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单片机复位电路的可靠性分析

时间:2007-1-20栏目:电子通信论文

  摘要:总结了目前使用比较广泛的四种单片机复位电路,为微分型、积分型复位电路建立了数学模型,并比较了它们在使用中的可靠性,同时介绍了专用复位芯片。最后提出了设计复位电路应注意的问题及提高抗干扰性的措施。
  关键词:复位死机可靠性
  
  单片机目前已被广泛地应用于家电、医疗、仪器仪表、工业自动化、航空航天等领域。市场上比较流行的单片机种类主要有Intel公司、Atmel公司和Philip公司的8051系列单片机,Motorola公司的M6800系列单片机,Intel公司的MCS96系列单片机以及Microchip公司的PIC系列单片机。无论用户使用哪种类型的单片机,总要涉及到单片机复位电路的设计。而单片机复位电路设计的好坏,直接影响到整个系统工作的可靠性。许多用户在设计完单片机系统,并在实验室调试成功后,在现场却出现了“死机”、“程序走飞”等现象,这主要是单片机的复位电路设计不可靠引起的。图1是一个单片机与大功率LED八段显示器共享一个电源,并采用微分复位电路的实例。在这种情况下,系统有时会出现一些不可预料的现象,如无规律可循的“死机”、“程序走飞”等。而用仿真器调试时却无此现象发生或极少发生此现象。又如图2所示,在此图中单片机复位采用另外一种复位电路。在此电路的应用中,用户有时会发现在关闭电源后的短时间内再次开启电源,单片机可能会工作不正常。这些现象,都可认为是由于单片机复位电路的设计不当引起的。
  
  目前为止,单片机复位电路主要有四种类型:(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;(4)看门狗型复位电路。另外,Maxim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3所示。以高电平复位为例。建立如下方程:
  
  
  
  电源上电时,可以认为Us为阶跃信号,即。其中U0是由于下拉电阻R在CPU复位端引起的电压值,一般为0.3V以下。但在实际应用中,Us不可能为理想的阶跃信号。其主要原因有两点:(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个大电容,从而导致了Us不可能为阶跃信号特征。由于第一种情况与第二种情况在本质上是一样的,即对Us的上升斜率产生影响,从而影响了的URST的复位特性。为此假Us的上升斜率为k,从0V~Us需要T时间,即:
  
  
  
  当T<<τ时,Us上电时可等效为阶跃信号。与前相同,当T>>τ时,令A=T/τ,则:
  
  
  
  即此时的复位可靠性较前面的好。
  
  另一种情况就是设计人员将一些开关性质的功率器件,如大功率LED发不管与单片机系
  
  
  
  统共享一个稳压电源,而单片机系统的复位端采用微分复位电路,由此也将造成复位的不正常现象。具体分析如图4所示。
  
  将器件等效为电阻RL,其中

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