| 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、醫療、儀器儀表、 工業自動化、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工作的可靠性。許多用戶在設計完單片機系統,并在實驗室調試成功后,在現場卻出現了“死機”、“程序走飛”等現象,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,系統有時會出現一些不可預料的現象,如無規律可循的“死機”、“程序走飛”等。而用仿真器調試時卻無此現象發生或極少發生此現象。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,用戶有時會發現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,為保證電源電壓穩定性,往往在電源的輸入端并聯一個大電容,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T<<τ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發不管與單片機系統共享一個穩壓電源,而單片機系統的復位端采用微分復位電路,由此也將造成復位的不正常現象。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。而穩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 t<0 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： (d/dt)UA(t)=(1/RC)URST(t)+(d/dt)URST(t) URST(0)=0 解之得： 
從上式可以看出,由于負載的突變和穩壓電源的穩壓作用,將在復位端引入一個類脈沖,從而導致CPU工作不正常。 1.2 積分型復位電路 此電路的等效電路如圖5所示。仍以高電平復位為例,同樣可以建立如下方程： 當系統上電時,假設Us(t)=AU（t）為階躍函數,U0=0,則： 
當反相器正常工作后,Uc若仍能保持在VIL以下, 則其輸出就可以為高電平;而且如果從反相器正常工作后開始,經過不小于復位脈沖寬度的時間TR后,Uc才能達到VIL以上,那么上電復位就能保證可靠。所以在實際應用中,設計人員常常將R、CF的值增大以提高時間常數,并且應用具有斯密特輸入的CMOS反相器以提高抗干擾性。然而此復位電路常常在二次電源開關相對較短的時間間隔情況下出現異常。這主要是由于放電回路與充電回路相同,導致放電時間常數較大,從而導致UC電壓下降過度。為此有文獻[2]介紹如圖6所示的改進電路。 從圖6可以看出放電回路的時間常數一般遠遠小于充電時間常數。這時,上面所提到的重復開關電源而造成上電復位不可靠的現象就可以得到控制。然而,由于放電時間常數過短,降低了此復位電路在工作中對電源電壓波動的不敏感性。例如,當電源電壓有波動時,此時由于放電過快,從而有可能造成Uc低于反相器的VIL電壓值,帶來不必要的復位脈沖。此現象在單片機工作于Sleep方式與Active方式切換,而電源輸出功率又相對較弱時可能出現。為此提出針對以上現象的改進積分型復位電路（如圖7所示）。圖7中,R1<<R2,適當調整R1值的大小就可避免以上情況發生。 |
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