单片机复位电路可靠设计

单片机复位电路可靠 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 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 1. 外因 z 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 z 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 2. 内因 z 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 z 复位电路的可靠性 二 复位电路的可靠性设计 1. 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1 所示的RC 复位电路可以实现上述基本功能图3 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 R1 10K E1 22u VCC RST R1 10K E1 22u VCC /RST Sm Sm Ch 104 Ch 104 图 1 RC 复位电路 图 2 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3 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 广州周立功单片机发展有限公司 Tel: (020) 38730916 38730917 38730976 38730977 Fax: 38730925 2 R1 10K E1 22u VCC RST R1 10K E1 22u VCC /RST D1 4148 D1 Sm 4148 Sm Ch 104 Ch 104 图 2 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4 是一 个实例当 VCC x (R1/(R1+R2) ) = 0.7V 时Q1 截止使系统复位Q1 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5 当VCC 低于Vt Vz 0.7V 时电路令系统复位 VCC 0V VCC 0V VCC 0V VCC 0V VCC 0V VCC /RST RST /RST RST 增加放电二极管 t=RC A 图 3 RC 复位电路输入-输出特性 Q1 9012 R3 10K VCC R2 R1 /RST R3 10K VCC R1 R2 RST Q1 9013 Sm Sm Ch 104 Ch 104 图4 带电压监控功能的复位电路 3 Q? 9012 R3 10K VCC R1 100K R2 10K Z1 Vz /RST R3 10K VCC R1 100K R2 10K Z1 Vz RST Q? 9013 Sm Sm Ch 104 Ch 104 图 5 稳定门槛电压 Q1 9012 R2 10K VCC R1 100K Z1 Vz /RST D1 4148 C1 104 R2 10K VCC R1 100K Z1 Vz RST Q1 9013 D1 4148 C1 104 Sm Sm Ch 104 Ch 104 图6 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6 所示调节C1 可调整延 时时间调节R1 可调整负载特性如图7 所示上半部分是图5 电路的特性下半部分对应图6 VCC Vt 0V VCC 0V VCC 0V VCC 0V VCC 0V VCC /RST RST /RST RST 增加延时电容 和放电二极管 t=RC 图 7 带电压监控功能的复位电路的输入-输出特性 2. 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 z 上电复位保障上电时能正确地启动系统 广州周立功单片机发展有限公司 Tel: (020) 38730916 38730917 38730976 38730977 Fax: 38730925 4 z 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 市面上有类似的集成产品 如PHILIPS半导体公司生产的MAX809 MAX810 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8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MAX708 VCC 3 /Reset 2 1 GND U1 MAX809 VCC 3 Reset 2 1 GND U1 MAX810 Rm 10K Sm VCC VCC Rm 10K Sm RST /RST 图8 集成复位监控电路 此外 MAX708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9电表的应用 实例利用MAX708 电表可在电源毛刺或停电前把当前电度数保存到E2PROM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E2PROM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E2PROM的写周期约为10 20ms 一般取tB>200ms就可确保 数据稳定写入预警电压调整 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 当VDC等于预警电压时调整R1和R2使PFI的电压为1.25V 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10是该应用的程 序 流程 快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计 图 单片机 MR VCC PFI GND PFO RESET RESET RST /INTERRUPT VCC Sm GND MAX708 VCC 经滤波和稳压后的电源VDC 未经滤波和 稳压的整流电源 R1 R2 图 9 MAX708 的典型应用 5 主程序 电压预警 VAlm=0 VAlm=1 电度数变化 系统初始化 开预警中断 从E2PROM中 读电度数 调用 WirteE2PROM 其他功能模块 其他功能模块 Y N 预警中断 调用 WirteE2PROM VAlm=1 中断返回 WirteE2PROM VAlm=0 电度数写入 E2PROM 返回 N 关预警中断 开预警中断 图 10. 电表应用中E2PROM 数据保护程序流程图 3. 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 z 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 z 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 z 看门狗定时器当系统程序跑飞或死锁 时复位系统 z 其它的功能如温度测控短路测试等等 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CAT1161 是一个集成了开门狗电压监控和复位电路的16K 位E2PROM I2C 接 口不但集成度高功耗低E2PROM 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I/O 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E2PROM 确保数据安全 使用时注意的是 RST /RST 引脚是I/O 脚CAT1161 检测到两引脚中任何一个电压异常都会产生 复位信号与RST /RST 引脚相连的下拉电阻R2 和上拉电阻R1 必须同时连接否则 CAT1161 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 1 DC 2 /RST 3 WP 4 GND SDA 5 VCC 8 SCL 6 RST 7 U1 CAT1161 R2 10K R1 10K VCC Rm RST 10K Sm 1 DC 2 /RST 3 WP 4 GND SDA 5 VCC 8 SCL 6 RST 7 U1 CAT1161 R2 10K R1 10K VCC /RST Rm 10K Sm 图 11. 内置WDT RESET /RESET E2PROM 监控器件接口电路 PHILIPS 公司的SA56600-42 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4.2V 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3.3V 或更低时SA56600-42 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3.3V 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 4.2V 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 LITHIUM BATTER Y R VDD VCC RPU 2 4 VBA TT CE GND 3 CS 5 CS SA56600-42 SRAM 6 VOUT 7 Y 4.2 V DETECTION CITCUIT 3.3 V DETECTION CITCUIT VCC 8 ND 1 RESET 图 12. 内置SRAM 数据保护电路的监控器件SA56600-42 的典型应用 4. ARM 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32 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 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 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 钢结构制作工艺流程车尿素生产工艺流程自动玻璃钢生产工艺2工艺纪律检查制度q345焊接工艺规程 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 1 2 3 U2A 74HC125 4 5 6 U2B 74HC125 R2 10K R3 10K VDD3.3 VDD3.3 /RST TRST VDD3.3 R1 10K Sm RST 1 RST MR 2 3 VCC 4 5 GND 6 PFI PFO 7 8 NC U1 MAX708S 图 13. 用PHILIPS MAX708 实现的ARM 复位电路 图 13 是实用可靠的ARM 复位电路ARM 内核的工作电压较低R1 可保证电压低于MAX708 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HC125 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 三电源监控器件的选型 型号 电平 复位 手动复 位输入 典型复 位脉宽 (ms) 复位输 出方式 复位门限(V) 电压 预警 看门狗超 时周期(S) 备用电池 切换电压 写保护 输出 E2P ROM 最大工 作电流 封装 参考 零售价 SA56600-42 低开集 4.2 3.3V 高和低 2.2mA SO8 5.50 NE56604-42 高和低有 100 弱上拉默认 4.2 外部可调 0.1 1mA SO8 7.50 NE56604-42 高和低有 100 弱上拉默认 4.2 外部可调 0.01 1mA SO8 7.50 CAT1161 高和低 210 开漏数 字 可 调 2.2/2.8/3/4.2/4.8 1.6 内部 保护 16 Kbit 50uA DIP8,SO8 5.50 MAX708R /S/T 高和低有 200 开集2.63/2.93/3.08 有 500uA SO8, TSSOP8 5.50 MAX809Z /R/S/T/J/M/L 低 240 推挽2.32/2.93/3.08/4. 00 4.38/4.63 100uA 50uA SOT23 2.30 MAX810Z /R/S/T/J/M/L 高 240 推挽2.32/2.93/3.08/4. 00 4.38/4.63 100uA 50uA SOT23 2.30 IMP809R /S/T/J/M/L 低 240 推挽2.93/3.08/4.00 4.38/4.63 25uA 10uA SOT23 2.30 MAX810Z /R/S/T/J/M/L 高 240 推挽2.32/2.93/3.08/4. 00 4.38/4.63 25uA 10uA SOT23 2.30 HT70XX 低开漏 2.2/2.4/2.7/3.3 /3.9/4.4/5.0 7uA TO92, SOT89 1.30