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【硬见小百科】单片机各种复位电原理

来源:未知     作者:威廉希尔     发布时间:2020-09-03 16:39         

  在上电或复位过程中,控制CPU的复位状态:这段时间内让CPU保持复位状态,而不是一上电或刚复位完毕就工作,防止CPU发出错误的指令、执行错误操作,也可以提高电磁兼容性能。

  无论用户使用哪种类型的单片机,总要涉及到单片机复位电的设计。而单片机复位电设计的好坏,直接影响到整个系统工作的可靠性。许多用户在设计完单片机系统,并在实验室调试成功后,在现场却出现了“死机”、“程序走飞”等现象,这主要是单片机的复位电设计不可靠引起的。

  单片机在启动时都需要复位,以使CPU及系统各部件处于确定的初始状态,并从初态开始工作。89系列单片机的复位信号是从RST引脚输入到芯片内的施密特触发器中的。当系统处于正常工作状态时,且振荡器稳定后,如果RST引脚上有一个高电平并维持2个机器周期(24个振荡周期)以上,则CPU就可以响应并将系统复位。单片机系统的复位方式有:手动按钮复位和上电复位

  手动按钮复位需要人为在复位输入端RST上加入高电平(图1)。一般采用的办法是在RST端和正电源Vcc之间接一个按钮。当人为按下按钮时,则Vcc的+5V电平就会直接加到RST端。手动按钮复位的电如所示。由于人的动作再快也会使按钮保持接通达数十毫秒,所以,完全能够满足复位的时间要求。

  AT89C51的上电复位电如图2所示,只要在RST复位输入引脚上接一电容至Vcc端,下接一个电阻到地即可。对于CMOS型单片机,由于在RST端内部有一个下拉电阻,故可将外部电阻去掉,而将外接电容减至1µF。上电复位的工作过程是在加电时,复位电通过电 容加给RST端一个短暂的高电平信号,此高电平信号随着Vcc对电容的充电过程而逐渐回落,即RST端的高电平持续时间取决于电容的充电时间。为了系统能够可靠地复位,RST端的高电平信号必须维持足够长的时间。上电时,Vcc的上升时间约为10ms,而振荡器的起振时间取决于振荡频率,如晶振频率为10MHz,起振时间为1ms;晶振频率为1MHz,起振时间则为10ms。在图2的复位电中,当Vcc掉电时,必然会使RST端电压迅速下降到0V以下,但是,由于内部电的作用,这个负电压将不会对器件产生损害。另外,在复位期间,端口引脚处于随机状态,复位后,系统将端口置为全“l”态。如果系统在上电时得不到有效的复位,则程序计数器PC将得不到一个合适的初值,因此,CPU可能会从一个未被定义的开始执行程序。

  常用的上电或开关复位电如图3所示。上电后,由于电容C3的充电和反相门的作用,使RST持续一段时间的高电平。当单片机已在运行当中时,按下复位键K后松开,也能使RST为一段时间的高电平,从而实现上电或开关复位的操作。

  上电复位电 在控制系统中的作用是启动单片机开始工作。但在电源上电以及在正常工作时电压异常或干扰时,电源会有一些不稳定的因素,为单片机工作的稳定性可能带来严重的影响。因此,在电源上电时延时输出给芯片输出一复位信号。上复位电另一个作用是,正常工作时电源电压。若电源有异常则会进行强制复位。复位输出脚输出低电平需要持续三个(12/fc s)或者更多的指令周期,复位程序开始初始化芯片内部的初始状态。等待接受输入信号(若如遥控器的信号等)。

  5V电源通过MC34064的2脚输入,1脚便可输出一个上升沿,触发芯片的复位脚。电解电容C13是调节复位延时时间的。当电源关断时,电解电容C13上的残留电荷通过D13和MC34064内部电构成回,掉电荷。以备下次复位启用。

  欠压复位电工作原理(图6)w 接通电源,+5V电压从“0V”开始上升,在升至3.6V之前,稳压二极管DH03都处于截止状态,QH01(PNP管)也处于截止状态,无复位电压输出。w 当+5V电源电压高于3.6V以后,稳压二极管DH03反向击穿,将其两端电压“箝位”于3.6V。当+5V电源电压高于4.3V以后,QH01开始导通,复位电压开始形成,当+5V电源电压接近+5V时,QH01已经饱和导通,复位电压达到稳定状态。

  看门狗型复位电主要利用CPU正常工作时,定时复位计数器,使得计数器的值不超过某一值;当CPU不能正常工作时,由于计数器不能被复位,因此其计数会超过某一值,从而产生复位脉冲,使得CPU恢复正常工作状态。典型应用的Watchdog复位电如图7所示。此复位电的可靠性主要取决于软件设计,即将定时向复位电发出脉冲的程序放在何处。一般设计,将此段程序放在定时器中断服务子程序中。然而,有时这种设计仍然会引起程序走飞或工作不正常。原因主要是:当程序“走飞”发生时定时器初始化以及开中断之后的话,这种“走飞”情况就有可能不能由Watchdog复位电校正回来。因为定时器中断一真在产生,即使程序不正常,Watchdog也能被正常复位。为此提出定时器加预设的设计方法。即在初始化时压入堆栈一个地址,在此地址内执行的是一条关中断和一条死循环语句。在所有不被程序代码占用的地址尽可能地用子程序返回指令RET代替。这样,当程序走飞后,其进入陷阱的可能性将大大增加。而一旦进入陷阱,定时器停止工作并且关闭中断,从而使Watchdog复位电会产生一个复位脉冲将CPU复位。当然这种技术用于实时性较强的控制或处理软件中有一定的困难。

  比较器型复位电的基本原理如图8所示。上电复位时,由于组成了一个RC低通网络,所以比较器的正相输入端的电压比负相端输入电压延迟一定时间。而比较器的负相端网络的时间远远小于正相端RC网络的时间,因此在正端电压还没有超过负端电压时,比较器输出低电平,经反相器后产生高电平。复位脉冲的宽度主要取决于正常电压上升的速度。由于负端电压放电回时间较大,因此对电源电压的波动不。但是容易产生以下二种不利现象:(1)电源二次开关间隔太短时,复位不可靠;(2)当电源电压中有浪涌现象时,可能在浪涌消失后不能产生复位脉冲。为此,将改进比较器重定电,如图9所示。这个改进电可以消除第一种现象,并减少第二种现象的产生。为了彻底消除这二种现象,可以利用数字逻辑的方法与比较器配合,设计如图9所示的比较器重定电。此电稍加改进即可作为上电复位与看门狗复位电共同复位的电,大大提高了复位的可靠性。

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