單片機（MCU）中的電路保護

　　正確的電路保護方法可以大大提高產(chǎn)品或設計的可靠性。不幸的是，并非所有電路保護都以保險絲和瞬態(tài)電壓抑制之類(lèi)的硬件形式出現。某些形式的電路保護可能來(lái)自軟件，這可能會(huì )造成混亂。在本文中，我們將探討單片機如何在電路保護中發(fā)揮作用。

單片機如何在電路保護中發(fā)揮作用？

　　一、基本的單片機保護

　　在設計用于單片機的電路保護電路時(shí)，必須首先考慮基礎知識。這意味著(zhù)，連接到導體且暴露于外界的任何數字引腳（例如連接器）均需使用齊納二極管和限流電阻器進(jìn)行適當保護。如果模擬輸入也連接到外部導體，則還必須具有齊納二極管和限流措施。

　　由于其CMOS特性，單片機設計也對嘈雜的電源軌敏感（嘈雜的電源線(xiàn)會(huì )導致邏輯門(mén)無(wú)法正確操作）。因此，使用正確類(lèi)型的去耦電容器很重要。大容量電容器（例如極化電容器）可用于處理外圍設備和大功率設備的突然功率需求。另一方面，小型無(wú)極性電容器可用于減少電源軌上的開(kāi)關(guān)噪聲。

　　通常需要在單片機的每對電源引腳上放置等效串聯(lián)電阻（ESR）值低的小型無(wú)極性電容器。例如，PIC18F45K22具有兩對輸入電源（VDD和VSS），每對輸入電源應直接連接一個(gè)低值陶瓷電容（例如10nF）。

　　二、電路保護的類(lèi)型

　　到目前為止，上述保護方法通常是被動(dòng)的，只能應對電涌。其他形式的電路保護又如何呢？

　　盡管電壓和電流浪涌會(huì )損壞單片機，但不可靠的電源和電源中斷無(wú)疑會(huì )造成更大的損壞（只是物理意義上而言）。通常，在降低的電壓下工作時(shí)，電路很少受到損壞，但是涉及數字邏輯的電路的行為可能會(huì )出乎意料。

　　從局外人的角度來(lái)看，以單片機為基礎的電路在降低的電壓下運行仍然可以驅動(dòng)顯示器并運行固件（因此似乎可以正常工作），但是來(lái)自外部源（例如I2C設備）的數據可能會(huì )變得不可靠，因為它們會(huì )不能在正確的電壓水平下運行。這會(huì )導致錯誤的可靠性感。如果電路在控制安全設備，則只有一半電路在工作，否則有造成嚴重傷害的危險。

那么，如何保護電路免受功率降低呢？

　　三、單片機中的掉電檢測

　　雖然通?？梢酝ㄟ^(guò)使用外部分立元件（例如保險絲和二極管）來(lái)減輕過(guò)電壓和電流，但降低功率（稱(chēng)為掉電）的難度卻更大。

　　一種方法是設計專(zhuān)用電路，該電路可以在小電壓電平下運行并主動(dòng)監視電源軌。這種方法的問(wèn)題在于，它可能會(huì )增加設計價(jià)格以及最終PCB的復雜性。但是，通常有很多資源可能會(huì )減輕設計師的成本。那就是單片機本身?；趩纹瑱C的設計通常具有備用的外設，引腳，存儲器和處理時(shí)間。這意味著(zhù)設計人員無(wú)需在設計中包括其他組件即可執行有源電路健康狀況監視。一些單片機包含掉電外設，這可能導致復位并設置標志以向固件指示已檢測到掉電。

那么，如何用單片機實(shí)現基本的電路監控系統呢？

　   1.單片機輸入電壓

　　下面為基于單片機的電路保護的基本布局，僅需要兩個(gè)硬件即可。備用模擬輸入和內部帶隙基準。當帶隙基準電壓源提供基準電壓時(shí)，需要使用模擬輸入來(lái)測量外部VDD電壓。由于A(yíng)DC通常是如何工作的，因此不能低估帶隙基準的重要性。ADC將產(chǎn)生一個(gè)二進(jìn)制輸出，其值與ADC和ADC的兩個(gè)參考電壓成正比。如果ADC參考為電源軌，則VDD電源軌的ADC讀數將始終為最大值。帶隙基準的使用為ADC提供了一個(gè)電壓基準，該基準與電源電壓無(wú)關(guān)，因此允許單片機測量電源電壓。

　　2.掉電檢測電路

　　另外，我們可以使用掉電檢測電路，但這只在電源足以運行單片機而非外部硬件的情況下有用。遺憾的是，該方法無(wú)法保護單片機以免掉電。在掉電情況下，需要專(zhuān)用的掉電檢測電路或具有自己的掉電檢測系統的單片機。對于許多設計人員而言，在產(chǎn)品成本，組件數量和PCB面積方面，使用額外的外部電路通常過(guò)于昂貴。因此，最好使用帶有內置掉電檢測外設的單片機。

　　現在，單片機都帶有掉電檢測，一旦檢測到掉電，就會(huì )復位MCU，并設置一個(gè)特殊的CPU標志來(lái)通知用戶(hù)發(fā)生了掉電復位。由于MCU執行復位操作，因此必須首先執行特殊的處理程序，該處理程序檢查CPU標志（包括掉電標志）。如果設置了該標志，則可以采取特定的措施，例如關(guān)閉外圍設備并顯示警告燈。