高可靠性復(fù)位電路設(shè)計(jì)（電路設(shè)計(jì)與分析）

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)才被撤除，微機(jī)電路開始正常工作。

微機(jī)電路在工作中受到干擾后，容易出現(xiàn)CPU程序“跑飛”而盲目運(yùn)行甚至出現(xiàn)死機(jī)現(xiàn)象。此時(shí)復(fù)位信號(hào)有效，使微機(jī)系統(tǒng)重新恢復(fù)正常運(yùn)行。這種監(jiān)視CPU運(yùn)行的電路稱為WATCHDOG電路。

1 幾種常見的復(fù)位電路

下面給出一些資料中介紹的復(fù)位電路。圖1為一微分電路，當(dāng)電源VCC上電時(shí)，因電容C兩端電壓不能突變，所以RES OUT在上電時(shí)會(huì)有一段時(shí)間為高電平，復(fù)位有效。持續(xù)一段時(shí)間后，復(fù)位撤除，微機(jī)開始工作。該電路的唯一優(yōu)點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單。但它有很多缺點(diǎn)：(1)當(dāng)VCC電壓不足4.75V時(shí)，RES OUT也可能已撤除，因?yàn)樗鼪]有VCC檢測(cè)電路。(2)因是微分電路，容易引入高頻干擾。(3)當(dāng)CPU出現(xiàn)死機(jī)時(shí)，該電路不能引起復(fù)位，不具備WATCHDOG的功能。

圖2是圖1的改進(jìn)型，使用時(shí)R11<12，C11>>C12。它克服了圖1電路中的缺點(diǎn)(2)，但是仍然有缺點(diǎn)(1)和(3)?！?/p>

圖3是一種可靠的復(fù)位電路，由四部分組成：

(1)或非門U1、U2與R1、R2、C3構(gòu)成高低電平相間的矩形波振蕩電路。當(dāng)U3的輸出端Q=H時(shí)，復(fù)位信號(hào)無效，當(dāng)Q=L時(shí)，復(fù)位信號(hào)有效。復(fù)位信號(hào)有兩個(gè)，是為了適應(yīng)不同的CPU及接口芯片。

(2)VCC檢測(cè)電路。U4與R3、R4、R5、Z1等構(gòu)成VCC檢測(cè)電路，只要VCC<4.75V，那么比較器同相端電壓V2<2.5V， 輸出V7=L，U3的CLR=L，則Q=L，U5的輸出由U5的13腳決定，因該腳是矩形波信號(hào)，故經(jīng)取非后輸出也是矩形波信號(hào)，此時(shí)復(fù)位信號(hào)有效。

(3)R8、C1構(gòu)成延時(shí)電路。當(dāng)VCC>4.75V時(shí)，在最初一段時(shí)間內(nèi)，因C1電壓不突變，故U3的CLR=L，復(fù)位信號(hào)有效。這段時(shí)間是為了保證微機(jī)系統(tǒng)的晶振穩(wěn)定振蕩后才允許CPU工作。

(4)U3、R9、C2與PULSE IN 構(gòu)成CPU運(yùn)行監(jiān)視單元，即WATCHDOG電路。U3是一單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路芯片，在電源正常后，引腳2、3為高電平，引腳1為輸入信號(hào)PULSE IN。該信號(hào)由CPU提供，只要在時(shí)間T(T由R9、C2決定)內(nèi)有負(fù)脈沖出現(xiàn)，則U3輸出Q端一直為高電平。此時(shí)或非門U5的輸出端一直為低電平，復(fù)位信號(hào)無效。若在時(shí)間T內(nèi)沒有負(fù)脈沖出現(xiàn)，則U3輸出Q端為低電平，U5的輸出由其引腳13決定，復(fù)位有效。在電源正常后CPU開始運(yùn)行，程序中具有這樣的功能：在時(shí)間T內(nèi)使PULSE IN產(chǎn)生一個(gè)負(fù)脈沖，只要程序正常運(yùn)行，就不會(huì)產(chǎn)生復(fù)位。一旦當(dāng)CPU運(yùn)行脫離正常流程，則沒有負(fù)脈沖產(chǎn)生。在超過時(shí)間T后Q端變?yōu)榈碗娖剑瑥?fù)位信號(hào)有效，使CPU重新接預(yù)定程序運(yùn)行。此電路雖然工作可靠，但電路比較復(fù)雜。

2 基于MAX706的單片UP監(jiān)控電路

隨著新器件的出現(xiàn)，電路的簡(jiǎn)化成為可能，而且性能穩(wěn)定、功能齊全。目前，微機(jī)控制系統(tǒng)中越來越廣泛地應(yīng)用單片UP監(jiān)控電路。如MAXIM公司的MAX706芯片，使用起來就很方便。

MAX706簡(jiǎn)化了圖3的設(shè)計(jì)，減少了器件個(gè)數(shù)，所構(gòu)成的電路性能更可靠。MAX706提供如下四種功能：

(1)上電、掉電以及降壓情況下的復(fù)位輸出。

(2)獨(dú)立的看門狗輸出。如果在1.6s內(nèi)看門狗輸入端未被觸發(fā)，看門狗輸出將變?yōu)榈碗娖健?/p>

(3)1.25V門限檢測(cè)器，用于電源故障報(bào)警、低電池檢測(cè)或+5V以外的電源的監(jiān)控。

(4)低電平有效的人工復(fù)位輸出。

MAX706在電源電壓低于4.40V的情況下產(chǎn)生復(fù)位脈沖，此器件有8腳的DIP和SO兩種封裝形式，管腳如圖4。

圖5是一種以MAX706為核心的復(fù)位電路。這個(gè)復(fù)位電路具有上電掉電及降壓復(fù)位功能和看門狗功能。