0 引言
TI公司的混合信號處理器MSP430系列單片機以其處理能力強大、外圍器件集成度高、功率消耗低、產品系列全面、全系列工業(yè)級等特點，作為目前MCU主流市場的產品之一，在電子應用領域中得到廣泛應用，被越來越多的電子設計師所青睞。由于復位電路設計問題而導致的系統出現上電后不工作或狀態(tài)不正確是很多MSP430單片機電路設計者們在設計、調試和應用中曾遇到過的問題，盡管這種情況發(fā)生的幾率很低，但對于可靠性要求較高的應用場合，這個現象仍需引起電子設計人員的足夠重視。
為此，本文對MSP430全系列單片機的復位系統和復位機制進行了詳細深入的分析，并針對性地提出了具體的外圍復位電路設計方案和有關電子元器件的詳細介紹，以供同行參考和交流。
1 MSP430復位機制
1.1 MSP430復位電路
MSP430的復位電路包括一個上電復位(POR)和上電清除信號(PUC)。POR是設備復位信號，它通常在以下三種事件發(fā)生時被觸發(fā)：a.上電;b.復位模式下RST/NMI腳出現低電平;c.電壓監(jiān)控設備(Brownout)觸發(fā)。
POR時序見圖1(a)所示。
當供電電壓VCC緩慢上升時，POR監(jiān)測器保持POR信號有效直到VCC超出VPOR水平;當供電電壓VCC快速上升時，POR延時t(POR DELAY)提供了足夠長的有效POR信號以確保MSP430有足夠的時間進行初始化。
1.2 Brownout電路
Brownout電路是電壓不足重置功能電路。它取代了POR檢測和POR延時電路。Brownout電路能夠檢測到上電或掉電過程中的較低的供電電壓值，并能在供電或掉電過程中通過觸發(fā)POR信號重置芯片。圖l(b)為Brownout電路的復位時序。從圖中看出，當VCC超過啟動電壓VCC(star-t)時POR信號有效，POR信號保持有效直到VCC電壓值高于極限電壓V(B_IT+)并經過一段時間的延時t(BOR);滯后電壓Vhys(B_IT-)用于確保供電電壓必須低于V(B_IT-)時Brownout電路才會產生下一個POR信號。
1.3 復位失效過程分析
對于沒有Brownout復位電路的情況，如果MSP430的供電電源是周期性的，當電源再次上電時，供電電壓VCC在上一個周期的下降期或在受到干擾時必須低于Vmin(見圖1)才能確保POR信號的發(fā)生，如果VCC不能低于Vmin，將不會產生POR信號，此時，即使在RST/NMI出現了低電平信號也不會產生一個有效的POR信號，系統無法正常復位。
Brownout復位電路存在于部分MSP430系列芯片中，如MSP430F13X和MSP430F14X系列就沒有Brownout電路。對于沒有Brownout電路的芯片應用系統，在工作時，由于受到干擾、電網波動、誤操作等原因，短暫的電壓下降造成供電恢復時由于電壓沒有滿足POR的發(fā)生條件(低于Vmin)，復位端的低電平復位信號無法再次啟動系統重新復位工作，此時出現系統死機，這種現象的出現盡管并不頻繁，但對于不能隨時進行手動復位的遠端自動控制系統而言，卻是致命的。
在進行電路設計前仔細查看產品技術手冊，并針對各系列芯片的不同應用條件設計不同的復位電路。
2 復位電路設計方法
2.1 提高復位門限
提高MSP430的復位門限Vpor'，令Vpor'位于MSP430正常工作電壓范圍內，且接近于MCU正常工作時的最低門限Vcc min，此時可以保證在供電電壓位于Vcc min附近且MCU仍能正常工作時，在門限處向MSP430發(fā)出復位信號。此時Vpor的值應位于供電電源的低限(Vp min)和MSP430正常工作電壓的低限(Vcc min)之間。如圖3作圖所示。
MSP430F149是目前用量最廣的MSP430芯片之一，其工作電壓范圍在Vcc min=1.8V，Vcc max=3.6V之間，當選擇低壓差線性穩(wěn)壓器件TP-S76033時，其供電電壓Vp max=3.34V，Vp min=3.23V，此時應選擇復位門限范圍在3.23V和1.8V之間。為提高系統可靠工作的條件，Vpor盡可能選擇低一些。選擇復位芯片MAX809S(如圖4右圖)，其復位門限為2.89V(Vpor min)
此方法適用于供電系統的容差很小、供電電壓精度很高的情況下。
2.2 延長外復位信號時間
由于MSP430內部POR只有在上電時提供復位，對于遇到短暫波動至供電壓值降至Vpor以下但仍高于Vcc-min又迅速恢復的情況(如圖l(a)所示的第二次電壓下降)，上述方法不能觸發(fā)有效復位，此時，可以采取延長復位信號持續(xù)時間或增加復位周期的方法。讓復位信號在壓值恢復后維持足夠長的周期，仍可促使芯片正常復位。MAX809S最高可維持140ms的有效復位信號，遠遠大于MSP430F149的有效復位信號要求時間(25μs)與POR信號維持時間(250μs)之和，在系統遇到周期120ms以內的電壓波動時可保證系統正確復位。
利用帶有看門狗定時器的復位芯片MAX803，還可以控制發(fā)送長達1s的復位信號發(fā)送間隔，適用于周期更長的電壓波動情況使用。
2.3 監(jiān)控電源
對于供電系統的容差范圍較大(如圖3(a)中Vp的范圍大于或接近于VCC的范圍時)，壓值精度較低的情況，或者是遇到電網長期工作在欠壓狀態(tài)下時，單純地降低復位電壓閥值會造成系統在正常工作條件下頻繁復位。此時可以監(jiān)控電源電壓，當監(jiān)測到出現上述電壓波動時，監(jiān)控芯片向MSP430發(fā)送電壓異常信號，MSP430響應該信號并中斷正在運行的程序進入掉電保護子程序、設置復位狀態(tài)寄存器，避免下次上電時由于寄存器狀態(tài)錯誤而無法啟動POR復位。
MAX6342是具有內部電源失效比較器的復位芯片，比較器將不穩(wěn)定的電壓送入調節(jié)器，并產生為處理器和監(jiān)控電路供電的電源，因為不穩(wěn)定的電壓會在調節(jié)器輸出電壓之前跌落，檢測到不穩(wěn)定或較低的電壓后產生電源失效信號(PFO)，MSP430在被復位之前進入掉電處理程序。
3 總結
對于內部復位機制不同(Brownout電路)的子系列MSP430單片機，面對不同的系統工作環(huán)境，通過提高復位門限、延長復位時間和監(jiān)控電壓源等方法設計復位電路，可以有效避免在實際應用中遇到的偶發(fā)復位失效的問題，提高系統的可靠性。經實踐表明，上述方法能有效降低系統偶發(fā)復位失效現象的發(fā)生。
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