51微控制器復位電路的設計

2022-02-06 09:23:52 字數 2348 閱讀 7865

微控制器在可靠的復位之後,才會從0000h位址開始有序的執行應用程式。同時,復位電路也是容易受到外部噪 聲干擾的敏感部分之一。因此,復位電路應該具有兩個主要的功能:

1. 必須保證系統可靠的進行復位;

2. 必須具有一定的抗干擾的能力;

一、復位電路的rc選擇

復位電路應該具有上電復位和手動復位的功能。以mcs-51微控制器為例,復位脈衝的高電平寬度必須大於2個機器週期,若系統選用6mhz晶振,則乙個機器週期為2us,那麼復位脈衝寬度最小應為4us。在實際應用系統中,考慮到電源的穩定時間,引數漂移,晶振穩定時間以及復位的可靠性等因素,必須有足夠的餘量。圖1是利用rc充電原理實現上電復位的電路設計。實踐證明,上電瞬間rc電路充電,reset引腳出現正脈衝。只要reset端保持10ms以上的高電平,就能使微控制器有效的復位。

圖 1對於圖1-a中的電容c兩端的電壓(即復位訊號)是乙個時間的函式:

u(t)=vcc*[1-exp(-t/rc)]

對於圖1-b中的電阻r兩端的電壓(即復位訊號)也是乙個時間的函式:

u(t)=vcc*exp(-t/rc)

其中的vcc為電源電壓,rc為rc電路的時間常數=1k*22uf=22ms。有了這個公式,我們可以更方便的對以上電路進行透徹的分析。

圖1-a中非門的最小輸入高電平uih=2.0v,當充電時間t=0.6rc時,則充電電壓u(t)=0.45vcc=0.45*5v,約等於2v,其中t即為復位時間。圖a中時間常數=22ms,則t=22ms*0.6=13ms。

二、復位電路的可靠性與抗干擾性分析

微控制器復位電路埠的干擾主要來自電源和按鈕傳輸線串入的雜訊。這些雜訊雖然不會完全導致系統復位,但有時會破壞cpu內的程式狀態字的某些位的狀態,對控制產生不良影響。

1.電路結構形式與抗干擾性能

以圖1為例,電源雜訊干擾過程示意圖如圖2種分別繪出了a點和b點的電壓擾動波形。

有圖2可以看出,圖2(a)實質上是個低通濾波環節,對於脈衝寬度小於3rc的干擾有很好的抑制作用;圖2(b)實質上是個高通濾波環節,對脈衝干擾沒有抑制作用。由此可見,對於圖1所示的兩種復位電路,a的抗干擾電源雜訊的能力要優於b。

2. 復位按鈕傳輸線的影響

復位按鈕一般都是安裝在操作面板上,有較長的傳輸線,容易引起電磁感應干擾。按鈕傳輸線應採用雙絞線(具有抑制電磁感應干擾的效能),並遠離交流用電裝置。在印刷電路板上,微控制器復位埠處併聯0.01-0.1uf的高頻電容,或配置使密特電路,將提高對串入雜訊的抑制能力。

圖 23. 供電電源穩定過程對復位的影響

微控制器系統復位必須在cpu得到穩定的電源後進行,一次上電復位電路rc引數設計應考慮穩定的過渡時間。

為了克服直流電源穩定過程對上電自動復位的影響,可採用如下措施:

(1) 將電源開關安裝在直流側,合上交流電源,待直流電壓穩定後再合供電開關k,如圖3所示。

圖 3(2) 採用帶電源檢測的復位電路,如圖4所示。合理配置電阻r3、r4的阻值和選擇穩壓管dw的擊穿電壓,使vcc未達到額定值之前,三極體bg截止,va點電平為低,電容器c不充電;當vcc穩定之後,dw擊穿,三極體bg飽和導通,致使va點位高電平,對電容c充電,reset為高電平,微控制器開始復位過程。當電容c上充電電壓達到2v時,reset為低電平,復位結束。

圖 44. 併聯放電二極體的必要性

在圖1復位電路中,放電二極體d不可缺少。當電源斷電後,電容通過二極體d迅速放電,待電源恢復時便可實現可靠上電自動復位。若沒有二極體d,當電源因某種干擾瞬間斷電時,由於c不能迅速將電荷放掉,待電源恢復時,微控制器不能上電自動復位,導致程式執行失控。電源瞬間斷電干擾會導致程式停止正常執行,形成程式「亂飛」或進入「死迴圈」。若斷電干擾脈衝較寬,可以使rc迅速放電,待電源恢復後通過上電自動復位,使程式進入正常狀態;若斷電干擾脈衝較窄,斷電瞬間rc不能充分放電,則電源恢復後系統不能上電自動復位。

三、i/o介面晶元的延時復位

在微控制器系統中,某些i/o介面晶元的復位埠與微控制器的復位埠往往連在一起,即統一復位。介面晶元由於生產廠家不同,復位時間也稍有不同;復位線較長而又較大的分布電容,導致這些介面的復位過程滯後於微控制器。工程實踐表明,當微控制器復位結束立即對這些i/o晶元進行初始化操作時,往往導致失敗。因此,當微控制器進入0000h位址後,首先執行1-10ms的軟體延時,然後再對這些i/o晶元進行初始化。

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