單片機復(fù)位電路設(shè)計與研究

孟雍祥 馮向超

單片機在性能以及價格上都具有一定的優(yōu)勢，因此被廣泛應(yīng)用在機電、醫(yī)療、工業(yè)自動化等多個方面，而保障其始終處于穩(wěn)定工作狀態(tài)下的關(guān)鍵部分之一就是復(fù)位電路。單片機復(fù)位電路設(shè)計工作中的可靠與否，對于整體工作系統(tǒng)的正常運行與否、運行中發(fā)生死機以及程序走飛現(xiàn)象的頻率等有著直接的影響。本文針對當(dāng)前較為流行的單片機復(fù)位電路設(shè)計方式進(jìn)行分析，同時針對其復(fù)位電路設(shè)計中的注意事項，并就其自身的抗干擾設(shè)計提出了自己的看法，以期對今后的單片機復(fù)位電路設(shè)計工作有所幫助。

單片機;復(fù)位電路設(shè)計;注意事項;抗干擾設(shè)計

1、常見的單片機復(fù)位電路設(shè)計方式分析

1.1專用化芯片復(fù)位電路設(shè)計

在RC特性以及溫度有所變化的時候，RC電路自身的特性就會發(fā)生相應(yīng)的改變，也正是因為其特性的起伏不定，才導(dǎo)致RC復(fù)位電路在使用性能上受到了一定的影響，與此同時，其復(fù)位所用時間也會受到這個變化的影響。但是集成化復(fù)位電路的誕生卻將RC復(fù)位電路特性不穩(wěn)定的問題予以解決，從而在當(dāng)前社會中得到了較為廣泛的應(yīng)用。當(dāng)前技術(shù)條件下，低電平復(fù)位電路主要包括MAX705、STM809、STM811、IMP809等諸多類型，而在高電平的復(fù)位電路上主要可以劃分為MAX812、TCM810、CAT812等等類型。當(dāng)然還有一些同時具備高低電平的復(fù)位電路，主要包括CAT707、MAX707、MAN813L、MAX706等等類型，以上提及到的這些復(fù)位電路都是如今十分常用的幾種類型。就以其中的MAX706復(fù)位電路設(shè)計進(jìn)行分析，其自身同時具備高低電平兩種類型的復(fù)位管腳，實際使用中因為具備上電位自動化復(fù)位功能，并且其復(fù)位所需時間僅僅需要200毫秒，同時還具備相應(yīng)的人工復(fù)位功能，在彈起復(fù)位按鍵的時候也同樣可以在200毫秒之內(nèi)完成復(fù)位工作，其內(nèi)部還有獨立性質(zhì)的看門狗電路，所以在實際使用中可以滿足大多數(shù)的復(fù)位電路需求。

1.2RC控制上電和手動復(fù)位電路設(shè)計

圖1中展示的就是RC控制上電和手動復(fù)位電路，整個的復(fù)位電路是由兩個電容、一個電阻和復(fù)位開關(guān)共同組成的。在電源接通的那一瞬間內(nèi)其中的C77電容就會維持在一種短路狀態(tài)之下，而電路中的RST一端則是會處于一種高電平的狀態(tài)下，在C77電容自身的充電過程得以完成之后，RST一端就會轉(zhuǎn)變?yōu)榈碗娖綘顟B(tài)。當(dāng)需要做到人工手動復(fù)位的時候只需要按下KEY1即可，隨后+5V的電源就會直接加到RST端之前，進(jìn)行單片機的強行復(fù)位工作。而在KEY1按鍵抬起之后，RST端就會因為呈現(xiàn)出低電平狀態(tài)從而完成復(fù)位工作。其中RST端處于高電平狀態(tài)下的時長是完全由電容的充電時長所決定的。這種類型的復(fù)位電路設(shè)計屬于高電平復(fù)位的一種，整體的結(jié)構(gòu)設(shè)計較為簡單，并且在高電平的復(fù)位時間可以借助RC數(shù)值進(jìn)行選擇，但是其抗干擾能力相對較差，只適用于一些電磁環(huán)境相對穩(wěn)定的條件下。

1.3比較器類型的復(fù)位電路設(shè)計

圖2展示的就是比較器類型的復(fù)位電路設(shè)計方式。這種類型的設(shè)計方式在上電復(fù)位的過程中因為本身結(jié)構(gòu)組成了一個RC上低通性質(zhì)網(wǎng)絡(luò)，因此在輸入電壓的過程中正相輸入端的時間要晚于負(fù)相輸入端，但在時間常數(shù)上，卻是負(fù)相輸入端要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于正相輸入端的RC網(wǎng)絡(luò)。也正因如此，在正端電壓沒有超過負(fù)端電壓的情況下，比較器輸出的是低電平，在經(jīng)過反相器之后才會產(chǎn)生相應(yīng)的高電平。這種電路設(shè)計本身結(jié)構(gòu)也較為簡潔，高電平狀態(tài)下的復(fù)位時間也可以經(jīng)由RC數(shù)值進(jìn)行選擇。但是，相較于RC控制上，其抗干擾能力和手動復(fù)位電路得到了顯著的提升。但是也十分容易因為電壓中的浪涌現(xiàn)象而導(dǎo)致在浪涌不存在后無法產(chǎn)生對應(yīng)的復(fù)位脈沖。同時因為電源二次開關(guān)上的間隔時間太短，在實際的復(fù)位效果上依舊有值得改進(jìn)的地方。

2、單片機復(fù)位設(shè)計中的注意事項

2.1電感適當(dāng)增減

在同時使用微分類型復(fù)位電路設(shè)計以及穩(wěn)壓電源的過程中，需要在電容的輸入一端注意電感的增減，以此來將因為負(fù)載突變多引發(fā)的干擾復(fù)位脈沖的產(chǎn)生概率降至最低。這種類型的復(fù)位電路最適用于電路板自身空間十分有限的情況下。

2.2電源電壓波動特性的考慮

而在使用積分類型復(fù)位電路的過程中，需要考慮在上電復(fù)位狀態(tài)下電源電壓自身的上升率，尤其是在電壓的實際上升率較低的情況下就需要選用一些較為復(fù)雜的比較器類型的復(fù)位電路。除此之外，還需要考慮是否采取相應(yīng)的降壓措施以便將整個電路的功耗數(shù)值，如果存在著相對應(yīng)的降壓措施就需要將二極管自身的正向降壓給復(fù)位電路帶來的實際影響納入考慮范圍之內(nèi)。

2.3上電復(fù)位的電壓上升率

在進(jìn)行比較器類型復(fù)位電路設(shè)計工作的過程中，需要重點考慮其電源電壓的波動特性，如果設(shè)計的復(fù)位電路所處的工作環(huán)境相對較為復(fù)雜，就很有可能因為外界因素的干擾引發(fā)毛刺電壓現(xiàn)象，繼而導(dǎo)致異常復(fù)位。在這種情形之下，就需要從毛刺電壓的實際峰值入手采取如下的措施，以將毛刺電壓的發(fā)生概念降至最低：第一，在計算出電源自身電壓的正常數(shù)值和系統(tǒng)正常工作所需的最低電壓數(shù)值二者之差的前提下，將這個數(shù)值差和毛刺電壓的峰值數(shù)值進(jìn)行比較，如果毛刺電壓的峰值小于這個差值，就可以通過將比較器的復(fù)位電壓下限進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)低將之解決。第二，當(dāng)這個毛刺電壓峰值超過數(shù)值差的時候，就需要從毛刺電壓峰值的降低以及復(fù)雜比較器類型復(fù)位電路設(shè)計選用兩個方面解決問題。

3、單片機復(fù)位設(shè)計中的抗干擾設(shè)計

3.1針對單片機復(fù)位端的抗干擾設(shè)計

在單片機的復(fù)位端中能夠?qū)ζ洚a(chǎn)生影響的因素主要包括電源和按鈕傳輸線中的噪聲，這些噪聲的存在影響是CPU內(nèi)部的狀態(tài)。在正常情況下單片機自身的復(fù)位按鈕是不引出的。但是于一些特殊類型的儀器而言，按鈕需要直接安裝在操作面板之上，如此一來就會直接加長傳輸線的實際長度，就十分容易引發(fā)電磁感應(yīng)干擾。因此為了將這個電磁感應(yīng)干擾程度降至最低，需要選用雙絞線作為復(fù)位按鈕自身的傳輸線，同時還需要和交流用電設(shè)施保持一定的距離。除此之外，還可以在復(fù)位的端口上將一個0.01μF的高頻電容與之進(jìn)行并聯(lián)操作。通過這種種措施的使用就可以很好的提升其抗干擾能力。

3.2針對抑制電壓瞬變的抗干擾設(shè)計

供電用電源自身的穩(wěn)定與否對于單片機的復(fù)位也會產(chǎn)生相應(yīng)的影響，在電壓上升緩慢、電源自身穩(wěn)定過渡所需時長過長的情況下就很容易導(dǎo)致上電復(fù)位失靈問題，同時電源自身的在一個瞬間的斷電現(xiàn)象就很容易導(dǎo)致程序出現(xiàn)異常運行。為了提升電路自身的穩(wěn)定可靠的工作，通常使用的方式就是將RC電路和施密特電路進(jìn)行連接之后，將二者共同接入單片機的復(fù)位端上，這種方式十分適用于那些工作現(xiàn)場干擾過大以及電壓自身波動幅度較大的環(huán)境中。

4、總結(jié)

單片機因為自身的性能較好并且價格相對較為低廉而被廣泛應(yīng)用在各種高新產(chǎn)業(yè)中。但是其設(shè)計的穩(wěn)定與否對于整個系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行有著極為重要的意義，因此在設(shè)計的過程中必須注意電感適當(dāng)增減、上電復(fù)位的電壓上升率以及電源電壓波動特性等幾個方面。同時還需要針對單片機復(fù)位端以及電壓瞬變做出相應(yīng)的抗干擾設(shè)計，方可保障單片機自身復(fù)位的穩(wěn)定以及可靠。

參考文獻(xiàn)

[1]蘇偉華.單片機系統(tǒng)中復(fù)位電路的可靠性分析與設(shè)計[J].電子技術(shù)與軟件工程，2018（09）：237.

[2]吳迪.MCS-51單片機典型復(fù)位電路原理分析[J].遼寧師專學(xué)報（自然科學(xué)版），2017，17（01）：18-20.

[3]劉文峰.單片機復(fù)位電路的設(shè)計[J].黑龍江科學(xué)，2017，5（11）：283.

[4]柳建光，李德峰.51單片機幾種實用的復(fù)位電路設(shè)計[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2017（03）：129-130.

[5]楊文菊.基于X5045的單片機復(fù)位電路設(shè)計[J].硅谷，2017（02）：60.

作者簡介：孟雍祥（1990-），男，山東省淄博市人，職稱：研究實習(xí)員，學(xué)歷：碩士研究生，研究方向：聲學(xué)電子和海洋儀器開發(fā);

馮向超（1989-），男，碩士研究生。