單片機(jī)復(fù)位電路原理

復(fù)位電路的作用

在上電或復(fù)位過(guò)程中，控制CPU的復(fù)位狀態(tài)：這段時(shí)間內(nèi)讓CPU保持復(fù)位狀態(tài)，而不是一上電或剛復(fù)位完畢就工作，防止CPU發(fā)出錯(cuò)誤的指令、執(zhí)行錯(cuò)誤操作，也可以提高電磁兼容性能。

無(wú)論用戶使用哪種類型的單片機(jī),總要涉及到單片機(jī)復(fù)位電路的設(shè)計(jì)。而單片機(jī)復(fù)位電路設(shè)計(jì)的好壞,直接影響到整個(gè)系統(tǒng)工作的可靠性。許多用戶在設(shè)計(jì)完單片機(jī)系統(tǒng),并在實(shí)驗(yàn)室調(diào)試成功后,在現(xiàn)場(chǎng)卻出現(xiàn)了“死機(jī)”、“程序走飛”等現(xiàn)象,這主要是單片機(jī)的復(fù)位電路設(shè)計(jì)不可靠引起的。

基本的復(fù)位方式

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

1、手動(dòng)按鈕復(fù)位

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(圖1)。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。

2、上電復(fù)位

AT89C51的上電復(fù)位電路如圖2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1µF。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”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。

3、積分型上電復(fù)位

常用的上電或開(kāi)關(guān)復(fù)位電路如圖3所示。上電后，由于電容C3的充電和反相門的作用，使RST持續(xù)一段時(shí)間的高電平。當(dāng)單片機(jī)已在運(yùn)行當(dāng)中時(shí)，按下復(fù)位鍵K后松開(kāi)，也能使RST為一段時(shí)間的高電平，從而實(shí)現(xiàn)上電或開(kāi)關(guān)復(fù)位的操作。

根據(jù)實(shí)際操作的經(jīng)驗(yàn)，下面給出這種復(fù)位電路的電容、電阻參考值。

圖3中：C：=1uF，Rl=lk，R2=10k

專用芯片復(fù)位電路：

上電復(fù)位電路 在控制系統(tǒng)中的作用是啟動(dòng)單片機(jī)開(kāi)始工作。但在電源上電以及在正常工作時(shí)電壓異?；蚋蓴_時(shí)，電源會(huì)有一些不穩(wěn)定的因素，為單片機(jī)工作的穩(wěn)定性可能帶來(lái)嚴(yán)重的影響。因此，在電源上電時(shí)延時(shí)輸出給芯片輸出一復(fù)位信號(hào)。上復(fù)位電路另一個(gè)作用是，*正常工作時(shí)電源電壓。若電源有異常則會(huì)進(jìn)行強(qiáng)制復(fù)位。復(fù)位輸出腳輸出低電平需要持續(xù)三個(gè)(12/fc s)或者更多的指令周期，復(fù)位程序開(kāi)始初始化芯片內(nèi)部的初始狀態(tài)。等待接受輸入信號(hào)(若如遙控器的信號(hào)等)。

上電復(fù)位電路原理分析

5V電源通過(guò)MC34064的2腳輸入，1腳便可輸出一個(gè)上升沿，觸發(fā)芯片的復(fù)位腳。電解電容C13是調(diào)節(jié)復(fù)位延時(shí)時(shí)間的。當(dāng)電源關(guān)斷時(shí)，電解電容C13上的殘留電荷通過(guò)D13和MC34064內(nèi)部電路構(gòu)成回路，釋放掉電荷。以備下次復(fù)位啟用。

四、上電復(fù)位電路的關(guān)鍵性器件

關(guān)鍵性器件有：MC34064 。

三極管欠壓復(fù)位電路

欠壓復(fù)位電路工作原理(圖6)w 接通電源，+5V電壓從“0V”開(kāi)始上升，在升至3.6V之前，穩(wěn)壓二極管DH03都處于截止?fàn)顟B(tài)，QH01(PNP管)也處于截止?fàn)顟B(tài)，無(wú)復(fù)位電壓輸出。w 當(dāng)+5V電源電壓高于3.6V以后，穩(wěn)壓二極管DH03反向擊穿，將其兩端電壓“箝位”于3.6V。當(dāng)+5V電源電壓高于4.3V以后，QH01開(kāi)始導(dǎo)通，復(fù)位電壓開(kāi)始形成，當(dāng)+5V電源電壓接近+5V時(shí)，QH01已經(jīng)飽和導(dǎo)通，復(fù)位電壓達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。

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(shí),定時(shí)復(fù)位計(jì)數(shù)器,使得計(jì)數(shù)器的值不超過(guò)某一值;當(dāng)CPU不能正常工作時(shí),由于計(jì)數(shù)器不能被復(fù)位,因此其計(jì)數(shù)會(huì)超過(guò)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7所示。此復(fù)位電路的可靠性主要取決于軟件設(shè)計(jì),即將定時(shí)向復(fù)位電路發(fā)出脈沖的程序放在何處。一般設(shè)計(jì),將此段程序放在定時(shí)器中斷服務(wù)子程序中。然而,有時(shí)這種設(shè)計(jì)仍然會(huì)引起程序走飛或工作不正常。原因主要是：當(dāng)程序“走飛”發(fā)生時(shí)定時(shí)器初始化以及開(kāi)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(lái)。因?yàn)槎〞r(shí)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(shí)器加預(yù)設(shè)的設(shè)計(jì)方法。即在初始化時(shí)壓入堆棧一個(gè)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(yǔ)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(shí)器停止工作并且關(guān)閉中斷,從而使Watchdog復(fù)位電路會(huì)產(chǎn)生一個(gè)復(fù)位脈沖將CPU復(fù)位。當(dāng)然這種技術(shù)用于實(shí)時(shí)性較強(qiáng)的控制或處理軟件中有一定的困難

圖7 看門狗型復(fù)位電路

比較器型復(fù)位電路

比較器型復(fù)位電路的基本原理如圖8所示。上電復(fù)位時(shí),由于組成了一個(gè)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(shí)間。而比較器的負(fù)相端網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間常數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于正相端RC網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間常數(shù),因此在正端電壓還沒(méi)有超過(guò)負(fù)端電壓時(shí),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(shí)間常數(shù)較大,因此對(duì)電源電壓的波動(dòng)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(kāi)關(guān)間隔太短時(shí),復(fù)位不可靠;(2)當(dāng)電源電壓中有浪涌現(xiàn)象時(shí),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(gè)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(jì)如圖9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。

圖9 改進(jìn)型比較器型復(fù)位電路

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