51單片機(jī)復(fù)位電路的設(shè)計(jì)
單片機(jī)在可靠的復(fù)位之后,才會從0000H地址開始有序的執(zhí)行應(yīng)用程序。同時(shí),復(fù)位電路也是容易受到外部噪 聲干擾的敏感部分之一。因此,復(fù)位電路應(yīng)該具有兩個(gè)主要的功能:
1. 必須保證系統(tǒng)可靠的進(jìn)行復(fù)位;
2. 必須具有一定的抗干擾的能力;
一、復(fù)位電路的RC選擇
復(fù)位電路應(yīng)該具有上電復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位的功能。以MCS-51單片機(jī)為例,復(fù)位脈沖的高電平寬度必須大于2個(gè)機(jī)器周期,若系統(tǒng)選用6MHz晶振,則一個(gè)機(jī)器周期為2us,那么復(fù)位脈沖寬度最小應(yīng)為4us。在實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)中,考慮到電源的穩(wěn)定時(shí)間,參數(shù)漂移,晶振穩(wěn)定時(shí)間以及復(fù)位的可靠性等因素,必須有足夠的余量。圖1是利用RC充電原理實(shí)現(xiàn)上電復(fù)位的電路設(shè)計(jì)。實(shí)踐證明,上電瞬間RC電路充電,RESET引腳出現(xiàn)正脈沖。只要RESET端保持10ms以上的高電平,就能使單片機(jī)有效的復(fù)位。
圖 1
對于圖1-a中的電容C兩端的電壓(即復(fù)位信號)是一個(gè)時(shí)間的函數(shù):
u(t)=VCC*[1-exp(-t/RC)]
對于圖1-b中的電阻R兩端的電壓(即復(fù)位信號)也是一個(gè)時(shí)間的函數(shù):
u(t)=VCC*exp(-t/RC)
其中的VCC為電源電壓,RC為RC電路的時(shí)間常數(shù)=1K*22uF=22ms。有了這個(gè)公式,我們可以更方便的對以上電路進(jìn)行透徹的分析。
圖1-a中非門的最小輸入高電平UIH=2.0v,當(dāng)充電時(shí)間t=0.6RC時(shí),則充電電壓u(t)=0.45VCC=0.45*5V,約等于2V,其中t即為復(fù)位時(shí)間。圖a中時(shí)間常數(shù)=22ms,則t=22ms*0.6=13ms。
二、復(fù)位電路的可靠性與抗干擾性分析
單片機(jī)復(fù)位電路端口的干擾主要來自電源和按鈕傳輸線串入的噪聲。這些噪聲雖然不會完全導(dǎo)致系統(tǒng)復(fù)位,但有時(shí)會破壞CPU內(nèi)的程序狀態(tài)字的某些位的狀態(tài),對控制產(chǎn)生不良影響。
1.電路結(jié)構(gòu)形式與抗干擾性能
以圖1為例,電源噪聲干擾過程示意圖如圖2種分別繪出了A點(diǎn)和B點(diǎn)的電壓擾動(dòng)波形。
有圖2可以看出,圖2(a)實(shí)質(zhì)上是個(gè)低通濾波環(huán)節(jié),對于脈沖寬度小于3RC的干擾有很好的抑制作用;圖2(b)實(shí)質(zhì)上是個(gè)高通濾波環(huán)節(jié),對脈沖干擾沒有抑制作用。由此可見,對于圖1所示的兩種復(fù)位電路,a的抗干擾電源噪聲的能力要優(yōu)于b。
2. 復(fù)位按鈕傳輸線的影響
復(fù)位按鈕一般都是安裝在操作面板上,有較長的傳輸線,容易引起電磁感應(yīng)干擾。按鈕傳輸線應(yīng)采用雙絞線(具有抑制電磁感應(yīng)干擾的性能),并遠(yuǎn)離交流用電設(shè)備。在印刷電路板上,單片機(jī)復(fù)位端口處并聯(lián)0.01-0.1uF的高頻電容,或配置使密特電路,將提高對串入噪聲的抑制能力。
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