單片機(jī)系統(tǒng)中復(fù)位電路的可靠性分析與設(shè)計(jì)

蘇偉華

摘要 單片機(jī)系統(tǒng)復(fù)位電路能否在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成復(fù)位工作，對(duì)于系統(tǒng)的整體運(yùn)行具有關(guān)鍵性的影響?；诖?，本文對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)復(fù)位電路的組成和各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行系統(tǒng)分析，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步探索單片機(jī)系統(tǒng)復(fù)位電路的可靠性，設(shè)計(jì)了單片系統(tǒng)接口芯片復(fù)位的方法，旨在為關(guān)注這一領(lǐng)域的人士提供一些可行性較高的參考意見(jiàn)，提升單片機(jī)系統(tǒng)復(fù)位電路的穩(wěn)定性與可靠性。

【關(guān)鍵詞】單片機(jī)系統(tǒng) 復(fù)位電路 抗干擾性能

隨著電子信息的發(fā)展和電子產(chǎn)品在我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域重要性的提高，各界對(duì)于我國(guó)電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，尤其是電路系統(tǒng)內(nèi)部的單片機(jī)系統(tǒng)復(fù)位電路可靠性關(guān)注程度越來(lái)越高。單片機(jī)系統(tǒng)復(fù)位電路結(jié)構(gòu)雖較為簡(jiǎn)單，但卻決定著電路系統(tǒng)能否正常啟動(dòng)，因此，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中需要考慮復(fù)位電路的抗干擾能力。如何對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)復(fù)位電路的可靠性進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)，提升系統(tǒng)的性能，成為電子領(lǐng)域工作人員的工作重點(diǎn)之一。

1 單片機(jī)系統(tǒng)復(fù)位電路的組成與參數(shù)

單片機(jī)系統(tǒng)復(fù)位電路會(huì)受到外部環(huán)境當(dāng)中的噪聲干擾，在受到干擾之時(shí)會(huì)直接導(dǎo)致單片機(jī)系統(tǒng)復(fù)位電路的復(fù)位端口發(fā)生異常，進(jìn)而引起系統(tǒng)內(nèi)部CPU的某些接口電路以及寄存器等發(fā)生錯(cuò)誤復(fù)位。因此，在對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)復(fù)位電路的進(jìn)行可靠性分析以及設(shè)計(jì)更加合理的單片機(jī)系統(tǒng)復(fù)位電路時(shí)，需要綜合考慮不同系統(tǒng)的抗干擾能力，在選擇單片機(jī)系統(tǒng)復(fù)位電路時(shí)就需要重視各部分的參數(shù)和具體的結(jié)構(gòu)組成。

通常情況下，單片機(jī)系統(tǒng)復(fù)位電路需要具備上電自復(fù)位功能以及上電按鈕復(fù)位功能等兩個(gè)部分。例如，在電路系統(tǒng)內(nèi)部通常使用的MCS-51單片機(jī)，在具體應(yīng)用的過(guò)程中，復(fù)位脈沖可能會(huì)達(dá)到兩個(gè)機(jī)器周期的高電平寬度，若在此時(shí)的系統(tǒng)采用12MHz的晶振，那么一個(gè)機(jī)器周期為1μs，所以此時(shí)的復(fù)位脈沖至少需要達(dá)到2μs。但是根據(jù)相關(guān)領(lǐng)域的調(diào)查和研究結(jié)果顯示，在實(shí)際的操作系統(tǒng)當(dāng)中，系統(tǒng)的電源上升時(shí)間和振蕩時(shí)間需要被充分考慮，當(dāng)系統(tǒng)整體的電源上升時(shí)間為lOms時(shí)，此時(shí)的振蕩器振動(dòng)頻率會(huì)直接影響振蕩器的起振時(shí)間，在10MHz時(shí)為Ims，當(dāng)在1MHz時(shí)振蕩頻率為lOms。為了能使系統(tǒng)完成可靠復(fù)位，在RESET的引腳上電自復(fù)位時(shí)間需要保持在20ms以上，根據(jù)RC充放電原理，才可以滿足上電自復(fù)位系統(tǒng)的實(shí)際工作需求，此時(shí)的最小高電平為2V，當(dāng)系統(tǒng)的充電時(shí)間達(dá)到0.6RC時(shí)，實(shí)際消耗的時(shí)間為0.02s。

2 單片機(jī)系統(tǒng)復(fù)位電路的可靠性設(shè)計(jì)

2.1 復(fù)位電路的抗干擾性能分析

單片機(jī)系統(tǒng)復(fù)位電路的復(fù)位接口干擾源主要來(lái)自于電源內(nèi)部的傳輸線以及電源設(shè)備的噪聲。雖然此類噪聲在一定程度上不會(huì)直接造成系統(tǒng)復(fù)位，但實(shí)際上，此類噪聲容易導(dǎo)致I/O接口電路以及CPU中的寄存器發(fā)生故障，進(jìn)而導(dǎo)致單片機(jī)系統(tǒng)復(fù)位電路整體工作失常，所以在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)復(fù)位電路進(jìn)行抗干擾能力的提升。從單片機(jī)系統(tǒng)復(fù)位電路的結(jié)構(gòu)上進(jìn)行分析可以得出，單片機(jī)系統(tǒng)復(fù)位電路實(shí)際上是一個(gè)位于慣性滯后環(huán)節(jié)的低通濾波電路系統(tǒng)。當(dāng)電源內(nèi)部的脈寬小于3τ（τ=RC）時(shí)，單片機(jī)系統(tǒng)復(fù)位電路對(duì)于干擾項(xiàng)的抑制效果表現(xiàn)良好。

2.2 復(fù)位電路的抗干擾措施

對(duì)于微分超前的高通濾波環(huán)節(jié)來(lái)說(shuō)，此時(shí)單片機(jī)系統(tǒng)復(fù)位電路對(duì)于電源中的干擾脈沖抑制作用較差。單片機(jī)系統(tǒng)復(fù)位電路系統(tǒng)中的二極管可以在電源掉電時(shí)促使電容器迅速放電，直到電源恢復(fù)正常時(shí)可以實(shí)現(xiàn)可靠復(fù)位。此種方法可以有效避免電源在短時(shí)間內(nèi)迅速掉電而產(chǎn)生的單片機(jī)系統(tǒng)復(fù)位電路無(wú)法復(fù)位等問(wèn)題。在此種情況下，將另一個(gè)電容安裝在靠近復(fù)位電路的位置上，能在原有的基礎(chǔ)上提升電源中的高頻噪聲抑制作用。例如，我國(guó)某地區(qū)的電路設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)用了施密特觸發(fā)器來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的抗干擾設(shè)備，有效提升了電路系統(tǒng)的整體性能，優(yōu)化了抗干擾的能力。在對(duì)硬件系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，可以選擇PulseSensor傳感器，經(jīng)過(guò)濾波電路設(shè)計(jì)，降低外界噪聲因素對(duì)于單片機(jī)系統(tǒng)復(fù)位電路的干擾程度，利用光電轉(zhuǎn)換器可以將接收到的不同強(qiáng)度的光轉(zhuǎn)化為滿足實(shí)際工作要求的電信號(hào)，增強(qiáng)單片機(jī)系統(tǒng)復(fù)位電路可靠性。

2.3 單片系統(tǒng)的接口芯片復(fù)位時(shí)序

對(duì)于單片機(jī)系統(tǒng)復(fù)位電路而言，外圍接口芯片（如常用的8279及8155等）的復(fù)位端口通常情況下與單片機(jī)系統(tǒng)復(fù)位端口相互連接，從而實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一復(fù)位。但是由于各個(gè)部分的接口芯片復(fù)位之間各不相同，致使在實(shí)際的復(fù)位線路較長(zhǎng)情況下，增加了系統(tǒng)的分布電容，導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)部的接口電路復(fù)位過(guò)程相較于單片機(jī)而言更慢。當(dāng)單片機(jī)系統(tǒng)完成復(fù)位時(shí)，需要立即對(duì)其他接口芯片進(jìn)行復(fù)位和初始化操作，否則容易導(dǎo)致系統(tǒng)失靈。針對(duì)這一問(wèn)題，我國(guó)某地區(qū)電路設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)在實(shí)際的工作過(guò)程中，對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)復(fù)位電路進(jìn)行了優(yōu)化調(diào)整，重點(diǎn)優(yōu)化了單片機(jī)系統(tǒng)復(fù)位電路的接口芯片位置，避免了單片機(jī)系統(tǒng)復(fù)位電路失靈。在單片機(jī)系統(tǒng)復(fù)位之后先進(jìn)行Sms至lOms的延時(shí)程序，當(dāng)延時(shí)程序完成工作之后，再進(jìn)行初始化電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)，從而確保電路系統(tǒng)可以在規(guī)定的時(shí)間范圍內(nèi)完成可靠復(fù)位。為進(jìn)一步保證電路系統(tǒng)的可靠復(fù)位和初始化，將CPU的I/O口與外圍芯片的復(fù)位端口相連，用CPU直接復(fù)位外圍芯片也是很好的方法。

3 總結(jié)

綜上所述，在對(duì)復(fù)位電路進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員需要重視單片機(jī)系統(tǒng)復(fù)位電路的結(jié)構(gòu)與參數(shù)。在實(shí)際的電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，選擇合理的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，有利于進(jìn)一步增強(qiáng)單片機(jī)系統(tǒng)復(fù)位電路整體的穩(wěn)定性與可靠性。經(jīng)過(guò)理論和實(shí)踐的檢驗(yàn)，在實(shí)際工作當(dāng)中，增加單片機(jī)系統(tǒng)復(fù)位電路的抗干擾措施，注意單片機(jī)系統(tǒng)與外圍接口芯片的復(fù)位時(shí)序，可以有效避免系統(tǒng)工作失常，確保電路系統(tǒng)可以正常穩(wěn)定工作。

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