單片機復位電路分析

單片機復位電路分析

摘要：總結了目前使用比較廣泛的四種單片機復位電路，為微分型、積分型復位電路建立了數(shù)學模型，并比較了它們在使用中的可靠性，同時介紹了專用復位芯片。最后提出了設計復位電路應注意的問題及提高抗干擾性的措施。

關鍵詞：復位 死機 可靠性

單片機目前已被廣泛地應用于家電、醫(yī)療、儀器儀表、工業(yè)自動化、航空航天等領域。市場上比較流行的單片機種類主要有Intel公司、Atmel公司和Philip公司的8051系列單片機，Motorola公司的M6800系列單片機，Intel公司的MCS96系列單片機以及Microchip公司的PIC系列單片機。無論用戶使用哪種類型的單片機，總要涉及到單片機復位電路的設計。而單片機復位電路設計的好壞，直接影響到整個系統(tǒng)工作的可靠性。許多用戶在設計完單片機系統(tǒng)，并在實驗室調試成功后，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位電路設計不可靠引起的。圖1是一個單片機與大功率LED八段顯示器共享一個電源，并采用微分復位電路的實例。在這種情況下，系統(tǒng)有時會出現(xiàn)一些不可預料的現(xiàn)象，如無規(guī)律可循的“死機”、“程序走飛”等。而用仿真器調試時卻無此現(xiàn)象發(fā)生或極少發(fā)生此現(xiàn)象。又如圖2所示，在此圖中單片機復位采用另外一種復位電路。在此電路的應用中，用戶有時會發(fā)現(xiàn)在關閉電源后的短時間內再次開啟電源，單片機可能會工作不正常。這些現(xiàn)象，都可認為是由于單片機復位電路的設計不當引起的。

目前為止，單片機復位電路主要有四種類型：（1）微分型復位電路；（2）積分型復位電路；（3）比較器型復位電路；（4）看門狗型復位電路。另外，Maxim等公司也推出了專用于復位的專用芯片[1]。

1 復位電路的數(shù)學模型及可靠性分析

1.1 微分型復位電路

微分型復位電路的等效電路如圖3所示。以高電平復位為例。建立如下方程：

電源上電時，可以認為Us為階躍信號，即

。其中U0是由于下拉電阻R在CPU復位端引起的電壓值，一般為0.3V以下。但在實際應用中，Us不可能為理想的階躍信號。其主要原因有兩點：（1）穩(wěn)壓電源的輸出開關特性；（2）設計人員在設計電路時，為保證電源電壓穩(wěn)定性，往往在電源的輸入端并聯(lián)一個大電容，從而導致了Us不可能為階躍信號特征。由于第一種情況與第二種情況在本質上是一樣的，即對Us的上升斜率產生影響，從而影響了的URST的復位特性。為此假Us的上升斜率為k，從0V～Us需要T時間，即：

當Tτ時，Us上電時可等效為階躍信號。與前相同，當T>>τ時，令A=T/τ，則：

即此時的復位可靠性較前面的好。

另一種情況就是設計人員將一些開關性質的功率器件，如大功率LED發(fā)不管與單片機系統(tǒng)共享一個穩(wěn)壓電源，而單片機系統(tǒng)的復位端采用微分復位電路，由此也將造成復位的不正?，F(xiàn)象。具體分析如圖4所示。

將器件等效為電阻RL，其中開關特性即RL很小或RL很大兩種工作狀態(tài)。而穩(wěn)壓電源的基本工作原理是：ΔRL→ΔI→ΔU→-ΔI→-ΔU。從中可以看出，負載的變化必然引電流的變化。為了分析簡單，假設R>RL，并且R>>R0.這樣，可以近似地鈄以上電路網絡看作兩個網絡的組合，并且網絡之間的負載效應可以忽略不計。

第一個電路網絡等效為一個分壓電路。當RL從RLmin→Rlmax時，使其變化為階躍性持，則UA為一個賦的階躍信號。

UA（t）=[Rlmax/(Rlmax+R0)]U t≥0

UA(t)=[Rlmin/(Rlmin+R0)]U t0

用此階躍信號作為第二個電路網絡，一階微分電路的輸入，則可得下式：