單片機(jī)復(fù)位電路的詳細(xì)資料介紹

單片機(jī)現(xiàn)了“死機(jī)”、“程序跑飛”等現(xiàn)象，這主要是單片機(jī)復(fù)位電路設(shè)計不可靠引起的。圖1是一個單片機(jī)與大功率LED八段顯示器共享一個電源，并采用微分復(fù)位電路的實(shí)例。在這種情況下，系統(tǒng)有時會出現(xiàn)一些不可預(yù)料的現(xiàn)象，如無規(guī)律可循的“死機(jī)”、“程序走飛”等。而用仿真器調(diào)試時卻無此現(xiàn)象發(fā)生或極少發(fā)生此現(xiàn)象。又如圖2所示，在此圖中單片機(jī)復(fù)位采用另外一種復(fù)位電路。在此電路的應(yīng)用中，用戶有時會發(fā)現(xiàn)在關(guān)閉電源后的短時間內(nèi)再次開啟電源，單片機(jī)可能會工作不正常。這些現(xiàn)象，都可認(rèn)為是由于單片機(jī)復(fù)位電路的設(shè)計不當(dāng)

影響單片機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性的因素可大體分為外因和內(nèi)因兩部分：

1、外因

射頻干擾，它是以空間電磁場的形式傳遞 在機(jī)器內(nèi)部的導(dǎo)體（引線或零件引腳）感生出相應(yīng)的干擾，可通過電磁屏蔽和合理的布線/器件布局衰減該類干擾；

電源線或電源內(nèi)部產(chǎn)生的干擾，它是通過電源線或電源內(nèi)的部件耦合或直接傳導(dǎo)，可通過電源濾波、隔離等措施來衰減該類干擾 。

2、內(nèi)因

振蕩源的穩(wěn)定性，主要由起振時間 頻率穩(wěn)定度和占空比穩(wěn)定度決定 起振時間可由電路參數(shù)整定 穩(wěn)定度受振蕩器類型 溫度和電壓等參數(shù)影響單片機(jī)復(fù)位電路的可靠性。

二、復(fù)位電路的可靠性設(shè)計

1、基本復(fù)位電路

單片機(jī)復(fù)位電路的基本功能是：系統(tǒng)上電時提供復(fù)位信號，直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，撤銷復(fù)位信號。為可靠起見，電源穩(wěn)定后還要經(jīng)一定的延時才撤銷復(fù)位信號，以防電源開關(guān)或電源插頭分-合過程中引起的抖動而影響復(fù)位。圖1所示的RC復(fù)位電路可以實(shí)現(xiàn)上述基本功能，圖3為其輸入-輸出特性。但解決不了電源毛刺（A 點(diǎn)）和電源緩慢下降（電池電壓不足）等問題 而且調(diào)整 RC 常數(shù)改變延時會令驅(qū)動能力變差。左邊的電路為高電平復(fù)位有效 右邊為低電平 Sm為手動復(fù)位開關(guān) Ch可避免高頻諧波對電路的干擾

圖1 RC復(fù)位電路

圖2所示的復(fù)位電路增加了二極管，在電源電壓瞬間下降時使電容迅速放電，一定寬度的電源毛刺也可令系統(tǒng)可靠復(fù)位。 圖3所示復(fù)位電路輸入輸出特性圖的下半部分是其特性，可與上半部比較增加放電回路的效果 單片機(jī)編程器 HPOO

圖2 增加放電回路的RC復(fù)位電路

使用比較電路，不但可以解決電源毛刺造成系統(tǒng)不穩(wěn)定，而且電源緩慢下降也能可靠復(fù)位。圖4 是一個實(shí)例 當(dāng) VCC x （R1/（R1+R2） ） = 0.7V時，Q1截止使系統(tǒng)復(fù)位。Q1的放大作用也能改善電路的負(fù)載特性，但跳變門檻電壓 Vt 受 VCC 影響是該電路的突出缺點(diǎn)，使用穩(wěn)壓二極管可使 Vt 基本不受VCC影響。見圖5，當(dāng)VCC低于Vt（Vz+0.7V）時電路令系統(tǒng)復(fù)位。

圖3 RC復(fù)位電路輸入-輸出特性

圖4 帶電壓監(jiān)控功能的單片機(jī)復(fù)位電路

圖5 穩(wěn)定門檻電壓

圖6 實(shí)用的復(fù)位監(jiān)控電路

在此基礎(chǔ)上，增加延時電容和放電二極管構(gòu)成性能優(yōu)良的復(fù)位電路，如圖6所示。調(diào)節(jié)C1可調(diào)整延時時間，調(diào)節(jié)R1可調(diào)整負(fù)載特性，如圖7所示上半部分是圖5電路的特性，下半部分對應(yīng)圖6。

圖7 帶電壓監(jiān)控功能的復(fù)位電路的輸入-輸出特性

2、電源監(jiān)控電路

上述的帶電壓監(jiān)控的復(fù)位電路又叫電源監(jiān)控電路 監(jiān)控電路必須具備如下功能：

上電復(fù)位，保障上電時能正確地啟動系統(tǒng)；

掉電復(fù)位，當(dāng)電源失效或電壓降到某一電壓值以下時，復(fù)位系統(tǒng)；

市面上有類似的集成產(chǎn)品，如PHILIPS半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的MAX809、MAX810。此類產(chǎn)品體積小、功耗低，而且可選門檻電壓?？杀Ｕ舷到y(tǒng)在不同的異常條件下可靠地復(fù)位，防止系統(tǒng)失控。圖8中的Rm和Sm實(shí)現(xiàn)手動復(fù)位 無需該功能時可把Reset端（或/Reset）端 直接與單片機(jī)的RST端（或/RST端）相連 最大限度地簡化外圍電路 也可選擇PHILIPS半導(dǎo)體公司帶手動單片機(jī)復(fù)位功能的產(chǎn)品MAX708。

圖8 集成單片機(jī)復(fù)位監(jiān)控電路

此外，MAX708還可以監(jiān)視第二個電源信號，為處理器提供電壓跌落的預(yù)警功能，利用此功能，系統(tǒng)可在電源跌落時到復(fù)位前執(zhí)行某些安全操作，保存參數(shù)，發(fā)送警報信號或切換后備電池等。圖9電表的應(yīng)用實(shí)例 利用MAX708 電表可在電源毛刺或停電前把當(dāng)前電度數(shù)保存到E2PROM中 再配合保存多個電度數(shù)備份算法，可有效解決令工程師頭疼E2PROM中的電度數(shù)掉失問題使用該電路必須選擇適當(dāng)?shù)念A(yù)警電壓點(diǎn)，以保證靠電源的儲能供電情況下，VCC電壓從預(yù)警電壓跌到復(fù)位電壓的維持時間（tB）必須足夠長 E2PROM的寫周期約為10－20ms 一般取tB》200ms就可確保數(shù)據(jù)穩(wěn)定寫入。預(yù)警電壓調(diào)整方法 當(dāng)VDC等于預(yù)警電壓時調(diào)整R1和R2使PFI的電壓為1.25V 此時可檢測/PFO來確認(rèn)內(nèi)部的電壓比較器是否動作，調(diào)整時必須注意此比較器是窗口比較器。 圖10是該應(yīng)用的程序流程圖

圖9 MAX708的典型應(yīng)用 電子元件郵購

圖10. 電表應(yīng)用中E2PROM數(shù)據(jù)保護(hù)程序流程圖

3. 多功能電源監(jiān)控電路

除上電復(fù)位和掉電復(fù)位外，很多監(jiān)控電路集成了系統(tǒng)所需的功能，如：

電源測控，供電電壓出現(xiàn)異常時提供預(yù)警指示或中斷請求信號，方便系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)異常處理；

數(shù)據(jù)保護(hù)，當(dāng)電源或系統(tǒng)工作異常時，對數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的保護(hù)，如寫保護(hù)、數(shù)據(jù)備份或切換后備電池；

看門狗定時器，當(dāng)系統(tǒng)程序“跑飛”或“死鎖”時，復(fù)位系統(tǒng)；

其它的功能，如溫度測控、短路測試等等用這些芯片來制作單片機(jī)復(fù)位電路會得到事半功倍的效果。

我們把其稱作多功能電源監(jiān)控電路。下面介紹兩款特別適合在工控、安防、金融行業(yè)中廣泛應(yīng)用多功能的監(jiān)控電路 ：

Catalyst 公司的 CAT1161 是一個集成了開門狗、電壓監(jiān)控和復(fù)位電路的 16K 位 E2PROM（I2C 接口）不但集成度高、功耗低（E2PROM部分靜態(tài)時真正實(shí)現(xiàn)零功耗）而且清看門狗是通過改變SDA的電平實(shí)現(xiàn)的，節(jié)省系統(tǒng)I/O 資源，其門檻電壓可通過編程器修改，該修改范圍覆蓋絕大多數(shù)應(yīng)用。當(dāng)電源下降到門檻電壓以下時 硬件禁止訪問 E2PROM 確保數(shù)據(jù)安全。

使用時注意的是 RST，/RST 引腳是 I/O 腳，CAT1161 檢測到兩引腳中任何一個電壓異常都會產(chǎn)生復(fù)位信號，與 RST /RST 引腳相連的下拉電阻 R2 和上拉電阻 R1 必須同時連接，否則CAT1161將不斷產(chǎn)生復(fù)位！同樣不需要手動復(fù)位功能時可節(jié)省Rm和Sm兩個元件。

圖11. 內(nèi)置WDT RESET /RESET E PROM監(jiān)控器件接口電路

PHILIPS 公司的 SA56600-42 被設(shè)計用在電源電壓降低或斷電時作保護(hù)微電腦系統(tǒng)中SRAM 的數(shù)據(jù)。當(dāng)電源電壓下降到通常值 4.2V 時，輸出 CS 變?yōu)檫壿嫷碗娖?，?CE 也拉低，從而禁止對 SRAM 的操作。同時，產(chǎn)生一個低電平有效的復(fù)位信號，供系統(tǒng)使用，如果電源電壓繼續(xù)下降，到達(dá)通常值 3.3V或更低時，SA56600-42切換系統(tǒng)操作，從主電源供電切換到后備鋰電池供電，當(dāng)主電源恢復(fù)正常（電壓上升至3.3V或更高時）將SRAM的供電電源將由后備鋰電池切換回主電源，當(dāng)主電源上升至大于典型值4.2V 時 輸出 CS 變?yōu)檫壿嫺唠娖?，?CE 變?yōu)楦唠娖剑鼓?SRAM 的操作，復(fù)位信號一直持續(xù)到系統(tǒng)恢復(fù)正常操作為止。在系統(tǒng)電源電壓不足或突然斷電的時候，這個器件能可靠地保護(hù)系統(tǒng)在SRAM內(nèi)的數(shù)據(jù)。

圖12. 內(nèi)置SRAM數(shù)據(jù)保護(hù)電路的監(jiān)控器件SA56600-42的典型應(yīng)用 單片機(jī)編程器 HPOO

4. ARM 單片機(jī)復(fù)位電路設(shè)計

無論在移動電話 高端手持儀器還是嵌入式系統(tǒng)，32 位單片機(jī) ARM 占據(jù)越來越多的份額，ARM 已成為事實(shí)的高端產(chǎn)品工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。由于 ARM 高速、低功耗、低工作電壓導(dǎo)致其噪聲容限低 這是對數(shù)字電路極限的挑戰(zhàn)，對電源的紋波、瞬態(tài)響應(yīng)性能、時鐘源的穩(wěn)定度、電源監(jiān)控可靠性等諸多方面也提出了更高的要求。ARM監(jiān)控技術(shù)是復(fù)雜并且非常重要的。

分立元件實(shí)現(xiàn)的監(jiān)控電路，受溫度、濕度、壓力等外界的影響大而且對不同元件影響不一致 較大板面積，過多過長的引腳容易引入射頻干擾，功耗大也是很多應(yīng)用難以接受，而集成電路能很好的解決此類問題。目前也有不少微處理器中集成監(jiān)控電路，處于制造成本和工藝技術(shù)原因，此類監(jiān)控電路大多數(shù)是用低電壓CMOS工藝實(shí)現(xiàn)的，比起用高電壓、高線性度的雙極工藝制造的專用監(jiān)控電路 性能還有一段差距。

結(jié)論是：使用 ARM而不用專用監(jiān)控電路，可能導(dǎo)致得不償失，經(jīng)驗(yàn)也告訴我們使用專用監(jiān)控電路可以避免很多離奇古怪的問題。ARM的應(yīng)用工程師，切記少走彎路！

圖13. 用PHILIPS MAX708實(shí)現(xiàn)的ARM復(fù)位電路 單片機(jī)學(xué)習(xí) HPOO

圖13 是實(shí)用可靠的 ARM 復(fù)位電路。ARM 內(nèi)核的工作電壓較低。R1 可保證電壓低于 MAX708 的工作電源還能可靠復(fù)位。其中 TRST 信號是給 JTAG 接口用的。使用 HC125 可實(shí)現(xiàn)多種復(fù)位源對 ARM 復(fù)位，如通過PC機(jī)串口或JTAG接口復(fù)位ARM

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本站還介紹如下單片機(jī)復(fù)位電路

4 看門狗型復(fù)位電路

看門狗型復(fù)位電路主要利用CPU正常工作時，定時復(fù)位計數(shù)器，使得計數(shù)器的值不超過某一值；當(dāng)CPU不能正常工作時，由于計數(shù)器不能被復(fù)位，因此其計數(shù)會超過某一值，從而產(chǎn)生復(fù)位脈沖，使得CPU恢復(fù)正常工作狀態(tài)。典型應(yīng)用的Watchdog復(fù)位電路如圖11所示。此復(fù)位電路的可靠性主要取決于軟件設(shè)計，即將定時向復(fù)位電路發(fā)出脈沖的程序放在何處。一般設(shè)計，將此段程序放在定時器中斷服務(wù)子程序中。然而，有時這種設(shè)計仍然會引起程序走飛或工作不正常［3］。原因主要是：當(dāng)程序“走飛”發(fā)生時定時器初始化以及開中斷之后的話，這種“走飛”情況就有可能不能由Watchdog復(fù)位電路校正回來。因?yàn)槎〞r器中斷一真在產(chǎn)生，即使程序不正常，Watchdog也能被正常復(fù)位。為此提出定時器加預(yù)設(shè)的設(shè)計方法。即在初始化時壓入堆棧一個地址，在此地址內(nèi)執(zhí)行的是一條關(guān)中斷和一條死循環(huán)語句。在所有不被程序代碼占用的地址盡可能地用子程序返回指令RET代替。這樣，當(dāng)程序走飛后，其進(jìn)入陷阱的可能性將大大增加。而一旦進(jìn)入陷阱，定時器停止工作并且關(guān)閉中斷，從而使Watchdog復(fù)位電路會產(chǎn)生一個復(fù)位脈沖將CPU復(fù)位。當(dāng)然這種技術(shù)用于實(shí)時性較強(qiáng)的控制或處理軟件中有一定的困難。

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1 比較器型復(fù)位電路

比較器型單片機(jī)復(fù)位電路的基本原理如圖8所示。上電復(fù)位時，由于組成了一個RC低通網(wǎng)絡(luò)，所以比較器的正相輸入端的電壓比負(fù)相端輸入電壓延遲一定時間。而比較器的負(fù)相端網(wǎng)絡(luò)的時間常數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于正相端RC網(wǎng)絡(luò)的時間常數(shù)，因此在正端電壓還沒有超過負(fù)端電壓時，比較器輸出低電平，經(jīng)反相器后產(chǎn)生高電平。復(fù)位脈沖的寬度主要取決于正常電壓上升的速度。由于負(fù)端電壓放電回路時間常數(shù)較大，因此對電源電壓的波動不敏感。但是容易產(chǎn)生以下二種不利現(xiàn)象：（1）電源二次開關(guān)間隔太短時，復(fù)位不可靠；（2）當(dāng)電源電壓中有浪涌現(xiàn)象時，可能在浪涌消失后不能產(chǎn)生復(fù)位脈沖。為此，將改進(jìn)比較器重定電路，如圖9所示。這個改進(jìn)電路可以消除第一種現(xiàn)象，并減少第二種現(xiàn)象的產(chǎn)生。為了徹底消除這二種現(xiàn)象，可以利用數(shù)字邏輯的方法與比較器配合，設(shè)計如圖10所示的比較器重定電路。此電路稍加改進(jìn)即可作為上電復(fù)位與看門狗復(fù)位電路共同復(fù)位的電路，大大提高了復(fù)位的可靠性。

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本文所提到的各種復(fù)位電路中，微分復(fù)位電路簡單，但易引入干擾沒有監(jiān)控CPU運(yùn)行的能力；積分復(fù)位電路簡單可靠，但由于對電源電壓波動不敏感，從而有可能出現(xiàn)CPU由于電源電壓的瞬間過低而造成工作不正常的情況；比較器復(fù)位電路電路較復(fù)雜，工作可靠；Watchdog復(fù)位電路電路較復(fù)雜，工作可靠并且具有監(jiān)控CPU運(yùn)行的能力。在使用中應(yīng)根據(jù)電路板的空間、電源電壓特性、系統(tǒng)運(yùn)行現(xiàn)場等情況，綜合考慮而定。般有以下幾條可供參考：

（1）在使用微分型復(fù)位電路并且使用穩(wěn)壓電源時，應(yīng)考慮在電容輸入端加入適當(dāng)?shù)碾姼幸詼p少負(fù)載突變而引起的干擾復(fù)位脈沖的產(chǎn)生。在電路板空間有限的情況下可以選用此復(fù)位電路。

（2）在使用積分型復(fù)位電路時，一方面應(yīng)著重考慮上電復(fù)位時電源電壓的上升率，特別在電源電壓上升率較小時，應(yīng)考慮用較為復(fù)雜的比較型復(fù)位電路。另一方面應(yīng)考慮電路是否有降壓舉措以降低功耗，若有則應(yīng)考慮二極管的正向壓降對復(fù)位電路的影響。

（3）在設(shè)計比較器型復(fù)位電路時，應(yīng)著重考慮電源電壓的波動性。當(dāng)系統(tǒng)工作在惡劣環(huán)境下時，外界干擾的竄入可能引起毛刺電壓，從而導(dǎo)致不正常的復(fù)位。為此有必要根據(jù)手刺電壓的峰峰值以及脈寬采取以下措施：（a）當(dāng)毛剌電壓峰峰值沒有達(dá)到電源電壓的正常值與系統(tǒng)正常工作所需最低電壓值之差時，可適當(dāng)降低比較器的復(fù)位電壓下限；（b）當(dāng)毛刺電壓峰峰值超過電源電壓的正常值與系統(tǒng)正常工作所需電壓之差時，一方面應(yīng)采取措施降低毛刺電壓，另一方面應(yīng)采用較為復(fù)雜的比較器型上電復(fù)位電路（如圖10所示）。

（4）在選用或自己設(shè)計Watchdog型復(fù)位電路時，應(yīng)注意輸入Watchdog的“喂狗”信號應(yīng)該是沿信號，而不是電平信號，同時應(yīng)考慮撤銷復(fù)位電壓的電源電壓值應(yīng)大于系統(tǒng)最小正常電壓值。