MSP43O單片機復(fù)位電路可靠性設(shè)計

0 引言
TI公司的混合信號處理器MSP430系列單片機以其處理能力強大、外圍器件集成度高、功率消耗低、產(chǎn)品系列全面、全系列工業(yè)級等特點，作為目前MCU主流市場的產(chǎn)品之一，在電子應(yīng)用領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用，被越來越多的電子設(shè)計師所青睞。由于復(fù)位電路設(shè)計問題而導(dǎo)致的系統(tǒng)出現(xiàn)上電后不工作或狀態(tài)不正確是很多MSP430單片機電路設(shè)計者們在設(shè)計、調(diào)試和應(yīng)用中曾遇到過的問題，盡管這種情況發(fā)生的幾率很低，但對于可靠性要求較高的應(yīng)用場合，這個現(xiàn)象仍需引起電子設(shè)計人員的足夠重視。
為此，本文對MSP430全系列單片機的復(fù)位系統(tǒng)和復(fù)位機制進行了詳細深入的分析，并針對性地提出了具體的外圍復(fù)位電路設(shè)計方案和有關(guān)電子元器件的詳細介紹，以供同行參考和交流。

1 MSP430復(fù)位機制
1．1 MSP430復(fù)位電路
MSP430的復(fù)位電路包括一個上電復(fù)位(POR)和上電清除信號(PUC)。POR是設(shè)備復(fù)位信號，它通常在以下三種事件發(fā)生時被觸發(fā)：a．上電；b．復(fù)位模式下RST／NMI腳出現(xiàn)低電平；c．電壓監(jiān)控設(shè)備(Brownout)觸發(fā)。
POR時序見圖1(a)所示。

當供電電壓VCC緩慢上升時，POR監(jiān)測器保持POR信號有效直到VCC超出VPOR水平；當供電電壓VCC快速上升時，POR延時t(POR DELAY)提供了足夠長的有效POR信號以確保MSP430有足夠的時間進行初始化。
1．2 Brownout電路
Brownout電路是電壓不足重置功能電路。它取代了POR檢測和POR延時電路。Brownout電路能夠檢測到上電或掉電過程中的較低的供電電壓值，并能在供電或掉電過程中通過觸發(fā)POR信號重置芯片。圖l(b)為Brownout電路的復(fù)位時序。從圖中看出，當VCC超過啟動電壓VCC(star-t)時POR信號有效，POR信號保持有效直到VCC電壓值高于極限電壓V(B_IT+)并經(jīng)過一段時間的延時t(BOR)；滯后電壓Vhys(B_IT-)用于確保供電電壓必須低于V(B_IT-)時Brownout電路才會產(chǎn)生下一個POR信號。
1．3 復(fù)位失效過程分析
對于沒有Brownout復(fù)位電路的情況，如果MSP430的供電電源是周期性的，當電源再次上電時，供電電壓VCC在上一個周期的下降期或在受到干擾時必須低于Vmin(見圖1)才能確保POR信號的發(fā)生，如果VCC不能低于Vmin，將不會產(chǎn)生POR信號，此時，即使在RST／NMI出現(xiàn)了低電平信號也不會產(chǎn)生一個有效的POR信號，系統(tǒng)無法正常復(fù)位。
Brownout復(fù)位電路存在于部分MSP430系列芯片中，如MSP430F13X和MSP430F14X系列就沒有Brownout電路。對于沒有Brownout電路的芯片應(yīng)用系統(tǒng)，在工作時，由于受到干擾、電網(wǎng)波動、誤操作等原因，短暫的電壓下降造成供電恢復(fù)時由于電壓沒有滿足POR的發(fā)生條件(低于Vmin)，復(fù)位端的低電平復(fù)位信號無法再次啟動系統(tǒng)重新復(fù)位工作，此時出現(xiàn)系統(tǒng)死機，這種現(xiàn)象的出現(xiàn)盡管并不頻繁，但對于不能隨時進行手動復(fù)位的遠端自動控制系統(tǒng)而言，卻是致命的。
在進行電路設(shè)計前仔細查看產(chǎn)品技術(shù)手冊，并針對各系列芯片的不同應(yīng)用條件設(shè)計不同的復(fù)位電路。

2 復(fù)位電路設(shè)計方法
2．1 提高復(fù)位門限
提高MSP430的復(fù)位門限Vpor'，令Vpor'位于MSP430正常工作電壓范圍內(nèi)，且接近于MCU正常工作時的最低門限Vcc min，此時可以保證在供電電壓位于Vcc min附近且MCU仍能正常工作時，在門限處向MSP430發(fā)出復(fù)位信號。此時Vpor的值應(yīng)位于供電電源的低限(Vp min)和MSP430正常工作電壓的低限(Vcc min)之間。如圖3作圖所示。