孟雍祥 馮向超

單片機(jī)在性能以及價(jià)格上都具有一定的優(yōu)勢(shì)，因此被廣泛應(yīng)用在機(jī)電、醫(yī)療、工業(yè)自動(dòng)化等多個(gè)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(jī)復(fù)位電路設(shè)計(jì)工作中的可靠與否，對(duì)于整體工作系統(tǒng)的正常運(yùn)行與否、運(yùn)行中發(fā)生死機(jī)以及程序走飛現(xiàn)象的頻率等有著直接的影響。本文針對(duì)當(dāng)前較為流行的單片機(jī)復(fù)位電路設(shè)計(jì)方式進(jìn)行分析，同時(shí)針對(duì)其復(fù)位電路設(shè)計(jì)中的注意事項(xiàng)，并就其自身的抗干擾設(shè)計(jì)提出了自己的看法，以期對(duì)今后的單片機(jī)復(fù)位電路設(shè)計(jì)工作有所幫助。

單片機(jī);復(fù)位電路設(shè)計(jì);注意事項(xiàng);抗干擾設(shè)計(jì)

1、常見(jiàn)的單片機(jī)復(fù)位電路設(shè)計(jì)方式分析

1.1專用化芯片復(fù)位電路設(shè)計(jì)

在RC特性以及溫度有所變化的時(shí)候，RC電路自身的特性就會(huì)發(fā)生相應(yīng)的改變，也正是因?yàn)槠涮匦缘钠鸱欢?，才?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(shí)，其復(fù)位所用時(shí)間也會(huì)受到這個(gè)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(wèn)題予以解決，從而在當(dāng)前社會(huì)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(shí)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(jì)進(jìn)行分析，其自身同時(shí)具備高低電平兩種類型的復(fù)位管腳，實(shí)際使用中因?yàn)榫邆渖想娢蛔詣?dòng)化復(fù)位功能，并且其復(fù)位所需時(shí)間僅僅需要200毫秒，同時(shí)還具備相應(yīng)的人工復(fù)位功能，在彈起復(fù)位按鍵的時(shí)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(dú)立性質(zhì)的看門狗電路，所以在實(shí)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(dòng)復(fù)位電路設(shè)計(jì)

圖1中展示的就是RC控制上電和手動(dòng)復(fù)位電路，整個(gè)的復(fù)位電路是由兩個(gè)電容、一個(gè)電阻和復(fù)位開(kāi)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(huì)維持在一種短路狀態(tài)之下，而電路中的RST一端則是會(huì)處于一種高電平的狀態(tài)下，在C77電容自身的充電過(guò)程得以完成之后，RST一端就會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)榈碗娖綘顟B(tài)。當(dāng)需要做到人工手動(dòng)復(fù)位的時(shí)候只需要按下KEY1即可，隨后+5V的電源就會(huì)直接加到RST端之前，進(jìn)行單片機(jī)的強(qiáng)行復(fù)位工作。而在KEY1按鍵抬起之后，RST端就會(huì)因?yàn)槌尸F(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(shí)長(zhǎng)是完全由電容的充電時(shí)長(zhǎng)所決定的。這種類型的復(fù)位電路設(shè)計(jì)屬于高電平復(fù)位的一種，整體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)較為簡(jiǎn)單，并且在高電平的復(fù)位時(shí)間可以借助RC數(shù)值進(jìn)行選擇，但是其抗干擾能力相對(duì)較差，只適用于一些電磁環(huán)境相對(duì)穩(wěn)定的條件下。

1.3比較器類型的復(fù)位電路設(shè)計(jì)

圖2展示的就是比較器類型的復(fù)位電路設(shè)計(jì)方式。這種類型的設(shè)計(jì)方式在上電復(fù)位的過(guò)程中因?yàn)楸旧斫Y(jié)構(gòu)組成了一個(gè)RC上低通性質(zhì)網(wǎng)絡(luò)，因此在輸入電壓的過(guò)程中正相輸入端的時(shí)間要晚于負(fù)相輸入端，但在時(shí)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(méi)有超過(guò)負(fù)端電壓的情況下，比較器輸出的是低電平，在經(jīng)過(guò)反相器之后才會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的高電平。這種電路設(shè)計(jì)本身結(jié)構(gòu)也較為簡(jiǎn)潔，高電平狀態(tài)下的復(fù)位時(shí)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(dòng)復(fù)位電路得到了顯著的提升。但是也十分容易因?yàn)殡妷褐械睦擞楷F(xiàn)象而導(dǎo)致在浪涌不存在后無(wú)法產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的復(fù)位脈沖。同時(shí)因?yàn)殡娫炊伍_(kāi)關(guān)上的間隔時(shí)間太短，在實(shí)際的復(fù)位效果上依舊有值得改進(jìn)的地方。

2、單片機(jī)復(fù)位設(shè)計(jì)中的注意事項(xiàng)

2.1電感適當(dāng)增減

在同時(shí)使用微分類型復(fù)位電路設(shè)計(jì)以及穩(wěn)壓電源的過(guò)程中，需要在電容的輸入一端注意電感的增減，以此來(lái)將因?yàn)樨?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(dòng)特性的考慮

而在使用積分類型復(fù)位電路的過(guò)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(shí)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(gè)電路的功耗數(shù)值，如果存在著相對(duì)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(lái)的實(shí)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(jì)工作的過(guò)程中，需要重點(diǎn)考慮其電源電壓的波動(dòng)特性，如果設(shè)計(jì)的復(fù)位電路所處的工作環(huán)境相對(duì)較為復(fù)雜，就很有可能因?yàn)橥饨缫蛩氐母蓴_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(shí)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(jì)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(gè)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(gè)差值，就可以通過(guò)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(gè)毛刺電壓峰值超過(guò)數(shù)值差的時(shí)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(jì)選用兩個(gè)方面解決問(wèn)題。

3、單片機(jī)復(fù)位設(shè)計(jì)中的抗干擾設(shè)計(jì)

3.1針對(duì)單片機(jī)復(fù)位端的抗干擾設(shè)計(jì)

在單片機(jī)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(jī)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(lái)就會(huì)直接加長(zhǎng)傳輸線的實(shí)際長(zhǎng)度，就十分容易引發(fā)電磁感應(yīng)干擾。因此為了將這個(gè)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(shí)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(gè)0.01μF的高頻電容與之進(jìn)行并聯(lián)操作。通過(guò)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(duì)抑制電壓瞬變的抗干擾設(shè)計(jì)

供電用電源自身的穩(wěn)定與否對(duì)于單片機(jī)的復(fù)位也會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的影響，在電壓上升緩慢、電源自身穩(wěn)定過(guò)渡所需時(shí)長(zhǎng)過(guò)長(zhǎng)的情況下就很容易導(dǎo)致上電復(fù)位失靈問(wèn)題，同時(shí)電源自身的在一個(gè)瞬間的斷電現(xiàn)象就很容易導(dǎo)致程序出現(xiàn)異常運(yùn)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(jī)的復(fù)位端上，這種方式十分適用于那些工作現(xiàn)場(chǎng)干擾過(guò)大以及電壓自身波動(dòng)幅度較大的環(huán)境中。

4、總結(jié)

單片機(jī)因?yàn)樽陨淼男阅茌^好并且價(jià)格相對(duì)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(jì)的穩(wěn)定與否對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行有著極為重要的意義，因此在設(shè)計(jì)的過(guò)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(dòng)特性等幾個(gè)方面。同時(shí)還需要針對(duì)單片機(jī)復(fù)位端以及電壓瞬變做出相應(yīng)的抗干擾設(shè)計(jì)，方可保障單片機(jī)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(jī)系統(tǒng)中復(fù)位電路的可靠性分析與設(shè)計(jì)[J].電子技術(shù)與軟件工程，2018（09）：237.

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

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

[4]柳建光，李德峰.51單片機(jī)幾種實(shí)用的復(fù)位電路設(shè)計(jì)[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(jī)復(fù)位電路設(shè)計(jì)[J].硅谷，2017（02）：60.

作者簡(jiǎn)介：孟雍祥（1990-），男，山東省淄博市人，職稱：研究實(shí)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(kāi)發(fā);

馮向超（1989-），男，碩士研究生。