实现简单的 1.2V 电机控制设计

    当牙刷处于睡眠模式时，由于上拉电阻，第 8 脚输出被设置为高电平，但当按下按钮时，会出现短暂的低电平信号。为了滤除开关跳动，使用了延迟宏单元 DLY4。DFF18 会锁存电压电平，并在每次按下按钮时翻转它，从而允许牙刷使用外部按钮在两种模式之间切换：工作模式和睡眠模式。
    当牙刷切换到工作模式时，晶体管的栅极以及多路复用器3-L2的输出端有恒定的高电压电平。该电压电平打开晶体管 Q3 并启动直流电机。

    刷子有 2 个计时器。个通知用户 2 分钟的刷牙过程已完成。振荡器OSC0、DFF19和DFF11形成频率为2.67Hz的时钟信号。当牙刷切换到 ON 模式时，2 位 LUT1 将此时钟信号馈送到 CNT0 的 CLK 输入。两分钟后，CNT0 输出出现高电平，触发单触发（CNT6），形成宽度等于时钟信号三个半周期的信号脉冲。这三个脉冲通过两个多路复用器、3 位 LUT0 和引脚 9 馈送到晶体管栅极，并相应地馈送到电机，从而产生振动效果（见图 3 和图 4a）。

    除了 2 分钟计时器外，这款牙刷还包含一个基于 CNT3 的 30 秒计时器，该计时器发出信号，表明需要继续刷牙口腔的下一个象限（四分之一）。30 秒后，CNT3 输出出现高电平。2 位 LUT0 每 4 个脉冲进行过滤，过滤器宏单元可消除毛刺。CNT3 输出信号触发单触发 (CNT1)，形成宽度等于时钟信号一个半周期的信号脉冲（见图 3 和图 4b）。
    为了确保每次关闭牙刷时计时器都会重新启动，计数器会在 DFF18 输出信号的上升沿重置。
    数字多路复用器可根据单次输出将恒定电压、一个脉冲或三个脉冲传递到晶体管栅极。
    3 位 LUT0 可防止电机在充电时运行。具体地，仅当牙刷处于工作模式并且未放置在充电站中时，晶体管栅极上的信号才为高电平。
    图 3：说明刷牙过程中牙刷工作情况的波形。
      图 4：通知完成的信号：总刷牙时间为 2 分钟（左）和象限刷牙时间为 30 秒（右）。
    大多数现代电动牙刷都使用无线感应充电。牙刷及其底座形成两部分变压器，底座具有变压器的初级绕组，牙刷具有次级绕组。次级绕组上感应的电压通过二极管 D1 进行整流，然后通过电阻分压器降低至正确检测充电器是否存在所需的值（见图 1）。该分压器包括外部电阻器 R7 (100 kΩ) 和 R5 (4.7 kΩ)，以及 SLG47513 内部的内部下拉电阻器 (10 kΩ)，它将引脚 6 上的电压峰值设置在 1.2 V 左右。
    当来自充电器的信号到达用作模拟比较器的引脚 6 时，频率检测器的输入端会出现高电平。频率检测器在此信号上生成高电平输出，该信号发送到引脚 5 并启用充电（参见图 5 和图 6）。引脚 5 输出处的高电平信号会打开 Q2 晶体管，进而打开 Q1 晶体管，启动电池的充电过程。
      图 5：引脚 6 输入处来自充电器的信号和引脚 5 处输出使能的信号。
       图 6：断开充电器过程中引脚 6 输入和引脚 5 输出的信号。
    为了防止电池过度充电，使用了模拟比较器 ACMP1H。电阻R8和R9将电池电压分成两半，并将该电压施加到引脚11的输入。然后通过迟滞为100 mV的比较器将其与725 mV的参考电压进行比较。如果分压器的电压达到该参考电压，电池充电就会停止。使用延迟宏单元DLY2作为滤波器。
    为了防止电池过度放电，使用了模拟比较器 ACMP0H。该比较器比较来自分压器的相同电压，但其参考电压设置为 500 mV，迟滞设置为 100 mV。当测量的电压低于参考电压时，比较器输出变为低电平，晶体管关闭，防止电池过度放电。
    为了防止电路通过分压器消耗过多的能量，仅当电池充电或牙刷打开时，分压器才连接到接地总线。这些条件由 2 位 LUT3 检查，当至少满足其中一个条件时，其输出变为高电平。多路复用器 3-L0 根据该高电平信号，通过 Pin13 的集电极开路晶体管将接地总线连接到分压器。此外，ACMP0H 仅当牙刷退出睡眠模式时才通电，ACMP1H 仅当连接充电器时才通电。这些措施可确保睡眠模式下的功耗极低。
    该项目的电机控制部分可以在GreenPAK Designer软件仿真工具中进行仿真。图 7 显示了仿真波形。仿真表明，按下按钮后，晶体管打开，电机开始工作。当电池电压低于 900 mV 时，电机关闭。