單片機復位電路分析

(d/dt)UA(t)=(1/RC)URST(t)+(d/dt)URST(t)

URST(0)=0

解之得：

從上式可以看出，由于負載的突變和穩壓電源的穩壓作用，將在復位端引入一個(gè)類(lèi)脈沖，從而導致CPU工作不正常。

1.2 積分型復位電路

此電路的等效電路如圖5所示。仍以高電平復位為例，同樣可以建立如下方程：

當系統上電時(shí)，假設Us(t)=AU（t）為階躍函數，U0=0，則：

當反相器正常工作后，Uc若仍能保持在VIL以下，則其輸出就可以為高電平；而且如果從反相器正常工作后開(kāi)始，經(jīng)過(guò)不小于復位脈沖寬度的時(shí)間TR后，Uc才能達到VIL以上，那么上電復位就能保證可靠。所以在實(shí)際應用中，設計人員常常將R、CF的值增大以提高時(shí)間常數，并且應用具有斯密特輸入的CMOS反相器以提高抗干擾性。然而此復位電路常常在二次電源開(kāi)關(guān)相對較短的時(shí)間間隔情況下出現異常。這主要是由于放電回路與充電回路相同，導致放電時(shí)間常數較大，從而導致UC電壓下降過(guò)度。為此有文獻[2]介紹如圖6所示的改進(jìn)電路。

從圖6可以看出放電回路的時(shí)間常數一般遠遠小于充電時(shí)間常數。這時(shí)，上面所提到的重復開(kāi)關(guān)電源而造成上電復位不可靠的現象就可以得到控制。然而，由于放電時(shí)間常數過(guò)短，降低了此復位電路在工作中對電源電壓波動(dòng)的不敏感性。例如，當電源電壓有波動(dòng)時(shí)，此時(shí)由于放電過(guò)快，從而有可能造成Uc低于反相器的VIL電壓值，帶來(lái)不必要的復位脈沖。此現象在單片機工作于Sleep方式與Active方式切換，而電源輸出功率又相對較弱時(shí)可能出現。為此提出針對以上現象的改進(jìn)積分型復位電路（如圖7所示）。圖7中，R1R2，適當調整R1值的大小就可避免以上情況發(fā)生。

1.3 比較器型復位電路

比較器型復位電路的基本原理如圖8所示。上電復位時(shí)，由于組成了一個(gè)RC低通網(wǎng)絡(luò )，所以比較器的正相輸入端的電壓比負相端輸入電壓延遲一定時(shí)間。而比較器的負相端網(wǎng)絡(luò )的時(shí)間常數遠遠小于正相端RC網(wǎng)絡(luò )的時(shí)間常數，因此在正端電壓還沒(méi)有超過(guò)負端電壓時(shí)，比較器輸出低電平，經(jīng)反相器后產(chǎn)生高電平。復位脈沖的寬度主要取決于正常電壓上升的速度。由于負端電壓放電回路時(shí)間常數較大，因此對電源電壓的波動(dòng)不敏感。但是容易產(chǎn)生以下二種不利現象：（1）電源二次開(kāi)關(guān)間隔太短時(shí)，復位不可靠；（2）當電源電壓中有浪涌現象時(shí)，可能在浪涌消失后不能產(chǎn)生復位脈沖。為此，將改進(jìn)比較器重定電路，如圖9所示。這個(gè)改進(jìn)電路可以消除第一種現象，并減少第二種現象的產(chǎn)生。為了徹底消除這二種現象，可以利用數字邏輯的方法與比較器配合，設計如圖10所示的比較器重定電路。此電路稍加改進(jìn)即可作為上電復位與看門(mén)狗復位電路共同復位的電路，大大提高了復位的可靠性。

1.4 看門(mén)狗型復位電路

看門(mén)狗型復位電路主要利用CPU正常工作時(shí)，定時(shí)復位計數器，使得計數器的值不超過(guò)某一值；當CPU不能正常工作時(shí)，由于計數器不能被復位，因此其計數會(huì )超過(guò)某一值，從而產(chǎn)生復位脈沖，使得CPU恢復正常工作狀態(tài)。典型應用的Watchdog復位電路如圖11所示。此復位電路的可靠性主要取決于軟件設計，即將定時(shí)向復位電路發(fā)出脈沖的程序放在何處。一般設計，將此段程序放在定時(shí)器中斷服務(wù)子程序中。然而，有時(shí)這種設計仍然會(huì )引起程序走飛或工作不正常[3]。原因主要是：當程序“走飛”發(fā)生時(shí)定時(shí)器初始化以及開(kāi)中斷之后的話(huà)，這種“走飛”情況就有可能不能由Watchdog復位電路校正回來(lái)。因為定時(shí)器中斷一真在產(chǎn)生，即使程序不正常，Watchdog也能被正常復位。為此提出定時(shí)器加預設的設計方法。即在初始化時(shí)壓入堆棧一個(gè)地址，在此地址內執行的是一條關(guān)中斷和一條死循環(huán)語(yǔ)句。在所有不被程序代碼占用的地址盡可能地用子程序返回指令RET代替。這樣，當程序走飛后，其進(jìn)入陷阱的可能性將大大增加。而一旦進(jìn)入陷阱，定時(shí)器停止工作并且關(guān)閉中斷，從而使Watchdog復位電路會(huì )產(chǎn)生一個(gè)復位脈沖將CPU復位。當然這種技術(shù)用于實(shí)時(shí)性較強的控制或處理軟件中有一定的困難。