單片機復(fù)位電路仿真原理圖解析

I 單片機復(fù)位概述

1.1 復(fù)位機理

引腳RST保持2個機器周期以上的高電平

1.2 電路原理

電容剛接入電路時相當(dāng)于短路，電容處于充電狀態(tài)；當(dāng)電容兩極板充滿電量后，電容相當(dāng)于斷路狀態(tài)。根據(jù)電容充電時間效應(yīng)，通過改變電容值及接入電阻值的大小，從而滿足一定時長的高電平輸出。

1.3 復(fù)位方式

圖1復(fù)位電路圖

1.3.1上電復(fù)位

上電瞬間，電容充電電流最大，電容相當(dāng)于短路，RST端為高電平，自動復(fù)位；電容兩端的電壓達到電源電壓時，電容充電電流為零，電容相當(dāng)于開路，RST端為低電平，程序正常運行。

1.3.2手動復(fù)位

首先經(jīng)過上電復(fù)位，當(dāng)按下按鍵時，RST直接與VCC相連，為高電平形成復(fù)位，同時電解電容被短路放電；按鍵松開時，VCC對電容充電，充電電流在電阻上，RST依然為高電平，仍然是復(fù)位，充電完成后，電容相當(dāng)于開路，RST為低電平，正常工作。

II 系統(tǒng)分析

2.1 模型簡化

如圖2，模型可簡化為圖示電路，其中，系統(tǒng)參數(shù)為C1和R2，系統(tǒng)控制輸出量為，以電源接入為初始狀態(tài)，即，對模型進行建模分析。

設(shè)定單片機的晶振為12MHZ，則兩個機器周期為2ms。

圖2簡化系統(tǒng)模型

2.2 模型假設(shè)

假設(shè)電路中的電阻阻值忽略不計；

假設(shè)電平變化為理想電平模式，即>1.5V為高電平，輸出為1；<1.5V為低電平，輸出為0。

2.3 微分方程

III 系統(tǒng)求解

3.1 微分方程求解

3.1.1近似解

clear,clc
t0=0;
tN=0.5;%單位為s
h=0.001;
t=t0:h:tN;
N=length(t);
j=1;
y0=5;
for j=1:N
    tn=t0+h;
    k1=rk4(t0,y0);
    k2=rk4(t0+h/2,y0+h*k1/2);
    k3=rk4(t0+h/2,y0+h*k2/2);
    k4=rk4(t0+h,y0+h*k3);
    yn=y0+(h/6)*(k1+2*k2+2*k3+k4);
    yy(j)=yn;
    if yy(j)>=1.5
        y(j)=1;
    else
        y(j)=0;
    end
    t0=tn;
    y0=yn;
    j=j+1;
end
t=0:h:tN;
figure(1)
plot(t,yy,'r')
title('figure of RK_4 method')
xlabel('Time (s)')
ylabel('Value (y)')

圖3 近似解曲線圖

figure(2)
plot(t,y,'b')
title('figure of Urst')
xlabel('Time (t)')
ylabel('Value (U)')
axis([0 0.5 -0.1 1.1])

3.1.2解析解

由方程

圖6 電平與時間關(guān)系圖

由圖6可知，當(dāng)t<0.12s時，輸出為電平1，當(dāng)t<0.12s時，輸出為電平0.高電平持續(xù)時長大于2個機器周期。

（2）關(guān)于CR參數(shù)選取：

CR的取值與時長有直接關(guān)系，CR的取值有兩種方式，其一，采用經(jīng)驗法，即模仿已有電路取相近值，再通過取增量進行仿真微調(diào)；其二，采用函數(shù)法，即根據(jù)上述方程，計算CR與時長的關(guān)系，從而根據(jù)t精準(zhǔn)調(diào)節(jié)CR乘積值。

3.2.2軟件仿真

利用Multisim對該電路進行仿真，如下圖：

圖7 電路仿真原理圖

設(shè)定相應(yīng)的值，可以通過觀察示波器顯示電平的變化。由圖8可知，當(dāng)電平從5V下降到1.5V時，用時0.12s。

圖8 示波器仿真圖象

四、結(jié)論

由上述分析可知，當(dāng)采用RC電路復(fù)位時，復(fù)位引腳電平與時間的關(guān)系式為：，經(jīng)過仿真，可以發(fā)現(xiàn)，調(diào)整不同的CR值，可以得到不同的高電平持續(xù)時間。如果單片機晶振為12MHZ，那么復(fù)位電路的CR值可根據(jù)關(guān)系式進行調(diào)節(jié)。
編輯：hfy