基于MAX16031系統(tǒng)管理器的在線編程設(shè)計(jì)

1 引言
    目前，很多應(yīng)用系統(tǒng)均采用總線控制方式實(shí)時(shí)配置各種寄存器，靈活實(shí)現(xiàn)其控制功能，從而全程監(jiān)控各個(gè)參數(shù)。典型的總線控制設(shè)計(jì)方案一基于EEPROM的系統(tǒng)監(jiān)控電路，通過對(duì)EEPROM進(jìn)行在線編程，實(shí)時(shí)配置系統(tǒng)各個(gè)控制參數(shù)，進(jìn)而實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各種電路參數(shù)及故障。
    MAX16031就是一種基于EEPROM的系統(tǒng)監(jiān)控電路，可監(jiān)測(cè)8路電源電壓，提供3路溫度檢測(cè)和1路電流監(jiān)測(cè)；每個(gè)監(jiān)測(cè)參數(shù)與4個(gè)不同門限相比較，多路故障指示輸出可配置在不同條件下觸發(fā)報(bào)警。這里以MAX16031為核心，配以相應(yīng)的輔助電路和靈活的軟件設(shè)計(jì)，通過I2C總線來實(shí)現(xiàn)基于MAX16031的實(shí)時(shí)監(jiān)控在線編程功能。

2 硬件設(shè)計(jì)
    MAX16031內(nèi)置有一個(gè)兼容于SMBusTM的I2C接口和一個(gè)JTAG接口，這兩個(gè)接口均可訪問器件的所有寄存器，可編程設(shè)置其內(nèi)部EEPROM。
2．1 供電電源
    MAX16031的電源電壓范圍為3～14 V，通常可將VCC連接至12 V中等電壓總線，或連接到3．3 V輔助電源。也可使用外部供電電路對(duì)其編程設(shè)置，例如使用3．3 V輔助電壓(而無需其他電源)，或施加12 V中等電壓總線，關(guān)閉所有下游電源，以避免其他電路施加電源。也可使用常見的雙二極管，由編程連接器供電。當(dāng)MAX16031由12 V總線供電時(shí)，由于二極管會(huì)產(chǎn)生壓降，因此該供電效果最佳。
2．2 共用總線
    當(dāng)一器件(非μP)正常工作時(shí)需與MAX16031通信，則存在潛在問題。例如，當(dāng)系統(tǒng)監(jiān)控μP需要訪問MAX16031的A/D轉(zhuǎn)換器讀數(shù)時(shí)，外部供電電路掉電或只是部分供電、且MAX16031正在編程時(shí)，掛接在I2C總線的其他器件可能產(chǎn)生干擾。而最簡(jiǎn)便解決方法是通過JTAG接口編程MAX16031并監(jiān)控連接到I2C接口的μP。若μP支持開漏I2C總線I／O(即未連接至VCC的ESD保護(hù)二極管的引腳)，同時(shí)上拉電阻足夠大，則在編程和正常工作時(shí)共用I2C總線是可行的。如果μP的I2C總線不是開漏式，ESD二極管將箝位總線并會(huì)干擾編程。如果系統(tǒng)μP不具備真正的開漏I2C總線，可采用圖1所示電路在μP和編程I2C總線之間自動(dòng)切換。

    圖1中，MAX4525復(fù)用器在連接到系統(tǒng)μP的I2C和連接到編程測(cè)試點(diǎn)上的I2C之間切換。開關(guān)由系統(tǒng)μP的VCC控制。如果采用12 V電源供電，而不是VCC，開關(guān)將I2C連接至編程測(cè)試點(diǎn)。一旦施加VCC電源，開關(guān)將I2C連接至系統(tǒng)μP。在編程模式下，連接在測(cè)試點(diǎn)的編程硬件電路必須提供適當(dāng)?shù)腎2C上拉電阻。
2．3 編程電路
    圖2所示電路通過12 V中等電壓總線向MAX16031供電，通過雙二極管從編程連接器供電。該連接器與MAX16031的I2C總線連接，并與板上具有開漏I2C輸出的系統(tǒng)管理μP共用總線，此時(shí)μP并未真正加載到總線上，即便是在上電前。作為外部編程器的替代方案，也可使用系統(tǒng)管理μP在初始上電時(shí)，編程設(shè)置MAX16031，可在沒有特殊硬件的條件下更新MAX16031的配置。

3 在線編程
3．1 編程算法
    利用MAX16031的內(nèi)置EEPROM，首先確定編程寄存器的鎖定地址；然后加載EEPROM的開始地址；利用寫入命令在EEPROM的開始地址處寫入數(shù)據(jù)；等待I2C總線編程結(jié)束后，進(jìn)入下一個(gè)編程循環(huán)，如圖3所示。

3．2 參數(shù)設(shè)置
    MAX16031內(nèi)置EEP-ROM用于儲(chǔ)存器件配置參數(shù)。上電后，EEPROM的內(nèi)容被送入RAM寄存器。RAM和EEPROM均通過JTAG和I2C接口訪問。若要正確編程MAX16031，則所需參數(shù)必須設(shè)置在EEPROM，圖4為MAX16031的存儲(chǔ)器映射。

3．3 在線編程步驟
    在編程MAX16031的EEPROM配置內(nèi)存時(shí)，必須首先確定寄存器r5Fh[0]上的配置鎖定位是否為零；如果不為零，則在該位上寫入“1”將其清零。若要寫入EEPROM，進(jìn)入EEPROM頁(yè)面，加載開始地址(97h)，然后發(fā)送一系列塊燒錄命令(I2C)。以下為典型EEPROM編程過程的偽碼：

    經(jīng)上述在線編程后，通過I2C總線即可實(shí)時(shí)監(jiān)控各種復(fù)雜系統(tǒng)的電壓、電流、溫度和故障等，同時(shí)允許用戶自行設(shè)置工作范圍、上下限、故障輸出以及工作模式，并存儲(chǔ)相關(guān)數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)更高的靈活性。

4 結(jié)束語
    該系統(tǒng)設(shè)計(jì)雖然是針對(duì)I2C總線在線編程，但設(shè)計(jì)方法在總線系統(tǒng)的接口編程設(shè)計(jì)中具有通用性，對(duì)相關(guān)的電路設(shè)計(jì)有一定的參考價(jià)值。