下载
加入VIP
  • 专属下载特权
  • 现金文档折扣购买
  • VIP免费专区
  • 千万文档免费下载

上传资料

关闭

关闭

关闭

封号提示

内容

首页 单片机常用复位电路

单片机常用复位电路.doc

单片机常用复位电路

song益鸿
2019-01-11 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《单片机常用复位电路doc》,可适用于IT/计算机领域

单片机复位电路设计   一、概述影响单片机系统运行稳定性的因素可大体分为外因和内因两部分:、外因射频干扰它是以空间电磁场的形式传递在机器内部的导体(引线或零件引脚)感生出相应的干扰可通过电磁屏蔽和合理的布线器件布局衰减该类干扰电源线或电源内部产生的干扰它是通过电源线或电源内的部件耦合或直接传导可通过电源滤波、隔离等措施来衰减该类干扰。、内因振荡源的稳定性主要由起振时间频率稳定度和占空比稳定度决定。起振时间可由电路参数整定稳定度受振荡器类型温度和电压等参数影响复位电路的可靠性。二、复位电路的可靠性设计、基本复位电路复位电路的基本功能是:系统上电时提供复位信号直至系统电源稳定后撤销复位信号。为可靠起见电源稳定后还要经一定的延时才撤销复位信号以防电源开关或电源插头分合过程中引起的抖动而影响复位。图所示的RC复位电路可以实现上述基本功能图为其输入输出特性。但解决不了电源毛刺(A点)和电源缓慢下降(电池电压不足)等问题而且调整RC常数改变延时会令驱动能力变差。左边的电路为高电平复位有效右边为低电平Sm为手动复位开关Ch可避免高频谐波对电路的干扰。图RC复位电路图所示的复位电路增加了二极管在电源电压瞬间下降时使电容迅速放电一定宽度的电源毛刺也可令系统可靠复位。图所示复位电路输入输出特性图的下半部分是其特性可与上半部比较增加放电回路的效果图增加放电回路的RC复位电路使用比较电路不但可以解决电源毛刺造成系统不稳定而且电源缓慢下降也能可靠复位。图是一个实例当VCCx(R(RR))=V时Q截止使系统复位。Q的放大作用也能改善电路的负载特性但跳变门槛电压Vt受VCC影响是该电路的突出缺点使用稳压二极管可使Vt基本不受VCC影响。见图当VCC低于Vt(VzV)时电路令系统复位。单片机设计图RC复位电路输入输出特性图带电压监控功能的复位电路图稳定门槛电压图实用的复位监控电路在此基础上,增加延时电容和放电二极管构成性能优良的复位电路,如图所示。调节C可调整延时时间,调节R可调整负载特性,如图所示上半部分是图电路的特性,下半部分对应图。图带电压监控功能的复位电路的输入输出特性、电源监控电路上述的带电压监控的复位电路又叫电源监控电路监控电路必须具备如下功能:上电复位保障上电时能正确地启动系统掉电复位当电源失效或电压降到某一电压值以下时复位系统单片机编程器HPOO市面上有类似的集成产品如PHILIPS半导体公司生产的MAX、MAX。此类产品体积小、功耗低而且可选门槛电压。可保障系统在不同的异常条件下可靠地复位防止系统失控。图中的Rm和Sm实现手动复位无需该功能时可把Reset端(或Reset)端直接与单片机的RST端(或RST端)相连最大限度地简化外围电路也可选择PHILIPS半导体公司带手动复位功能的产品MAX。电子元件邮购图集成复位监控电路此外MAX还可以监视第二个电源信号为处理器提供电压跌落的预警功能利用此功能系统可在电源跌落时到复位前执行某些安全操作保存参数发送警报信号或切换后备电池等。图电表的应用实例利用MAX电表可在电源毛刺或停电前把当前电度数保存到EPROM中再配合保存多个电度数备份算法可有效解决令工程师头疼EPROM中的电度数掉失问题使用该电路必须选择适当的预警电压点以保证靠电源的储能供电情况下VCC电压从预警电压跌到复位电压的维持时间(tB)必须足够长EPROM的写周期约为-ms一般取tB>ms就可确保数据稳定写入。预警电压调整方法当VDC等于预警电压时调整R和R使PFI的电压为V此时可检测PFO来确认内部的电压比较器是否动作调整时必须注意此比较器是窗口比较器。图是该应用的程序流程图调频FM发射话筒制作套件图MAX的典型应用单片机学习HPOO图电表应用中EPROM数据保护程序流程图多功能电源监控电路除上电复位和掉电复位外很多监控电路集成了系统所需的功能如:电源测控供电电压出现异常时提供预警指示或中断请求信号方便系统实现异常处理数据保护当电源或系统工作异常时对数据进行必要的保护如写保护、数据备份或切换后备电池看门狗定时器当系统程序“跑飞”或“死锁”时复位系统其它的功能如温度测控、短路测试等等。单片机编程器HPOO我们把其称作多功能电源监控电路。下面介绍两款特别适合在工控、安防、金融行业中广泛应用多功能的监控电路:Catalyst公司的CAT是一个集成了开门狗、电压监控和复位电路的K位EPROM(IC接口)不但集成度高、功耗低(EPROM部分静态时真正实现零功耗)而且清看门狗是通过改变SDA的电平实现的节省系统IO资源其门槛电压可通过编程器修改该修改范围覆盖绝大多数应用。当电源下降到门槛电压以下时硬件禁止访问EPROM确保数据安全。使用时注意的是RSTRST引脚是IO脚CAT检测到两引脚中任何一个电压异常都会产生复位信号与RSTRST引脚相连的下拉电阻R和上拉电阻R必须同时连接否则CAT将不断产生复位!同样不需要手动复位功能时可节省Rm和Sm两个元件。电子元件邮购图内置WDTRESETRESETEPROM监控器件接口电路PHILIPS公司的SA被设计用在电源电压降低或断电时作保护微电脑系统中SRAM的数据。当电源电压下降到通常值V时输出CS变为逻辑低电平把CE也拉低从而禁止对SRAM的操作。同时产生一个低电平有效的复位信号供系统使用如果电源电压继续下降到达通常值V或更低时SA切换系统操作从主电源供电切换到后备锂电池供电当主电源恢复正常(电压上升至V或更高时)将SRAM的供电电源将由后备锂电池切换回主电源当主电源上升至大于典型值V时输出CS变为逻辑高电平使CE变为高电平使能SRAM的操作复位信号一直持续到系统恢复正常操作为止。在系统电源电压不足或突然断电的时候这个器件能可靠地保护系统在SRAM内的数据。图内置SRAM数据保护电路的监控器件SA的典型应用单片机编程器HPOOARM单片机的复位电路设计无论在移动电话高端手持仪器还是嵌入式系统位单片机ARM占据越来越多的份额ARM已成为事实的高端产品工业标准。由于ARM高速、低功耗、低工作电压导致其噪声容限低这是对数字电路极限的挑战对电源的纹波、瞬态响应性能、时钟源的稳定度、电源监控可靠性等诸多方面也提出了更高的要求。ARM监控技术是复杂并且非常重要的。分立元件实现的监控电路受温度、湿度、压力等外界的影响大而且对不同元件影响不一致较大板面积过多过长的引脚容易引入射频干扰功耗大也是很多应用难以接受而集成电路能很好的解决此类问题。目前也有不少微处理器中集成监控电路处于制造成本和工艺技术原因此类监控电路大多数是用低电压CMOS工艺实现的比起用高电压、高线性度的双极工艺制造的专用监控电路性能还有一段差距。结论是:使用ARM而不用专用监控电路可能导致得不偿失经验也告诉我们使用专用监控电路可以避免很多离奇古怪的问题。ARM的应用工程师切记少走弯路!图用PHILIPSMAX实现的ARM复位电路图是实用可靠的ARM复位电路。ARM内核的工作电压较低。R可保证电压低于MAX的工作电源还能可靠复位。其中TRST信号是给JTAG接口用的。使用HC可实现多种复位源对ARM复位如通过PC机串口或JTAG接口复位ARM 目前为止单片机复位电路主要有四种类型:()微分型复位电路()积分型复位电路()比较器型复位电路()看门狗型复位电路。另外Maxim等公司也推出了专用于复位的专用芯片。复位电路的数学模型及可靠性分析微分型复位电路微分型复位电路的等效电路如图所示。以高电平复位为例。建立如下方程:电源上电时可以认为Us为阶跃信号即。其中U是由于下拉电阻R在CPU复位端引起的电压值一般为V以下。但在实际应用中Us不可能为理想的阶跃信号。其主要原因有两点:()稳压电源的输出开关特性()设计人员在设计电路时为保证电源电压稳定性往往在电源的输入端并联一个大电容从而导致了Us不可能为阶跃信号特征。由于第一种情况与第二种情况在本质上是一样的即对Us的上升斜率产生影响从而影响了的URST的复位特性。为此假Us的上升斜率为k从V~Us需要T时间即:当T<<τ时Us上电时可等效为阶跃信号。与前相同当T>>τ时令A=Tτ则:即此时的复位可靠性较前面的好。另一种情况就是设计人员将一些开关性质的功率器件如大功率LED发不管与单片机系统共享一个稳压电源而单片机系统的复位端采用微分复位电路由此也将造成复位的不正常现象。具体分析如图所示。将器件等效为电阻RL其中开关特性即RL很小或RL很大两种工作状态。而稳压电源的基本工作原理是:ΔRL→ΔI→ΔU→ΔI→ΔU。从中可以看出负载的变化必然引电流的变化。为了分析简单假设R>RL并且R>>R这样可以近似地钭以上电路网络看作两个网络的组合并且网络之间的负载效应可以忽略不计。第一个电路网络等效为一个分压电路。当RL从RLmin→Rlmax时使其变化为阶跃性持则UA为一个赋的阶跃信号。UA(t)=Rlmax(RlmaxR)Ut≥UA(t)=Rlmin(RlminR)Ut<用此阶跃信号作为第二个电路网络一阶微分电路的输入则可得下式:(ddt)UA(t)=(RC)URST(t)(ddt)URST(t)URST()=解之得:从上式可以看出由于负载的突变和稳压电源的稳压作用将在复位端引入一个类脉冲从而导致CPU工作不正常。积分型复位电路此电路的等效电路如图所示。仍以高电平复位为例同样可以建立如下方程:当系统上电时假设Us(t)=AU(t)为阶跃函数U=则:当反相器正常工作后Uc若仍能保持在VIL以下则其输出就可以为高电平而且如果从反相器正常工作后开始经过不小于复位脉冲宽度的时间TR后Uc才能达到VIL以上那么上电复位就能保证可靠。所以在实际应用中设计人员常常将R、CF的值增大以提高时间常数并且应用具有斯密特输入的CMOS反相器以提高抗干扰性。然而此复位电路常常在二次电源开关相对较短的时间间隔情况下出现异常。这主要是由于放电回路与充电回路相同导致放电时间常数较大从而导致UC电压下降过度。为此有文献介绍如图所示的改进电路。从图可以看出放电回路的时间常数一般远远小于充电时间常数。这时上面所提到的重复开关电源而造成上电复位不可靠的现象就可以得到控制。然而由于放电时间常数过短降低了此复位电路在工作中对电源电压波动的不敏感性。例如当电源电压有波动时此时由于放电过快从而有可能造成Uc低于反相器的VIL电压值带来不必要的复位脉冲。此现象在单片机工作于Sleep方式与Active方式切换而电源输出功率又相对较弱时可能出现。为此提出针对以上现象的改进积分型复位电路(如图所示)。图中R<<R适当调整R值的大小就可避免以上情况发生。比较器型复位电路比较器型复位电路的基本原理如图所示。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常数远远小于正相端RC网络的时间常数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路时间常数较大因此对电源电压的波动不敏感。但是容易产生以下二种不利现象:()电源二次开关间隔太短时复位不可靠()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路如图所示。这个改进电路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所示的比较器重定电路。此电路稍加改进即可作为上电复位与看门狗复位电路共同复位的电路大大提高了复位的可靠性。看门狗型复位电路看门狗型复位电路主要利用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复位电路如图所示。此复位电路的可靠性主要取决于软件设计即将定时向复位电路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复位电路校正回来。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复位电路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。专用复位芯片简介(MAXL)目前在市场上有许多流行的专用复位芯片了解它们的工作原理对电路可靠性的分析及设计至关重要。以Maxim公司生产的MAXL为例解剖专用复位芯片的一般工作原理。对于其它芯片可根据本文所提供的四种复位电路一一对其分析即可求得结论。MAXL具有上电复位、Watchdog输出、掉电电压监视、手动复位四大功能。具体原理框图如图所示。本文局限于讨论复位电路部分及看门狗定时器部分。从图中可以看出WDI(WatchdogInput)主要是作为Watchdog计数器重定用的。在秒内若CPU不触发复位看门狗定时器则WDO(WatchdogOutput)将输出低电平。复位电路分为手工复位与上电复位。从原理图中可以看出上电复位与本文图所提到的电路原理相同即用比较器产生触发信号触发触发器以此产生复位信号。同时对时基产生的脉冲进行定当复位时间达毫秒时Reset发生器产生一脉冲使复位信号无效。上电复位时只要电压低于V复位信号Reset就有效当电源电压超过V时Reset信号仍将继续保持毫秒左右以保证CPU复位可靠后无效。手动复位时MR(ManualReset)接地时间不小于纳秒则可产生一个手动复位过程。即在复位端产生毫秒的有效复位信号(高电平有效)。若将WDO端与MR连接则可组成上电复位及看门狗复位电路。复位电路设计时的注意点本文所提到的各种复位电路中微分复位电路简单但易引入干扰没有监控CPU运行的能力积分复位电路简单可靠但由于对电源电压波动不敏感从而有可能出现CPU由于电源电压的瞬间过低而造成工作不正常的情况比较器复位电路电路较复杂工作可靠Watchdog复位电路电路较复杂工作可靠并且具有监控CPU运行的能力。在使用中应根据电路板的空间、电源电压特性、系统运行现场等情况综合考虑而定。般有以下几条可供参考:()在使用微分型复位电路并且使用稳压电源时应考虑在电容输入端加入适当的电感以减少负载突变而引起的干扰复位脉冲的产生。在电路板空间有限的情况下可以选用此复位电路。()在使用积分型复位电路时一方面应着重考虑上电复位时电源电压的上升率特别在电源电压上升率较小时应考虑用较为复杂的比较型复位电路。另一方面应考虑电路是否有降压举措以降低功耗若有则应考虑二极管的正向压降对复位电路的影响。()在设计比较器型复位电路时应着重考虑电源电压的波动性。当系统工作在恶劣环境下时外界干扰的窜入可能引起毛刺电压从而导致不正常的复位。为此有必要根据手刺电压的峰峰值以及脉宽采取以下措施:(a)当毛剌电压峰峰值没有达到电源电压的正常值与系统正常工作所需最低电压值之差时可适当降低比较器的复位电压下限(b)当毛刺电压峰峰值超过电源电压的正常值与系统正常工作所需电压之差时一方面应采取措施降低毛刺电压另一方面应采用较为复杂的比较器型上电复位电路(如图所示)。()在选用或自己设计Watchdog型复位电路时应注意输入Watchdog的“喂狗”信号应该是沿信号而不是电平信号同时应考虑撤销复位电压的电源电压值应大于系统最小正常电压值。

用户评价(0)

关闭

新课改视野下建构高中语文教学实验成果报告(32KB)

抱歉,积分不足下载失败,请稍后再试!

提示

试读已结束,如需要继续阅读或者下载,敬请购买!

文档小程序码

使用微信“扫一扫”扫码寻找文档

1

打开微信

2

扫描小程序码

3

发布寻找信息

4

等待寻找结果

我知道了
评分:

/16

单片机常用复位电路

VIP

在线
客服

免费
邮箱

爱问共享资料服务号

扫描关注领取更多福利