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1、单片机复位电路设计一、概述影响单片机系统运营稳定性的因素可大体分为外因和内因两部分:1、外因 射频干扰,它是以空间电磁场的形式传递在机器内部的导体（引线或零件引脚)感生出相应的干扰,可通过电磁屏蔽和合理的布线器件布局衰减该类干扰； 电源线或电源内部产生的干扰，它是通过电源线或电源内的部件耦合或直接传导，可通过电源滤波、隔离等措施来衰减该类干扰 。2、内因振荡源的稳定性,重要由起振时间频率稳定度和占空比稳定度决定。起振时间可由电路参数整定稳定度受振荡器类型温度和电压等参数影响复位电路的可靠性。二、复位电路的可靠性设计1、基本复位电路 复位电路的基本功能是:系统上电时提供复位信号，直至系统电源稳定
2、后，撤销复位信号。为可靠起见,电源稳定后还要经一定的延时才撤销复位信号,以防电源开关或电源插头分-合过程中引起的抖动而影响复位。图1所示的R复位电路可以实现上述基本功能，图3为其输入-输出特性。但解决不了电源毛刺(A 点）和电源缓慢下降(电池电压局限性）等问题 并且调节 R常数变化延时会令驱动能力变差。左边的电路为高电平复位有效右边为低电平为手动复位开关可避免高频谐波对电路的干扰。图1R复位电路图所示的复位电路增长了二极管,在电源电压瞬间下降时使电容迅速放电，一定宽度的电源毛刺也可令系统可靠复位。图3所示复位电路输入输出特性图的下半部分是其特性，可与上半部比较增长放电回路的效果 图2 增长放电
3、回路的RC复位电路使用比较电路,不仅可以解决电源毛刺导致系统不稳定,并且电源缓慢下降也能可靠复位。图4是一种实例 当 VCC x （R1/(R1+) ) 0.7V时,Q1截止使系统复位。Q1的放大作用也能改善电路的负载特性，但跳变门槛电压 V 受VC 影响是该电路的突出缺陷，使用稳压二极管可使V 基本不受VCC影响。见图5,当VC低于Vt（+07V)时电路令系统复位。 单片机设计图3 RC复位电路输入-输出特性图4带电压监控功能的复位电路图5 稳定门槛电压图6 实用的复位监控电路在此基本上,增长延时电容和放电二极管构成性能优良的复位电路，如图6所示。调节1可调节延时时间,调节R1可调节负载特性
4、,如图7所示上半部分是图电路的特性,下半部分相应图6。图7 带电压监控功能的复位电路的输入-输出特性2、电源监控电路上述的带电压监控的复位电路又叫电源监控电路监控电路必须具有如下功能:上电复位,保障上电时能对的地启动系统; 掉电复位，当电源失效或电压降到某一电压值如下时,复位系统； 单片机编程器 POO 市面上有类似的集成产品，如PHIPS半导体公司生产的MAX09、M810。此类产品体积小、功耗低,并且可选门槛电压。可保障系统在不同的异常条件下可靠地复位，避免系统失控。图8中的m和Sm实现手动复位无需该功能时可把Reset端(或Rest)端直接与单片机的S端(或/RST端）相连 最大限度地简
5、化外围电路也可选择PHLIPS半导体公司带手动复位功能的产品X70。电子元件邮购图 集成复位监控电路 此外,MAX70还可以监视第二个电源信号,为解决器提供电压跌落的预警功能,运用此功能,系统可在电源跌落时到复位前执行某些安全操作,保存参数,发送警报信号或切换后备电池等。图9电表的应用实例运用MAX708 电表可在电源毛刺或停电前把目前电度数保存到E2PRM中再配合保存多种电度数备份算法,可有效解决令工程师头疼EPROM中的电度数掉失问题使用该电路必须选择合适的预警电压点，以保证靠电源的储能供电状况下,VC电压从预警电压跌到复位电压的维持时间(tB)必须足够长 EPROM的写周期约为100s
6、一般取B20ms就可保证数据稳定写入。预警电压调节措施当VD等于预警电压时调节R1和R2使F的电压为.25此时可检测/PFO来确认内部的电压比较器与否动作,调节时必须注意此比较器是窗口比较器。图10是该应用的程序流程图 调频发射话筒制作套件图 MAX708的典型应用单片机学习 HPO图 电表应用中E2ROM数据保护程序流程图3.多功能电源监控电路 除上电复位和掉电复位外，诸多监控电路集成了系统所需的功能，如：电源测控,供电电压浮现异常时提供预警批示或中断祈求信号，以便系统实现异常解决;数据保护,当电源或系统工作异常时，对数据进行必要的保护,如写保护、数据备份或切换后备电池; 看门狗定期器，当系
7、统程序“跑飞”或“死锁”时，复位系统； 其他的功能,如温度测控、短路测试等等。单片机编程器HOO我们把其称作多功能电源监控电路。下面简介两款特别适合在工控、安防、金融行业中广泛应用多功能的监控电路:Catalst 公司的CT1161是一种集成了开门狗、电压监控和复位电路的6K 位 2PROM（2C 接口）不仅集成度高、功耗低(2ROM部分静态时真正实现零功耗）并且清看门狗是通过变化SD的电平实现的,节省系统/O 资源,其门槛电压可通过编程器修改，该修改范畴覆盖绝大多数应用。当电源下降到门槛电压如下时硬件严禁访问 EPROM保证数据安全。 使用时注意的是 ST,/ST 引脚是 I/ 脚，CAT1
8、61 检测到两引脚中任何一种电压异常都会产生复位信号,与 RST /RST 引脚相连的下拉电阻 R2和上拉电阻R 必须同步连接,否则CAT1161将不断产生复位!同样不需要手动复位功能时可节省Rm和m两个元件。电子元件邮购图1. 内置WDTREST/REETE PRM监控器件接口电路 PHLIPS 公司的 5602 被设计用在电源电压减少或断电时作保护微电脑系统中SAM的数据。当电源电压下降到一般值 .2V时,输出 S 变为逻辑低电平,把 CE 也拉低，从而严禁对 RAM 的操作。同步,产生一种低电平有效的复位信号,供系统使用,如果电源电压继续下降,达到一般值 33V或更低时，S560-2切换
9、系统操作，从主电源供电切换到后备锂电池供电，当主电源恢复正常（电压上升至3V或更高时)将RAM的供电电源将由后备锂电池切换回主电源,当主电源上升至不小于典型值4.2V 时输出 CS 变为逻辑高电平，使 CE变为高电平,使能 SRAM 的操作,复位信号始终持续到系统恢复正常操作为止。在系统电源电压局限性或忽然断电的时候，这个器件能可靠地保护系统在SA内的数据。图2. 内置RM数据保护电路的监控器件SA560-2的典型应用单片机编程器 HPO4.ARM 单片机的复位电路设计无论在移动电话 高品位手持仪器还是嵌入式系统，32位单片机 AR 占据越来越多的份额,AR 已成为事实的高品位产品工业原则。由
10、于 AR 高速、低功耗、低工作电压导致其噪声容限低这是对数字电路极限的挑战,对电源的纹波、瞬态响应性能、时钟源的稳定度、电源监控可靠性等诸多方面也提出了更高的规定。M监控技术是复杂并且非常重要的。 分立元件实现的监控电路,受温度、湿度、压力等外界的影响大并且对不同元件影响不一致较大板面积,过多过长的引脚容易引入射频干扰，功耗大也是诸多应用难以接受，而集成电路能较好的解决此类问题。目前也有不少微解决器中集成监控电路,处在制导致本和工艺技术因素，此类监控电路大多数是用低电压COS工艺实现的，比起用高电压、高线性度的双极工艺制造的专用监控电路性能尚有一段差距。结论是：使用ARM而不用专用监控电路，也
11、许导致得不偿失，经验也告诉我们使用专用监控电路可以避免诸多离奇古怪的问题。AM的应用工程师，牢记少走弯路！图3. 用HLIPMAX70实现的ARM复位电路 图13 是实用可靠的 RM 复位电路。ARM内核的工作电压较低。R1 可保证电压低于 MA78 的工作电源还能可靠复位。其中 TRST信号是给JTAG接口用的。使用HC15 可实现多种复位源对 ARM 复位，如通过P机串口或JAG接口复位ARM目前为止,单片机复位电路重要有四种类型：（1)微分型复位电路;(2)积分型复位电路;（3)比较器型复位电路;（）看门狗型复位电路。此外，Mai等公司也推出了专用于复位的专用芯片1。1 复位电路的数学模
12、型及可靠性分析1.1 微分型复位电路微分型复位电路的等效电路如图所示。以高电平复位为例。建立如下方程: 电源上电时,可以觉得U为阶跃信号，即 。其中U0是由于下拉电阻R在PU复位端引起的电压值,一般为0.3V如下。但在实际应用中，s不也许为抱负的阶跃信号。其重要因素有两点：（1)稳压电源的输出开关特性；（2)设计人员在设计电路时，为保证电源电压稳定性,往往在电源的输入端并联一种大电容,从而导致了Us不也许为阶跃信号特性。由于第一种状况与第二种状况在本质上是同样的,即对Us的上升斜率产生影响,从而影响了的URT的复位特性。为此假Us的上升斜率为k,从0Vs需要T时间，即： 当T时,令A=/，则:
13、即此时的复位可靠性较前面的好。 另一种状况就是设计人员将某些开关性质的功率器件,如大功率ED发不管与单片机系统共享一种稳压电源,而单片机系统的复位端采用微分复位电路,由此也将导致复位的不正常现象。具体分析如图4所示。 将器件等效为电阻R,其中开关特性即RL很小或L很大两种工作状态。而稳压电源的基本工作原理是：RLUI-U。从中可以看出，负载的变化必然引电流的变化。为了分析简朴，假设RR,并且RR0.这样,可以近似地钭以上电路网络看作两个网络的组合,并且网络之间的负载效应可以忽视不计。第一种电路网络等效为一种分压电路。当RL从RLmiRlmax时，使其变化为阶跃性持，则UA为一种赋的阶跃信号。U
14、A（t）Rla/(Rlmax+R)U t0UA()Rlmin/(Rlmin+0）U t用此阶跃信号作为第二个电路网络,一阶微分电路的输入，则可得下式：（ddt）UA()（1/R)R(t）+(/t）UST（t)RS(0）=0解之得: 从上式可以看出，由于负载的突变和稳压电源的稳压作用，将在复位端引入一种类脉冲，从而导致CPU工作不正常。12积分型复位电路此电路的等效电路如图5所示。仍以高电平复位为例,同样可以建立如下方程：当系统上电时,假设Us(t)=AU（t）为阶跃函数，U0=,则: 当反相器正常工作后,Uc若仍能保持在VI如下，则其输出就可觉得高电平;并且如果从反相器正常工作后开始，通过不不不小于复位脉冲宽度的时间R后,Uc才干达到VI以上，那么上电复位就能保证可靠。因此在实际应用中,设计人员常常将R、CF的值增大以提高时间常数，并且应用品有斯密特输入的MOS反相器以提高抗干扰性。然而此复位电路常常在二次
