51單片機(jī)手動(dòng)復(fù)位和手動(dòng)/上電復(fù)位的區(qū)別和解決方案

51單片機(jī)復(fù)位電路中為什么要分手動(dòng)復(fù)位和上電復(fù)位你知道是為了什么嗎？上電復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位有什么區(qū)別呢?本文將為你介紹關(guān)于在51單片機(jī)中上電復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位的區(qū)別及解決方案。

復(fù)位電路

復(fù)位電路是一種用來(lái)使電路恢復(fù)到起始狀態(tài)的電路設(shè)備，它的操作原理與計(jì)算器有著異曲同工之妙，只是啟動(dòng)原理和手段有所不同。復(fù)位電路，就是利用它把電路恢復(fù)到起始狀態(tài)。就像計(jì)算器的清零按鈕的作用一樣，以便回到原始狀態(tài)，重新進(jìn)行計(jì)算。

單片機(jī)在啟動(dòng)時(shí)都需要復(fù)位，以使CPU及系統(tǒng)各部件處于確定的初始狀態(tài)，并從初態(tài)開(kāi)始工作。89系列單片機(jī)的復(fù)位信號(hào)是從RST引腳輸入到芯片內(nèi)的施密特觸發(fā)器中的。當(dāng)系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時(shí)，且振蕩器穩(wěn)定后，如果RST引腳上有一個(gè)高電平并維持2個(gè)機(jī)器周期(24個(gè)振蕩周期)以上，則CPU就可以響應(yīng)并將系統(tǒng)復(fù)位。單片機(jī)系統(tǒng)的復(fù)位方式有：手動(dòng)按鈕復(fù)位和上電復(fù)位。

在復(fù)位電路中除了上電復(fù)位外，還有手動(dòng)復(fù)位。

電容在上接高電平，電阻在下接地，中間為RST。這種復(fù)位電路為高電平復(fù)位。

其工作原理是：通電時(shí)，電容兩端相當(dāng)于是短路，于是RST引腳上為高電平，然后電源通過(guò)電阻對(duì)電容充電，RST端電壓慢慢下降，降到一定程度，即為低電平，單片機(jī)開(kāi)始正常工作。

首先RST保持兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平時(shí)自動(dòng)復(fù)位

1、上電復(fù)位：上電瞬間，電容充電電流最大，電容相當(dāng)于短路，RST端為高電平，自動(dòng)復(fù)位；電容兩端的電壓達(dá)到電源電壓時(shí)，電容充電電流為零，電容相當(dāng)于開(kāi)路，RST端為低電平，程序正常運(yùn)行。

2、手動(dòng)復(fù)位：首先經(jīng)過(guò)上電復(fù)位，當(dāng)按下按鍵時(shí)，RST直接與VCC相連，為高電平形成復(fù)位，同時(shí)電解電容被短路放電；按鍵松開(kāi)時(shí)，VCC對(duì)電容充電，充電電流在電阻上，RST依然為高電平，仍然是復(fù)位，充電完成后，電容相當(dāng)于開(kāi)路，RST為低電平，正常工作。

51單片機(jī)手動(dòng)復(fù)位和手動(dòng)/上電復(fù)位的區(qū)別和解決方案

手動(dòng)按鈕復(fù)位需要人為在復(fù)位輸入端RST上加入高電平。一般采用的辦法是在RST端和正電源Vcc之間接一個(gè)按鈕。當(dāng)人為按下按鈕時(shí)，則Vcc的+5V電平就會(huì)直接加到RST端。手動(dòng)按鈕復(fù)位的電路如所示。由于人的動(dòng)作再快也會(huì)使按鈕保持接通達(dá)數(shù)十毫秒，所以，完全能夠滿足復(fù)位的時(shí)間要求。

手動(dòng)復(fù)位圖

上電復(fù)位

AT89C51的上電復(fù)位電路如下圖所示，只要在RST復(fù)位輸入引腳上接一電容至Vcc端，下接一個(gè)電阻到地即可。對(duì)于CMOS型單片機(jī)，由于在RST端內(nèi)部有一個(gè)下拉電阻，故可將外部電阻去掉，而將外接電容減至1uF。上電復(fù)位的工作過(guò)程是在加電時(shí)，復(fù)位電路通過(guò)電 容加給RST端一個(gè)短暫的高電平信號(hào)，此高電平信號(hào)隨著Vcc對(duì)電容的充電過(guò)程而逐漸回落，即RST端的高電平持續(xù)時(shí)間取決于電容的充電時(shí)間。為了保證系統(tǒng)能夠可靠地復(fù)位，RST端的高電平信號(hào)必須維持足夠長(zhǎng)的時(shí)間。上電時(shí)，Vcc的上升時(shí)間約為10ms，而振蕩器的起振時(shí)間取決于振蕩頻率，如晶振頻率為10MHz，起振時(shí)間為1ms；晶振頻率為1MHz，起振時(shí)間則為10ms。在圖2的復(fù)位電路中，當(dāng)Vcc掉電時(shí)，必然會(huì)使RST端電壓迅速下降到0V以下，但是，由于內(nèi)部電路的限制作用，這個(gè)負(fù)電壓將不會(huì)對(duì)器件產(chǎn)生損害。另外，在復(fù)位期間，端口引腳處于隨機(jī)狀態(tài)，復(fù)位后，系統(tǒng)將端口置為全“l(fā)”態(tài)。如果系統(tǒng)在上電時(shí)得不到有效的復(fù)位，則程序計(jì)數(shù)器PC將得不到一個(gè)合適的初值，因此，CPU可能會(huì)從一個(gè)未被定義的位置開(kāi)始執(zhí)行程序。

上電復(fù)位圖

復(fù)位電路設(shè)計(jì)

單片機(jī)在可靠的復(fù)位之后，才會(huì)從0000H地址開(kāi)始有序的執(zhí)行應(yīng)用程序。同時(shí)，復(fù)位電路也是容易受到外部噪 聲干擾的敏感部分之一。因此，復(fù)位電路應(yīng)該具有兩個(gè)主要的功能：

1. 必須保證系統(tǒng)可靠的進(jìn)行復(fù)位;

2. 必須具有一定的抗干擾的能力;

復(fù)位電路的RC選擇

復(fù)位電路應(yīng)該具有上電復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位的功能。以MCS-51單片機(jī)為例，復(fù)位脈沖的高電平寬度必須大于2個(gè)機(jī)器周期，若系統(tǒng)選用6MHz晶振，則一個(gè)機(jī)器周期為2us，那么復(fù)位脈沖寬度最小應(yīng)為4us。在實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)中，考慮到電源的穩(wěn)定時(shí)間，參數(shù)漂移，晶振穩(wěn)定時(shí)間以及復(fù)位的可靠性等因素，必須有足夠的余量。圖1是利用RC充電原理實(shí)現(xiàn)上電復(fù)位的電路設(shè)計(jì)。實(shí)踐證明，上電瞬間RC電路充電，RESET引腳出現(xiàn)正脈沖。只要RESET端保持10ms以上的高電平，就能使單片機(jī)有效的復(fù)位。

對(duì)于圖1-a中的電容C兩端的電壓(即復(fù)位信號(hào))是一個(gè)時(shí)間的函數(shù)：

u(t)=VCC*[1-exp(-t/RC)]

對(duì)于圖1-b中的電阻R兩端的電壓(即復(fù)位信號(hào))也是一個(gè)時(shí)間的函數(shù)：

u(t)=VCC*exp(-t/RC)

其中的VCC為電源電壓，RC為RC電路的時(shí)間常數(shù)=1K*22uF=22ms。有了這個(gè)公式，我們可以更方便的對(duì)以上電路進(jìn)行透徹的分析。

圖1-a中非門的最小輸入高電平UIH=2.0v，當(dāng)充電時(shí)間t=0.6RC時(shí)，則充電電壓u(t)=0.45VCC=0.45*5V，約等于2V，其中t即為復(fù)位時(shí)間。圖a中時(shí)間常數(shù)=22ms，則t=22ms*0.6=13ms。

復(fù)位電路的可靠性與抗干擾性分析

單片機(jī)復(fù)位電路端口的干擾主要來(lái)自電源和按鈕傳輸線串入的噪聲。這些噪聲雖然不會(huì)完全導(dǎo)致系統(tǒng)復(fù)位，但有時(shí)會(huì)破壞CPU內(nèi)的程序狀態(tài)字的某些位的狀態(tài)，對(duì)控制產(chǎn)生不良影響。

1.電路結(jié)構(gòu)形式與抗干擾性能

以圖1為例，電源噪聲干擾過(guò)程示意圖中分別繪出了A點(diǎn)和B點(diǎn)的電壓擾動(dòng)波形。

有圖2可以看出，圖2(a)實(shí)質(zhì)上是個(gè)低通濾波環(huán)節(jié)，對(duì)于脈沖寬度小于3RC的干擾有很好的抑制作用;圖2(b)實(shí)質(zhì)上是個(gè)高通濾波環(huán)節(jié)，對(duì)脈沖干擾沒(méi)有抑制作用。由此可見(jiàn)，對(duì)于圖1所示的兩種復(fù)位電路，a的抗干擾電源噪聲的能力要優(yōu)于b。

2. 復(fù)位按鈕傳輸線的影響

復(fù)位按鈕一般都是安裝在操作面板上，有較長(zhǎng)的傳輸線，容易引起電磁感應(yīng)干擾。按鈕傳輸線應(yīng)采用雙絞線(具有抑制電磁感應(yīng)干擾的性能)，并遠(yuǎn)離交流用電設(shè)備。在印刷電路板上，單片機(jī)復(fù)位端口處并聯(lián)0.01-0.1uF的高頻電容，或配置使密特電路，將提高對(duì)串入噪聲的抑制能力。

供電電源穩(wěn)定過(guò)程對(duì)復(fù)位的影響

單片機(jī)系統(tǒng)復(fù)位必須在CPU得到穩(wěn)定的電源后進(jìn)行，一次上電復(fù)位電路RC參數(shù)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮穩(wěn)定的過(guò)渡時(shí)間。

為了克服直流電源穩(wěn)定過(guò)程對(duì)上電自動(dòng)復(fù)位的影響，可采用如下措施：

(1) 將電源開(kāi)關(guān)安裝在直流側(cè)，合上交流電源，待直流電壓穩(wěn)定后再合供電開(kāi)關(guān)K，如下圖所示。

采用帶電源檢測(cè)的復(fù)位電路，如下圖所示。合理配置電阻R3、R4的阻值和選擇穩(wěn)壓管DW的擊穿電壓，使VCC未達(dá)到額定值之前，三極管BG截止，VA點(diǎn)電平為低，電容器C不充電;當(dāng)VCC穩(wěn)定之后，DW擊穿，三極管BG飽和導(dǎo)通，致使VA點(diǎn)位高電平，對(duì)電容C充電，RESET為高電平，單片機(jī)開(kāi)始復(fù)位過(guò)程。當(dāng)電容C上充電電壓達(dá)到2V時(shí)，RESET為低電平，復(fù)位結(jié)束。

并聯(lián)放電二極管的必要性

在復(fù)位電路中，放電二極管D不可缺少。當(dāng)電源斷電后，電容通過(guò)二極管D迅速放電，待電源恢復(fù)時(shí)便可實(shí)現(xiàn)可靠上電自動(dòng)復(fù)位。若沒(méi)有二極管D，當(dāng)電源因某種干擾瞬間斷電時(shí)，由于C不能迅速將電荷放掉，待電源恢復(fù)時(shí)，單片機(jī)不能上電自動(dòng)復(fù)位，導(dǎo)致程序運(yùn)行失控。電源瞬間斷電干擾會(huì)導(dǎo)致程序停止正常運(yùn)行，形成程序“亂飛”或進(jìn)入“死循環(huán)”。若斷電干擾脈沖較寬，可以使RC迅速放電，待電源恢復(fù)后通過(guò)上電自動(dòng)復(fù)位，使程序進(jìn)入正常狀態(tài);若斷電干擾脈沖較窄，斷電瞬間RC不能充分放電，則電源恢復(fù)后系統(tǒng)不能上電自動(dòng)復(fù)位。

I/O接口芯片的延時(shí)復(fù)位

在單片機(jī)系統(tǒng)中，某些I/O接口芯片的復(fù)位端口與單片機(jī)的復(fù)位端口往往連在一起，即統(tǒng)一復(fù)位。接口芯片由于生產(chǎn)廠家不同，復(fù)位時(shí)間也稍有不同;復(fù)位線較長(zhǎng)而又較大的分布電容，導(dǎo)致這些接口的復(fù)位過(guò)程滯后于單片機(jī)。工程實(shí)踐表明，當(dāng)單片機(jī)復(fù)位結(jié)束立即對(duì)這些I/O芯片進(jìn)行初始化操作時(shí)，往往導(dǎo)致失敗。因此，當(dāng)單片機(jī)進(jìn)入0000H地址后，首先執(zhí)行1-10ms的軟件延時(shí)，然后再對(duì)這些I/O芯片進(jìn)行初始化。

結(jié)語(yǔ)

為確保微機(jī)系統(tǒng)中電路穩(wěn)定可靠工作，復(fù)位電路是必不可少的一部分，復(fù)位電路的第一功能是上電復(fù)位。一般微機(jī)電路正常工作需要供電電源為5V±5%，即4.75～5.25V。由于微機(jī)電路是時(shí)序數(shù)字電路，它需要穩(wěn)定的時(shí)鐘信號(hào)，因此在電源上電時(shí)，只有當(dāng)VCC超過(guò)4.75V低于5.25V以及晶體振蕩器穩(wěn)定工作時(shí)，復(fù)位信號(hào)才會(huì)撤除，微機(jī)電路開(kāi)始正常工作。

關(guān)于復(fù)位電路中上電復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位的介紹就到這里了，希望本文能對(duì)你有所幫助。