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单片机复位电路的设计

TAG 单片机复位电路的设计 2019-3-16 From InterNet By 呆呆 hits

单片机在可靠的复位之后,才会从0000H地址开始有序的执行应用程序。同时,复位电路也是容易受到外部噪 声干扰的敏感部分之一。因此,复位电路应该具有两个主要的功能:
1. 必须保证系统可靠的进行复位;
2. 必须具有一定的抗干扰的能力;
一、复位电路的RC选择
复位电路应该具有上电复位和手动复位的功能。以MCS-51单片机为例,复位脉冲的高电平宽度必须大于2个机器周期,若系统选用6MHz晶振,则一个机器周期为2us,那么复位脉冲宽度最小应为4us。在实际应用系统中,考虑到电源的稳定时间,参数漂移,晶振稳定时间以及复位的可靠性等因素,必须有足够的余量。图1是利用RC充电原理实现上电复位的电路设计。实践证明,上电瞬间RC电路充电,RESET引脚出现正脉冲。只要RESET端保持10ms以上的高电平,就能使单片机有效的复位。

图 1
对于图1-a中的电容C两端的电压(即复位信号)是一个时间的函数:
u(t)=VCC*[1-exp(-t/RC)]
对于图1-b中的电阻R两端的电压(即复位信号)也是一个时间的函数:
u(t)=VCC*exp(-t/RC)
其中的VCC为电源电压,RC为RC电路的时间常数=1K*22uF=22ms。有了这个公式,我们可以更方便的对以上电路进行透彻的分析。
图1-a中非门的最小输入高电平UIH=2.0v,当充电时间t=0.6RC时,则充电电压u(t)=0.45VCC=0.45*5V,约等于2V,其中t即为复位时间。图a中时间常数=22ms,则t=22ms*0.6=13ms。
二、复位电路的可靠性与抗干扰性分析
单片机复位电路端口的干扰主要来自电源和按钮传输线串入的噪声。这些噪声虽然不会完全导致系统复位,但有时会破坏CPU内的程序状态字的某些位的状态,对控制产生不良影响。
1.电路结构形式与抗干扰性能
以图1为例,电源噪声干扰过程示意图如图2种分别绘出了A点和B点的电压扰动波形。
有图2可以看出,图2(a)实质上是个低通滤波环节,对于脉冲宽度小于3RC的干扰有很好的抑制作用;图2(b)实质上是个高通滤波环节,对脉冲干扰没有抑制作用。由此可见,对于图1所示的两种复位电路,a的抗干扰电源噪声的能力要优于b。
2. 复位按钮传输线的影响
复位按钮一般都是安装在操作面板上,有较长的传输线,容易引起电磁感应干扰。按钮传输线应采用双绞线(具有抑制电磁感应干扰的性能),并远离交流用电设备。在印刷电路板上,单片机复位端口处并联0.01-0.1uF的高频电容,或配置使密特电路,将提高对串入噪声的抑制能力。

图 2
3. 供电电源稳定过程对复位的影响
单片机系统复位必须在CPU得到稳定的电源后进行,一次上电复位电路RC参数设计应考虑稳定的过渡时间。
为了克服直流电源稳定过程对上电自动复位的影响,可采用如下措施:
(1) 将电源开关安装在直流侧,合上交流电源,待直流电压稳定后再合供电开关K,如图3所示。

图 3
(2) 采用带电源检测的复位电路,如图4所示。合理配置电阻R3、R4的阻值和选择稳压管DW的击穿电压,使VCC未达到额定值之前,三极管BG截止,VA点电平为低,电容器C不充电;当VCC稳定之后,DW击穿,三极管BG饱和导通,致使VA点位高电平,对电容C充电,RESET为高电平,单片机开始复位过程。当电容C上充电电压达到2V时,RESET为低电平,复位结束。

图 4
4. 并联放电二极管的必要性
在图1复位电路中,放电二极管D不可缺少。当电源断电后,电容通过二极管D迅速放电,待电源恢复时便可实现可靠上电自动复位。若没有二极管D,当电源因某种干扰瞬间断电时,由于C不能迅速将电荷放掉,待电源恢复时,单片机不能上电自动复位,导致程序运行失控。电源瞬间断电干扰会导致程序停止正常运行,形成程序“乱飞”或进入“死循环”。若断电干扰脉冲较宽,可以使RC迅速放电,待电源恢复后通过上电自动复位,使程序进入正常状态;若断电干扰脉冲较窄,断电瞬间RC不能充分放电,则电源恢复后系统不能上电自动复位。
三、I/O接口芯片的延时复位
在单片机系统中,某些I/O接口芯片的复位端口与单片机的复位端口往往连在一起,即统一复位。接口芯片由于生产厂家不同,复位时间也稍有不同;复位线较长而又较大的分布电容,导致这些接口的复位过程滞后于单片机。工程实践表明,当单片机复位结束立即对这些I/O芯片进行初始化操作时,往往导致失败。因此,当单片机进入0000H地址后,首先执行1-10ms的软件延时,然后再对这些I/O芯片进行初始化。


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