單片機(jī)復(fù)位電路分析

(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(fù)載的突變和穩(wěn)壓電源的穩(wěn)壓作用，將在復(fù)位端引入一個類脈沖，從而導(dǎo)致CPU工作不正常。

1.2 積分型復(fù)位電路

此電路的等效電路如圖5所示。仍以高電平復(fù)位為例，同樣可以建立如下方程：

當(dāng)系統(tǒng)上電時，假設(shè)Us(t)=AU（t）為階躍函數(shù)，U0=0，則：

當(dāng)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(jīng)過不小于復(fù)位脈沖寬度的時間TR后，Uc才能達(dá)到VIL以上，那么上電復(fù)位就能保證可靠。所以在實際應(yīng)用中，設(shè)計人員常常將R、CF的值增大以提高時間常數(shù)，并且應(yīng)用具有斯密特輸入的CMOS反相器以提高抗干擾性。然而此復(fù)位電路常常在二次電源開關(guān)相對較短的時間間隔情況下出現(xiàn)異常。這主要是由于放電回路與充電回路相同，導(dǎo)致放電時間常數(shù)較大，從而導(dǎo)致UC電壓下降過度。為此有文獻(xiàn)[2]介紹如圖6所示的改進(jìn)電路。

從圖6可以看出放電回路的時間常數(shù)一般遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于充電時間常數(shù)。這時，上面所提到的重復(fù)開關(guān)電源而造成上電復(fù)位不可靠的現(xiàn)象就可以得到控制。然而，由于放電時間常數(shù)過短，降低了此復(fù)位電路在工作中對電源電壓波動的不敏感性。例如，當(dāng)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(fù)位脈沖。此現(xiàn)象在單片機(jī)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(xiàn)。為此提出針對以上現(xiàn)象的改進(jìn)積分型復(fù)位電路（如圖7所示）。圖7中，R1R2，適當(dāng)調(diào)整R1值的大小就可避免以上情況發(fā)生。

1.3 比較器型復(fù)位電路

比較器型復(fù)位電路的基本原理如圖8所示。上電復(fù)位時，由于組成了一個RC低通網(wǎng)絡(luò)，所以比較器的正相輸入端的電壓比負(fù)相端輸入電壓延遲一定時間。而比較器的負(fù)相端網(wǎng)絡(luò)的時間常數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于正相端RC網(wǎng)絡(luò)的時間常數(shù)，因此在正端電壓還沒有超過負(fù)端電壓時，比較器輸出低電平，經(jīng)反相器后產(chǎn)生高電平。復(fù)位脈沖的寬度主要取決于正常電壓上升的速度。由于負(fù)端電壓放電回路時間常數(shù)較大，因此對電源電壓的波動不敏感。但是容易產(chǎn)生以下二種不利現(xiàn)象：（1）電源二次開關(guān)間隔太短時，復(fù)位不可靠；（2）當(dāng)電源電壓中有浪涌現(xiàn)象時，可能在浪涌消失后不能產(chǎn)生復(fù)位脈沖。為此，將改進(jìn)比較器重定電路，如圖9所示。這個改進(jìn)電路可以消除第一種現(xiàn)象，并減少第二種現(xiàn)象的產(chǎn)生。為了徹底消除這二種現(xiàn)象，可以利用數(shù)字邏輯的方法與比較器配合，設(shè)計如圖10所示的比較器重定電路。此電路稍加改進(jìn)即可作為上電復(fù)位與看門狗復(fù)位電路共同復(fù)位的電路，大大提高了復(fù)位的可靠性。

1.4 看門狗型復(fù)位電路

看門狗型復(fù)位電路主要利用CPU正常工作時，定時復(fù)位計數(shù)器，使得計數(shù)器的值不超過某一值；當(dāng)CPU不能正常工作時，由于計數(shù)器不能被復(fù)位，因此其計數(shù)會超過某一值，從而產(chǎn)生復(fù)位脈沖，使得CPU恢復(fù)正常工作狀態(tài)。典型應(yīng)用的Watchdog復(fù)位電路如圖11所示。此復(fù)位電路的可靠性主要取決于軟件設(shè)計，即將定時向復(fù)位電路發(fā)出脈沖的程序放在何處。一般設(shè)計，將此段程序放在定時器中斷服務(wù)子程序中。然而，有時這種設(shè)計仍然會引起程序走飛或工作不正常[3]。原因主要是：當(dāng)程序“走飛”發(fā)生時定時器初始化以及開中斷之后的話，這種“走飛”情況就有可能不能由Watchdog復(fù)位電路校正回來。因為定時器中斷一真在產(chǎn)生，即使程序不正常，Watchdog也能被正常復(fù)位。為此提出定時器加預(yù)設(shè)的設(shè)計方法。即在初始化時壓入堆棧一個地址，在此地址內(nèi)執(zhí)行的是一條關(guān)中斷和一條死循環(huán)語句。在所有不被程序代碼占用的地址盡可能地用子程序返回指令RET代替。這樣，當(dāng)程序走飛后，其進(jìn)入陷阱的可能性將大大增加。而一旦進(jìn)入陷阱，定時器停止工作并且關(guān)閉中斷，從而使Watchdog復(fù)位電路會產(chǎn)生一個復(fù)位脈沖將CPU復(fù)位。當(dāng)然這種技術(shù)用于實時性較強(qiáng)的控制或處理軟件中有一定的困難。