51單片機(jī)復(fù)位電路設(shè)計(jì)

單片機(jī)在可靠的復(fù)位之后，才會(huì)從0000H地址開始有序的執(zhí)行應(yīng)用程序。同時(shí)，復(fù)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(fù)位電路應(yīng)該具有兩個(gè)主要的功能：
1. 必須保證系統(tǒng)可靠的進(jìn)行復(fù)位；
2. 必須具有一定的抗干擾的能力；
復(fù)位電路應(yīng)該具有上電復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位的功能。以MCS-51單片機(jī)為例，復(fù)位脈沖的高電平寬度必須大于2個(gè)機(jī)器周期，若系統(tǒng)選用6MHz晶振，則一個(gè)機(jī)器周期為2us，那么復(fù)位脈沖寬度最小應(yīng)為4us。在實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)中，考慮到電源的穩(wěn)定時(shí)間，參數(shù)漂移，晶振穩(wěn)定時(shí)間以及復(fù)位的可靠性等因素，必須有足夠的余量。圖1是利用RC充電原理實(shí)現(xiàn)上電復(fù)位的電路設(shè)計(jì)。實(shí)踐證明，上電瞬間RC電路充電，RESET引腳出現(xiàn)正脈沖。只要RESET端保持10ms以上的高電平，就能使單片機(jī)有效的復(fù)位。
單片機(jī)在可靠的復(fù)位之后，才會(huì)從0000H地址開始有序的執(zhí)行應(yīng)用程序。同時(shí)，復(fù)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(fù)位電路應(yīng)該具有兩個(gè)主要的功能：
1. 必須保證系統(tǒng)可靠的進(jìn)行復(fù)位；
2. 必須具有一定的抗干擾的能力；
一、復(fù)位電路的RC選擇
復(fù)位電路應(yīng)該具有上電復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位的功能。以MCS-51單片機(jī)為例，復(fù)位脈沖的高電平寬度必須大于2個(gè)機(jī)器周期，若系統(tǒng)選用6MHz晶振，則一個(gè)機(jī)器周期為2us，那么復(fù)位脈沖寬度最小應(yīng)為4us。在實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)中，考慮到電源的穩(wěn)定時(shí)間，參數(shù)漂移，晶振穩(wěn)定時(shí)間以及復(fù)位的可靠性等因素，必須有足夠的余量。圖1是利用RC充電原理實(shí)現(xiàn)上電復(fù)位的電路設(shè)計(jì)。實(shí)踐證明，上電瞬間RC電路充電，RESET引腳出現(xiàn)正脈沖。只要RESET端保持10ms以上的高電平，就能使單片機(jī)有效的復(fù)位。

圖 1
對于圖1-a中的電容C兩端的電壓（即復(fù)位信號）是一個(gè)時(shí)間的函數(shù)：
u(t)=VCC*[1-exp(-t/RC)]
對于圖1-b中的電阻R兩端的電壓（即復(fù)位信號）也是一個(gè)時(shí)間的函數(shù)：
u(t)=VCC*exp(-t/RC)
其中的VCC為電源電壓，RC為RC電路的時(shí)間常數(shù)=1K*22uF=22ms。有了這個(gè)公式，我們可以更方便的對以上電路進(jìn)行透徹的分析。
圖1-a中非門的最小輸入高電平UIH=2.0v，當(dāng)充電時(shí)間t=0.6RC時(shí)，則充電電壓u(t)=0.45VCC=0.45*5V，約等于2V，其中t即為復(fù)位時(shí)間。圖a中時(shí)間常數(shù)=22ms，則t=22ms*0.6=13ms。
二、復(fù)位電路的可靠性與抗干擾性分析
單片機(jī)復(fù)位電路端口的干擾主要來自電源和按鈕傳輸線串入的噪聲。這些噪聲雖然不會(huì)完全導(dǎo)致系統(tǒng)復(fù)位，但有時(shí)會(huì)破壞CPU內(nèi)的程序狀態(tài)字的某些位的狀態(tài)，對控制產(chǎn)生不良影響。
1.電路結(jié)構(gòu)形式與抗干擾性能
以圖1為例，電源噪聲干擾過程示意圖如圖2種分別繪出了A點(diǎn)和B點(diǎn)的電壓擾動(dòng)波形。
有圖2可以看出，圖2(a)實(shí)質(zhì)上是個(gè)低通濾波環(huán)節(jié)，對于脈沖寬度小于3RC的干擾有很好的抑制作用；圖2(b)實(shí)質(zhì)上是個(gè)高通濾波環(huán)節(jié)，對脈沖干擾沒有抑制作用。由此可見，對于圖1所示的兩種復(fù)位電路，a的抗干擾電源噪聲的能力要優(yōu)于b。
2. 復(fù)位按鈕傳輸線的影響
復(fù)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(yīng)干擾。按鈕傳輸線應(yīng)采用雙絞線（具有抑制電磁感應(yīng)干擾的性能），并遠(yuǎn)離交流用電設(shè)備。在印刷電路板上，單片機(jī)復(fù)位端口處并聯(lián)0.01-0.1uF的高頻電容，或配置使密特電路，將提高對串入噪聲的抑制能力。

圖 2
3. 供電電源穩(wěn)定過程對復(fù)位的影響
單片機(jī)系統(tǒng)復(fù)位必須在CPU得到穩(wěn)定的電源后進(jìn)行，一次上電復(fù)位電路RC參數(shù)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮穩(wěn)定的過渡時(shí)間。
為了克服直流電源穩(wěn)定過程對上電自動(dòng)復(fù)位的影響，可采用如下措施：
（1） 將電源開關(guān)安裝在直流側(cè)，合上交流電源，待直流電壓穩(wěn)定后再合供電開關(guān)K，如圖3所示。

圖 3
（2） 采用帶電源檢測的復(fù)位電路，如圖4所示。合理配置電阻R3、R4的阻值和選擇穩(wěn)壓管DW的擊穿電壓，使VCC未達(dá)到額定值之前，三極管BG截止，VA點(diǎn)電平為低，電容器C不充電；當(dāng)VCC穩(wěn)定之后，DW擊穿，三極管BG飽和導(dǎo)通，致使VA點(diǎn)位高電平，對電容C充電，RESET為高電平，單片機(jī)開始復(fù)位過程。當(dāng)電容C上充電電壓達(dá)到2V時(shí)，RESET為低電平，復(fù)位結(jié)束。

圖 4
4. 并聯(lián)放電二極管的必要性
在圖1復(fù)位電路中，放電二極管D不可缺少。當(dāng)電源斷電后，電容通過二極管D迅速放電，待電源恢復(fù)時(shí)便可實(shí)現(xiàn)可靠上電自動(dòng)復(fù)位。若沒有二極管D，當(dāng)電源因某種干擾瞬間斷電時(shí)，由于C不能迅速將電荷放掉，待電源恢復(fù)時(shí)，單片機(jī)不能上電自動(dòng)復(fù)位，導(dǎo)致程序運(yùn)行失控。電源瞬間斷電干擾會(huì)導(dǎo)致程序停止正常運(yùn)行，形成程序“亂飛”或進(jìn)入“死循環(huán)”。若斷電干擾脈沖較寬，可以使RC迅速放電，待電源恢復(fù)后通過上電自動(dòng)復(fù)位，使程序進(jìn)入正常狀態(tài)；若斷電干擾脈沖較窄，斷電瞬間RC不能充分放電，則電源恢復(fù)后系統(tǒng)不能上電自動(dòng)復(fù)位。
三、I/O接口芯片的延時(shí)復(fù)位
在單片機(jī)系統(tǒng)中，某些I/O接口芯片的復(fù)位端口與單片機(jī)的復(fù)位端口往往連在一起，即統(tǒng)一復(fù)位。接口芯片由于生產(chǎn)廠家不同，復(fù)位時(shí)間也稍有不同；復(fù)位線較長而又較大的分布電容，導(dǎo)致這些接口的復(fù)位過程滯后于單片機(jī)。工程實(shí)踐表明，當(dāng)單片機(jī)復(fù)位結(jié)束立即對這些I/O芯片進(jìn)行初始化操作時(shí)，往往導(dǎo)致失敗。因此，當(dāng)單片機(jī)進(jìn)入0000H地址后，首先執(zhí)行1-10ms的軟件延時(shí)，然后再對這些I/O芯片進(jìn)行初始化。