單片機(jī)復(fù)位電路分析

摘要：總結(jié)了目前使用比較廣泛的四種單片機(jī)復(fù)位電路，為微分型、積分型復(fù)位電路建立了數(shù)學(xué)模型，并比較了它們?cè)谑褂弥械目煽啃?，同時(shí)介紹了專用復(fù)位芯片。最后提出了設(shè)計(jì)復(fù)位電路應(yīng)注意的問(wèn)題及提高抗干擾性的措施。

關(guān)鍵詞：復(fù)位 死機(jī) 可靠性

單片機(jī)目前已被廣泛地應(yīng)用于家電、醫(yī)療、儀器儀表、工業(yè)自動(dòng)化、航空航天等領(lǐng)域。市場(chǎng)上比較流行的單片機(jī)種類主要有Intel公司、Atmel公司和Philip公司的8051系列單片機(jī)，Motorola公司的M6800系列單片機(jī)，Intel公司的MCS96系列單片機(jī)以及Microchip公司的PIC系列單片機(jī)。無(wú)論用戶使用哪種類型的單片機(jī)，總要涉及到單片機(jī)復(fù)位電路的設(shè)計(jì)。而單片機(jī)復(fù)位電路設(shè)計(jì)的好壞，直接影響到整個(gè)系統(tǒng)工作的可靠性。許多用戶在設(shè)計(jì)完單片機(jī)系統(tǒng)，并在實(shí)驗(yàn)室調(diào)試成功后，在現(xiàn)場(chǎng)卻出現(xiàn)了“死機(jī)”、“程序走飛”等現(xiàn)象，這主要是單片機(jī)的復(fù)位電路設(shè)計(jì)不可靠引起的。圖1是一個(gè)單片機(jī)與大功率LED八段顯示器共享一個(gè)電源，并采用微分復(fù)位電路的實(shí)例。在這種情況下，系統(tǒng)有時(shí)會(huì)出現(xiàn)一些不可預(yù)料的現(xiàn)象，如無(wú)規(guī)律可循的“死機(jī)”、“程序走飛”等。而用仿真器調(diào)試時(shí)卻無(wú)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(jī)復(fù)位采用另外一種復(fù)位電路。在此電路的應(yīng)用中，用戶有時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)在關(guān)閉電源后的短時(shí)間內(nèi)再次開(kāi)啟電源，單片機(jī)可能會(huì)工作不正常。這些現(xiàn)象，都可認(rèn)為是由于單片機(jī)復(fù)位電路的設(shè)計(jì)不當(dāng)引起的。

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

1 復(fù)位電路的數(shù)學(xué)模型及可靠性分析

1.1 微分型復(fù)位電路

微分型復(fù)位電路的等效電路如圖3所示。以高電平復(fù)位為例。建立如下方程：

電源上電時(shí)，可以認(rèn)為Us為階躍信號(hào)，即

。其中U0是由于下拉電阻R在CPU復(fù)位端引起的電壓值，一般為0.3V以下。但在實(shí)際應(yīng)用中，Us不可能為理想的階躍信號(hào)。其主要原因有兩點(diǎn)：（1）穩(wěn)壓電源的輸出開(kāi)關(guān)特性；（2）設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)電路時(shí)，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(gè)大電容，從而導(dǎo)致了Us不可能為階躍信號(hào)特征。由于第一種情況與第二種情況在本質(zhì)上是一樣的，即對(duì)Us的上升斜率產(chǎn)生影響，從而影響了的URST的復(fù)位特性。為此假Us的上升斜率為k，從0V～Us需要T時(shí)間，即：

當(dāng)Tτ時(shí)，Us上電時(shí)可等效為階躍信號(hào)。與前相同，當(dāng)T>>τ時(shí)，令A(yù)=T/τ，則：

即此時(shí)的復(fù)位可靠性較前面的好。

另一種情況就是設(shè)計(jì)人員將一些開(kāi)關(guān)性質(zhì)的功率器件，如大功率LED發(fā)不管與單片機(jī)系統(tǒng)共享一個(gè)穩(wěn)壓電源，而單片機(jī)系統(tǒng)的復(fù)位端采用微分復(fù)位電路，由此也將造成復(fù)位的不正常現(xiàn)象。具體分析如圖4所示。

將器件等效為電阻RL，其中開(kāi)關(guān)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(fù)載的變化必然引電流的變化。為了分析簡(jiǎn)單，假設(shè)R>RL，并且R>>R0.這樣，可以近似地鈄以上電路網(wǎng)絡(luò)看作兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)的組合，并且網(wǎng)絡(luò)之間的負(fù)載效應(yīng)可以忽略不計(jì)。

第一個(gè)電路網(wǎng)絡(luò)等效為一個(gè)分壓電路。當(dāng)RL從RLmin→Rlmax時(shí)，使其變化為階躍性持，則UA為一個(gè)賦的階躍信號(hào)。

UA（t）=[Rlmax/(Rlmax+R0)]U t≥0

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

用此階躍信號(hào)作為第二個(gè)電路網(wǎng)絡(luò)，一階微分電路的輸入，則可得下式：