復(fù)位電路的作用
在上電或復(fù)位過程中，控制CPU的復(fù)位狀態(tài)：這段時間內(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)出錯誤的指令、執(zhí)行錯誤操作，也可以提高電磁兼容性能。
無論用戶使用哪種類型的單片機,總要涉及到單片機復(fù)位電路的設(shè)計。而單片機復(fù)位電路設(shè)計的好壞,直接影響到整個系統(tǒng)工作的可靠性。許多用戶在設(shè)計完單片機系統(tǒng),并在實驗室調(diào)試成功后,在現(xiàn)場卻出現(xiàn)了“死機”、“程序走飛”等現(xiàn)象,這主要是單片機的復(fù)位電路設(shè)計不可靠引起的。
基本的復(fù)位方式
單片機在啟動時都需要復(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)開始工作。89系列單片機的復(fù)位信號是從RST引腳輸入到芯片內(nèi)的施密特觸發(fā)器中的。當系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時，且振蕩器穩(wěn)定后，如果RST引腳上有一個高電平并維持2個機器周期(24個振蕩周期)以上，則CPU就可以響應(yīng)并將系統(tǒng)復(fù)位。單片機系統(tǒng)的復(fù)位方式有：手動按鈕復(fù)位和上電復(fù)位
1、手動按鈕復(fù)位
手動按鈕復(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之間接一個按鈕。當人為按下按鈕時，則Vcc的+5V電平就會直接加到RST端。手動按鈕復(fù)位的電路如所示。由于人的動作再快也會使按鈕保持接通達數(shù)十毫秒，所以，完全能夠滿足復(fù)位的時間要求。
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，下接一個電阻到地即可。對于CMOS型單片機，由于在RST端內(nèi)部有一個下拉電阻，故可將外部電阻去掉，而將外接電容減至1µF。上電復(fù)位的工作過程是在加電時，復(fù)位電路通過電 容加給RST端一個短暫的高電平信號，此高電平信號隨著Vcc對電容的充電過程而逐漸回落，即RST端的高電平持續(xù)時間取決于電容的充電時間。為了保證系統(tǒng)能夠可靠地復(fù)位，RST端的高電平信號必須維持足夠長的時間。上電時，Vcc的上升時間約為10ms，而振蕩器的起振時間取決于振蕩頻率，如晶振頻率為10MHz，起振時間為1ms;晶振頻率為1MHz，起振時間則為10ms。在圖2的復(fù)位電路中，當Vcc掉電時，必然會使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，這個負電壓將不會對器件產(chǎn)生損害。另外，在復(fù)位期間，端口引腳處于隨機狀態(tài)，復(fù)位后，系統(tǒng)將端口置為全“l”態(tài)。如果系統(tǒng)在上電時得不到有效的復(fù)位，則程序計數(shù)器PC將得不到一個合適的初值，因此，CPU可能會從一個未被定義的位置開始執(zhí)行程序。
3、積分型上電復(fù)位
常用的上電或開關(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)一段時間的高電平。當單片機已在運行當中時，按下復(fù)位鍵K后松開，也能使RST為一段時間的高電平，從而實現(xiàn)上電或開關(guān)復(fù)位的操作。
根據(jù)實際操作的經(jīng)驗，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)中的作用是啟動單片機開始工作。但在電源上電以及在正常工作時電壓異常或干擾時，電源會有一些不穩(wěn)定的因素，為單片機工作的穩(wěn)定性可能帶來嚴重的影響。因此，在電源上電時延時輸出給芯片輸出一復(fù)位信號。上復(fù)位電路另一個作用是，*正常工作時電源電壓。若電源有異常則會進行強制復(fù)位。復(fù)位輸出腳輸出低電平需要持續(xù)三個(12/fc s)或者更多的指令周期，復(fù)位程序開始初始化芯片內(nèi)部的初始狀態(tài)。等待接受輸入信號(若如遙控器的信號等)。
上電復(fù)位電路原理分析
5V電源通過MC34064的2腳輸入，1腳便可輸出一個上升沿，觸發(fā)芯片的復(fù)位腳。電解電容C13是調(diào)節(jié)復(fù)位延時時間的。當電源關(guān)斷時，電解電容C13上的殘留電荷通過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”開始上升，在升至3.6V之前，穩(wěn)壓二極管DH03都處于截止狀態(tài)，QH01(PNP管)也處于截止狀態(tài)，無復(fù)位電壓輸出。w 當+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+5V電源電壓高于4.3V以后，QH01開始導(dǎo)通，復(fù)位電壓開始形成，當+5V電源電壓接近+5V時，QH01已經(jīng)飽和導(dǎo)通，復(fù)位電壓達到穩(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,定時復(fù)位計數(shù)器,使得計數(shù)器的值不超過某一值;當CPU不能正常工作時,由于計數(shù)器不能被復(fù)位,因此其計數(shù)會超過某一值,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,即將定時向復(fù)位電路發(fā)出脈沖的程序放在何處。一般設(shè)計,將此段程序放在定時器中斷服務(wù)子程序中。然而,有時這種設(shè)計仍然會引起程序走飛或工作不正常。原因主要是：當程序“走飛”發(fā)生時定時器初始化以及開中斷之后的話,這種“走飛”情況就有可能不能由Watchdog復(fù)位電路校正回來。因為定時器中斷一真在產(chǎn)生,即使程序不正常,Watchdog也能被正常復(fù)位。為此提出定時器加預(yù)設(shè)的設(shè)計方法。即在初始化時壓入堆棧一個地址,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,當程序走飛后,其進入陷阱的可能性將大大增加。而一旦進入陷阱,定時器停止工作并且關(guān)閉中斷,從而使Watchdog復(fù)位電路會產(chǎn)生一個復(fù)位脈沖將CPU復(fù)位。當然這種技術(shù)用于實時性較強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,由于組成了一個RC低通網(wǎng)絡(luò),所以比較器的正相輸入端的電壓比負相端輸入電壓延遲一定時間。而比較器的負相端網(wǎng)絡(luò)的時間常數(shù)遠遠小于正相端RC網(wǎng)絡(luò)的時間常數(shù),因此在正端電壓還沒有超過負端電壓時,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。由于負端電壓放電回路時間常數(shù)較大,因此對電源電壓的波動不敏感。但是容易產(chǎn)生以下二種不利現(xiàn)象：(1)電源二次開關(guān)間隔太短時,復(fù)位不可靠;(2)當電源電壓中有浪涌現(xiàn)象時,可能在浪涌消失后不能產(chǎn)生復(fù)位脈沖。為此,將改進比較器重定電路,如圖9所示。這個改進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)計如圖9所示的比較器重定電路。此電路稍加改進即可作為上電復(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 改進型比較器型復(fù)位電路
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