使用微控制器的優(yōu)勢和演示DS1232使用的簡單應用

討論DS1232如何用于對基于8051的系統(tǒng)進行微監(jiān)控。該監(jiān)控電路提供上電復位（POR）、手動復位（按鈕）輸入、看門狗定時器（選通定時器）和早期電源故障比較器。復位閾值容差可以設置為監(jiān)視 5% 和 10% 電源容差系統(tǒng)。此外，還提供引腳可選的復位超時延遲。為了簡化器件的使用，該器件包含一個軟件執(zhí)行程序，以顯示8051處理器如何與DS1232配合使用。

介紹

Maxim的DS1232微控制器芯片是一種高度集成的解決方案，通過增加單個芯片，為您的微處理器系統(tǒng)增加上電復位延遲、按鈕復位控制器、可靠的電源故障監(jiān)控和看門狗定時器功能。該芯片還提供有源和低復位信號，以及看門狗超時周期和電壓監(jiān)控電平的選擇性。高集成度降低了實施成本和所需的電路板空間。這些芯片采用多種封裝，包括 8 引腳 mSOP、SOIC 和 DIP。

使用達拉斯半導體DS1232微型監(jiān)視器的優(yōu)勢

上電復位延遲允許電路板資源在執(zhí)行開始前穩(wěn)定下來

在電路運行期間，精確控制微控制器的復位引腳始終很重要。因此，在正常工作和電路上電期間都必須控制復位引腳。許多微處理器電路的一個常見問題是，微控制器在可用的存儲器和I/O資源具有穩(wěn)定的電源之前就開始執(zhí)行。一些芯片需要數(shù)百毫秒才能自行重置并準備好運行。如果微處理器在重置后的幾微秒內開始執(zhí)行，則它可能基于來自系統(tǒng)資源的無效輸入執(zhí)行。這可以通過增加一個上電復位（POR）電路來解決，該電路在復位發(fā)生后100毫秒內保持上電序列期間微處理器處于復位狀態(tài)。DS1232將保持微控制器復位引腳的激活時間最短為250ms （典型值為610 ms）。此外，它可以提供高電平有效或低電平有效復位，使其與任何微處理器兼容。

按鈕復位電路對瞬時開關進行去抖動，并提供穩(wěn)定的復位脈沖

微處理器電路中的另一個常見問題是，不太完美的復位信號會導致微處理器多次復位，可能在復位最終穩(wěn)定之前多次執(zhí)行初始化例程的某些片段。在某些電路中，這是微不足道的。但是，在其他電路中，這可能會導致重大系統(tǒng)問題。DS1232具有內部電路，可對按鈕進行去抖動，為系統(tǒng)提供干凈的復位信號。這樣就無需將單獨的上電復位電路和按鈕電路分別連接到復位引腳。此外，DS1232將復位引腳保持在低電平至少250 ms，以保證微處理器每次都能正確接收手動復位。

DS1232提供電源故障監(jiān)測

掉電和電源故障是大多數(shù)微處理器系統(tǒng)的現(xiàn)實。由于無法避免偶爾的電源循環(huán)，因此穩(wěn)健的微處理器解決方案必須考慮各種電源故障模式。DS1232監(jiān)視微處理器的電源，如果出現(xiàn)掉電或電源完全失效，則強制微處理器進入復位狀態(tài)。這保證了系統(tǒng)不會嘗試在不規(guī)則的電源電壓條件下工作，并且可以防止微處理器在真正應該等待電源電壓恢復到有效狀態(tài)時執(zhí)行代碼。

內部看門狗定時器可以復位微處理器，但外部看門狗會復位

看門狗定時器用于確保如果微處理器上運行的代碼進入意外狀態(tài)，則處理器將在經(jīng)過一些最短的時間后復位。許多微處理器都有一個內部看門狗定時器，無需外部組件即可處理此功能。但是，內部看門狗定時器可以通過在微處理器上執(zhí)行的偽隨機代碼來禁用。DS1232上的外部看門狗定時器不能被禁用。這讓您高枕無憂，因為您知道如果微型顯示器沒有頻閃，那么微控制器將被重置。DS1232的另一個優(yōu)點是，選通周期可以改變?yōu)槿N不同值之一。因此，該器件可與更快和更慢的微處理器配合使用，因為您可以將看門狗定時器編程為適合任何微控制器的速率。外部看門狗定時器的另一個優(yōu)點是，選通信號位于I/O引腳上，因此對外部世界可見。這樣可以更輕松地調試與看門狗相關的問題。

將DS1232與微控制器配合使用所需的硬件

DS1232的最大優(yōu)點是上述所有功能都在單個封裝中實現(xiàn)。此功能不需要復雜的芯片組。下圖示出了DS1232如何與達拉斯半導體DS87C520微控制器配合使用。由于大多數(shù)系統(tǒng)都集成了按鈕復位功能，因此只需增加DS1232、用于低電平有效輸出的上拉電阻和去耦電容，以降低電源噪聲導致復位的可能性。此處添加上拉電阻，因為它用于生成以下頁面所示的示波器圖。DS1232C87不需要DS520的/RST輸出。圖中的 LED 用于在 ISR（中斷服務請求）提供服務時發(fā)出信號。

圖1.使用DS8051作為復位控制器的1232兼容電路。

DS1232與微控制器配合使用

硬件配置完成后，DS1232開始控制上電、按鈕復位、電源故障復位和看門狗定時器復位的復位信號。高電平有效（RST）和低電平有效（/RST）上電復位（POR）分別如圖2和圖3所示。高電平有效復位信號隨V上升抄送并在 250 毫秒到 1 秒之間保持高電平。低電平有效復位保持0V，直到延遲過去，然后由上拉電阻上拉至高電平。上拉電阻是必需的，因為/RST是集電極開路輸出。在下面的示例中，RST 和/RST 都需要大約 450 ms 才能變?yōu)榉腔顒訝顟B(tài)。

圖2.上電序列期間的典型RST信號：1） V抄送2） RST。

圖3.上電序列期間的典型/RST信號：1） V抄送2） /RST。

復位信號變?yōu)榉腔顒訝顟B(tài)后，微控制器必須在看門狗定時器過后將ST信號選通為低電平。DS1232的看門狗定時器不能被禁用，因此必須在復位信號變?yōu)榉腔顒訝顟B(tài)后n毫秒內禁用，否則微處理器將被復位。DS1232的看門狗超時值是可編程的，額定范圍較寬。但是，ST引腳的頻閃速度最好比最小看門狗超時規(guī)格快，因為它消除了快速看門狗導致系統(tǒng)錯誤復位的可能性?？撮T狗超時可通過根據(jù)表1調整TD引腳的值設置為三個值之一。

圖1顯示TD引腳接地，因此ST必須每62.5ms看到一個負邊沿，以保證微處理器不會復位。如果以 150 毫秒的典型速率進行選通，則有可能與一個 MicroMonitor 一起使用，但不能與另一個 MicroMonitor 一起使用。包含最小值、典型值和最大值會通知最終用戶看門狗的行為。對TD進行編程，使微處理器可以在ST引腳達到最小超時之前對其進行選通，并計劃在最大超時內復位微控制器。典型值不適用于任何特定的微型監(jiān)視器;它只是表明關鍵時間介于最小和最大超時值之間。因此，任何給定的微監(jiān)視器的典型值范圍可能介于最小和最大超時值之間。

圖4（下圖）顯示了用于相同硬件設置的選通信號。跟蹤 # 1 顯示 V抄送#2 顯示 ST。由于圖2和圖3所示的復位信號使用相同的硬件，因此復位在~460ms時被取消置位。選通信號的第一個負邊沿出現(xiàn)在496 ms或復位變?yōu)榉腔顒訝顟B(tài)后36 ms。這已經(jīng)足夠早了，可以保證除非微控制器進入意外狀態(tài)，否則看門狗不會重置系統(tǒng)。

圖4.執(zhí)行開始時的看門狗選閃信號（ST）：1）V抄送2） ST.

從圖5（下圖）可以看出，ST信號大約每20 ms接收一次負邊沿。有了更快的微處理器，沒有理由不比要求更頻繁地頻閃。此外，在此圖表中，很容易看出頻閃在施加電壓后496 ms開始出現(xiàn)。

圖5.顯示 ST 信號頻率的變焦：1）VCC 2） ST。

DS1232還可以對瞬時開關進行去抖動，無需額外的硬件，便于添加按鈕復位以覆蓋系統(tǒng)。按鈕如圖1所示，其引起的RST和/RST信號如圖6和圖7所示。注意，按鈕連接到DS1232時不會反彈，上電時復位保持的時間與復位時間大致相同（典型值為610 ms）。另請注意，按鈕不需要上拉電阻，因為DS1232內置上拉電阻。

圖6.按鈕導致復位而不反彈：1） /PBRST 2） RST。

圖7.按鈕導致復位而不反彈：1） /PBRST 2） /RST。

DS1232還包含一個電源故障監(jiān)測器。DS1232始終監(jiān)測VCC，如果電壓降至VCCTP（VCC跳變點）以下，微控制器復位。VCCTP 可以編程為低于 VCC 的 5% 或 10%，在 VCC 恢復并返回 VCCTP 以上后，MicroMonitor 將保持復位信號處于活動狀態(tài) 250 ms 至 1 秒。VCCTP 通過 TOL 引腳進行編程。如果TOL引腳接地，則選擇5%容差;如果它與VCC綁定，則選擇10%的容差。這允許設計人員選擇最適合其系統(tǒng)的公差，從而實現(xiàn)最大的設計靈活性。5% 容差強制復位在 4.50V 至 4.74V 之間，10% 容差強制復位引腳在 4.25V 至 4.49V 之間有效。

對于圖1所示的參考設計，選擇了5%的容差。查看圖 8 中的示波器圖，VCCTP對于這個特定的微型監(jiān)視器可以確定。圖中的X2與RST的邊緣對齊，交叉點Y2為4.6V。

圖8.當 VCC 低于 VCCTP 時，RST 引腳行為：1） VCC 2） RST。

下降時VCC的偏斜率為~500mv/10ms或~50V/s。DS1232數(shù)據(jù)資料要求4.75V至4.25V之間的下降時間大于或等于300 ms，最大壓擺率為1.667kV/s。如您所見，該電源系統(tǒng)很容易滿足這一點。

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圖9.電壓從 4.3V “掉電”恢復：1） V抄送2） RST。

8051微控制器軟件，用于DS1232微控制器芯片

附錄 A 中提供了設計用于與圖 1 中的硬件配合使用的軟件。該軟件可與DS1232微控制器和達拉斯半導體DS87C520 8051兼容微控制器配合使用。它提供了一個強大的電源和代碼監(jiān)控系統(tǒng)，具有冗余電源和代碼監(jiān)控功能。該軟件可以區(qū)分MicroMonitor何時復位控制器，以及微控制器的內部POR或看門狗定時器何時導致復位。

這段代碼是100%事件驅動的，因此主程序只是一個無限循環(huán)。該軟件利用Maxim的中斷優(yōu)先級方案，允許中斷硬件首先處理內部電源故障中斷（不可屏蔽），然后是內部看門狗中斷，最后是定時器0中斷，用于對DS1232上的外部看門狗進行選通。使用內部和外部電源和代碼監(jiān)控提供的冗余可確保這些關鍵功能無錯誤地執(zhí)行。

中斷例程交互，如下圖 10 所示。

圖 10.中斷交互/程序流程圖。

計時器 0 是優(yōu)先級最低的中斷。因此，它可以通過看門狗中斷（高優(yōu)先級）或電源故障中斷（最高優(yōu)先級）中斷。如果定時器0沒有中斷，它將每1232ms切換一次DS10的選通引腳（ST），每50次通過ISR（500ms）切換一次心跳LED。在執(zhí)行結束時，它將控制權返回給主程序。

如果定時器ISR（中斷服務例程）被看門狗和/或電源故障中斷中斷，則控制權將立即轉移到優(yōu)先級最高的掛起中斷。如果看門狗定時器過期，則看門狗功能（在圖中列出）將執(zhí)行完成，然后控制將轉移到電源故障中斷或返回定時器0中斷，具體取決于在執(zhí)行看門狗功能期間是否收到電源故障中斷。如果未收到電源故障中斷，則計時器 0 中斷將嘗試完成。如果定時器0 ISR沒有受到電源故障中斷的進一步干擾，它將完成并返回到主程序。如果定時器0被電源故障中斷中斷，它將允許電源故障中斷首先發(fā)生。

如果確實發(fā)生電源故障中斷，則控制權將轉移到該中斷，ISR將執(zhí)行，直到電壓電平為V。抄送返回高于DS87C520的早期電壓故障警告電平。由于此 ISR 具有最高優(yōu)先級，因此不能被看門狗中斷或計時器 0 中斷中斷。這意味著電源故障ISR必須同時對內部和外部看門狗進行選通，否則看門狗將在電壓驟降時復位器件。實際上，這種情況很可能不會發(fā)生，因為DS1232的容差比微控制器上的內部電壓監(jiān)測器更嚴格，因此DS1232會在微控制器的早期電壓故障警告水平達到之前復位微控制器。換一種說法，DS87C520的內部電壓監(jiān)測可能永遠不會被使用，而且是該系統(tǒng)的冗余功能。只有在DS1232發(fā)生故障時才會發(fā)生中斷。由于DS1232是可靠的器件，如果嘗試測試此條件，可能需要等待一段時間。

當電源故障中斷完成時，將處理下一個掛起的 ISR。因此，如果看門狗中斷發(fā)生在電源故障中斷的服務期間，則將首先對其進行服務。完成后，計時器 0 ISR 將嘗試完成。

每個中斷都閃通一個單獨的 LED，指示當前正在例行維護哪個 ISR。

如果特定應用程序不需要冗余，則可以刪除電源故障和看門狗 ISR。刪除它們還需要您在程序開始時更改矢量跳轉表。建議將 start 放在所有未使用的向量地址的位置。還需要刪除 MainInit 例程中初始化和啟用電源故障和監(jiān)視程序中斷的代碼。這將只剩下定時器0 ISR，重置檢測例程，空主程序以及串行端口的支持功能。任何 8051 應用的良好開端！

審核編輯：郭婷