIntSensitivity(EXTI_Port_TypeDef Port, EXTI_Sensitivity_TypeDef SensitivityValue)

      其中Port是要设置外部中断的端口，取值有GPIOA、GPIOB、GPIOC、GPIOD，分别对应单片机的PAx、PBx、PCx、PDx端口；

      SensitivityValue是外部中断类型，有以下几种取值，分别表示下降沿和低电平触发中断、上升沿触发中断、下降沿触发中断、上升沿和下降沿触发中断：

         EXTI_SENSITIVITY_FALL_LOW    Interrupt on Falling edge and Low level 
         EXTI_SENSITIVITY_RISE_ONLY    Interrupt on Rising edge only 
         EXTI_SENSITIVITY_FALL_ONLY   Interrupt on Falling edge only 
         EXTI_SENSITIVITY_RISE_FALL     Interrupt on Rising and Falling edges
     在这个应用中，按钮按下是产生下降沿，要选取EXTI_SENSITIVITY_FALL_ONLY模式。

     设置中断模式后，还需要启用中断，使用enableInterrupts()函数启用。

    4）外部中断处理程序

    在ST官方提供的STM8S_StdPeriph_Lib库自带的模板中，中断处理程序都在stm8s_it.c中实现。stm8s_it.c中已经根据中断向量设置好了每种中断处理程序的入口函数。只需在相应函数中填入内容即可。

    这个应用中是要编写GPIOD端口的外部中断处理函数，所以要在这个中断处理函数中增加开关机的内容：

INTERRUPT_HANDLER(EXTI_PORTD_IRQHandler, 6)

{
 
}

    5）整体程序设计和源代码

    单片机程序流程图如下，包含主程序main()的流程和stm8s_it.c的外部中断处理程序流程：

    具体源代码如下，关键点前面已经介绍，就不再详细说明了：

    A）main.c的源代码：

void Delay(uint16_t nCount)//定义延时函数，FFFF大约是0.2s
{
 
  while (nCount != 0)
  {  
    nCount--;
  }
}

bool fPowerOn_flag =FALSE;//定义开关机标志

 void main(void)
{

   GPIO_Init(GPIOD,GPIO_PIN_4,GPIO_MODE_IN_PU_IT); 
   EXTI_SetExtIntSensitivity(EXTI_PORT_POWER_KEY,EXTI_SENSITIVITY_FALL_ONLY);   
   enableInterrupts();

  while (1)
  {
    if(fPowerOn_flag == FALSE)
    {

      GPIO_Init(GPIOD, GPIO_PIN_3, GPIO_MODE_IN_FL_NO_IT);//PD3脚设置为输入模式，Q1截止

      halt();//进入停机模式
    }else

    {

      GPIO_Init(GPIOD, GPIO_PIN_3, GPIO_MODE_OUT_PP_LOW_FAST);//PD3脚设置为输出模式且为低电平，Q1导通

     ///////

     //插入用户自定义的代码

     //////
    }
  }
}

    B）stm8s_it.c的源代码：

void Delay(uint16_t nCount); //Delay函数在main.c中定义

extern bool fPowerOn_flag; //fPowerOn_flag在main.c中定义，所以这里要声明成外部变量
INTERRUPT_HANDLER(EXTI_PORTD_IRQHandler, 6)

{

  Delay(6000); //延时消抖

  if(!GPIO_ReadInputPin(GPIOD, GPIO_PIN_3))//判断是不是按钮被按下

  {

    if(fPowerOn_flag)
    {
      fPowerOn_flag=FALSE;
    }else
    {
      fPowerOn_flag=TRUE;
    }

  }

}

3、关机后实测结果

    使用STM8S开发板实测关机电流，为40μA左右：

    按18650锂电池的典型容量2500mah计算，关机后可以支持2500mah/0.04ma/24小时/365天=7.1年，已经超过电池的充电循环使用寿命了，基本可以接受，不过应该还没有达到最低值，还可以研究Datasheet，继续优化软件，进一步减低关机电流。

4、总结

开关机部分就讲完了，最后总结一下，这部分学习到的知识点包括：

   1、单片机硬件设计，至少需要一个VCAP电容接到VCAP引脚和地之间，选用容量为1μF的瓷片电容，电在路布局上，这个电容越靠近单片机IC越好。

   2、设置各个引脚的输入、输出模式设置方法

   3、进入和退出停机模式的方法

   4、设置外部中断和中断处理程序