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51单片机复位电路设计
接线图
2023年07月21日 23:06 248
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单片机在可靠的复位之后，才会从0000H地址开始有序的执行应用程序。同时，复位电路也是容易受到外部噪 声干扰的敏感部分之一。因此，复位电路应该具有两个主要的功能：
1. 必须保证系统可靠的进行复位；
2. 必须具有一定的抗干扰的能力；
复位电路应该具有上电复位和手动复位的功能。以MCS-51单片机为例，复位脉冲的高电平宽度必须大于2个机器周期，若系统选用6MHz晶振，则一个机器周期为2us，那么复位脉冲宽度最小应为4us。在实际应用系统中，考虑到电源的稳定时间，参数漂移，晶振稳定时间以及复位的可靠性等因素，必须有足够的余量。图1是利用RC充电原理实现上电复位的电路设计。实践证明，上电瞬间RC电路充电，RESET引脚出现正脉冲。只要RESET端保持10ms以上的高电平，就能使单片机有效的复位。
单片机在可靠的复位之后，才会从0000H地址开始有序的执行应用程序。同时，复位电路也是容易受到外部噪 声干扰的敏感部分之一。因此，复位电路应该具有两个主要的功能：
1. 必须保证系统可靠的进行复位；
2. 必须具有一定的抗干扰的能力；
一、复位电路的RC选择
复位电路应该具有上电复位和手动复位的功能。以MCS-51单片机为例，复位脉冲的高电平宽度必须大于2个机器周期，若系统选用6MHz晶振，则一个机器周期为2us，那么复位脉冲宽度最小应为4us。在实际应用系统中，考虑到电源的稳定时间，参数漂移，晶振稳定时间以及复位的可靠性等因素，必须有足够的余量。图1是利用RC充电原理实现上电复位的电路设计。实践证明，上电瞬间RC电路充电，RESET引脚出现正脉冲。只要RESET端保持10ms以上的高电平，就能使单片机有效的复位。
图 1
对于图1-a中的电容C两端的电压（即复位信号）是一个时间的函数：
u(t)=VCC*[1-exp(-t/RC)]
对于图1-b中的电阻R两端的电压（即复位信号）也是一个时间的函数：
u(t)=VCC*exp(-t/RC)
其中的VCC为电源电压，RC为RC电路的时间常数=1K*22uF=22ms。有了这个公式，我们可以更方便的对以上电路进行透彻的分析。
图1-a中非门的最小输入高电平UIH=2.0v，当充电时间t=0.6RC时，则充电电压u(t)=0.45VCC=0.45*5V，约等于2V，其中t即为复位时间。图a中时间常数=22ms，则t=22ms*0.6=13ms。
二、复位电路的可靠性与抗干扰性分析
单片机复位电路端口的干扰主要来自电源和按钮传输线串入的噪声。这些噪声虽然不会完全导致系统复位，但有时会破坏CPU内的程序状态字的某些位的状态，对控制产生不良影响。
1.电路结构形式与抗干扰性能
以图1为例，电源噪声干扰过程示意图如图2种分别绘出了A点和B点的电压扰动波形。
有图2可以看出，图2(a)实质上是个低通滤波环节，对于脉冲宽度小于3RC的干扰有很好的抑制作用；图2(b)实质上是个高通滤波环节，对脉冲干扰没有抑制作用。由此可见，对于图1所示的两种复位电路，a的抗干扰电源噪声的能力要优于b。
2. 复位按钮传输线的影响
复位按钮一般都是安装在操作面板上，有较长的传输线，容易引起电磁感应干扰。按钮传输线应采用双绞线（具有抑制电磁感应干扰的性能），并远离交流用电设备。在印刷电路板上，单片机复位端口处并联0.01-0.1uF的高频电容，或配置使密特电路，将提高对串入噪声的抑制能力。
图 2
3. 供电电源稳定过程对复位的影响
单片机系统复位必须在CPU得到稳定的电源后进行，一次上电复位电路RC参数设计应考虑稳定的过渡时间。
为了克服直流电源稳定过程对上电自动复位的影响，可采用如下措施：
（1） 将电源开关安装在直流侧，合上交流电源，待直流电压稳定后再合供电开关K，如图3所示。
图 3
（2） 采用带电源检测的复位电路，如图4所示。合理配置电阻R3、R4的阻值和选择稳压管DW的击穿电压，使VCC未达到额定值之前，三极管BG截止，VA点电平为低，电容器C不充电；当VCC稳定之后，DW击穿，三极管BG饱和导通，致使VA点位高电平，对电容C充电，RESET为高电平，单片机开始复位过程。当电容C上充电电压达到2V时，RESET为低电平，复位结束。
图 4
4. 并联放电二极管的必要性
在图1复位电路中，放电二极管D不可缺少。当电源断电后，电容通过二极管D迅速放电，待电源恢复时便可实现可靠上电自动复位。若没有二极管D，当电源因某种干扰瞬间断电时，由于C不能迅速将电荷放掉，待电源恢复时，单片机不能上电自动复位，导致程序运行失控。电源瞬间断电干扰会导致程序停止正常运行，形成程序“乱飞”或进入“死循环”。若断电干扰脉冲较宽，可以使RC迅速放电，待电源恢复后通过上电自动复位，使程序进入正常状态；若断电干扰脉冲较窄，断电瞬间RC不能充分放电，则电源恢复后系统不能上电自动复位。
三、I/O接口芯片的延时复位
在单片机系统中，某些I/O接口芯片的复位端口与单片机的复位端口往往连在一起，即统一复位。接口芯片由于生产厂家不同，复位时间也稍有不同；复位线较长而又较大的分布电容，导致这些接口的复位过程滞后于单片机。工程实践表明，当单片机复位结束立即对这些I/O芯片进行初始化操作时，往往导致失败。因此，当单片机进入0000H地址后，首先执行1-10ms的软件延时，然后再对这些I/O芯片进行初始化。
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