單片機復(fù)位電路原理解析，單片機復(fù)位電路原理圖解

　　在上電或復(fù)位過程中，控制CPU的復(fù)位狀態(tài)：這段時間內(nèi)讓CPU保持復(fù)位狀態(tài)，而不是一上電或剛復(fù)位完畢就工作，防止CPU發(fā)出錯誤的指令、執(zhí)行錯誤操作，也可以提高電磁兼容性能。無論用戶使用哪種類型的單片機，總要涉及到單片機復(fù)位電路的設(shè)計。而單片機復(fù)位電路設(shè)計的好壞，直接影響到整個系統(tǒng)工作的可靠性。許多用戶在設(shè)計完單片機系統(tǒng)，并在實驗室調(diào)試成功后，在現(xiàn)場卻出現(xiàn)了“死機”、“程序走飛”等現(xiàn)象，這主要是單片機的復(fù)位電路設(shè)計不可靠引起的。

　　在書本上有介紹，51單片機要復(fù)位只需要在第9引腳接個高電平持續(xù)2us就可以實現(xiàn)，那這個過程是如何實現(xiàn)的呢？在單片機系統(tǒng)中，系統(tǒng)上電啟動的時候復(fù)位一次，當(dāng)按鍵按下的時候系統(tǒng)再次復(fù)位，如果釋放后再按下，系統(tǒng)還會復(fù)位。所以可以通過按鍵的斷開和閉合在運行的系統(tǒng)中控制其復(fù)位。

　　單片機在啟動時都需要復(fù)位，以使CPU及系統(tǒng)各部件處于確定的初始狀態(tài)，并從初態(tài)開始工作。89系列單片機的復(fù)位信號是從RST引腳輸入到芯片內(nèi)的施密特觸發(fā)器中的。當(dāng)系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時，且振蕩器穩(wěn)定后，如果RST引腳上有一個高電平并維持2個機器周期（24個振蕩周期）以上，則CPU就可以響應(yīng)并將系統(tǒng)復(fù)位。

　　復(fù)位電路工作原理：

　　在電路圖中，電容的的大小是10uf，電阻的大小是10k。所以根據(jù)公式，可以算出電容充電到電源電壓的0.7倍（單片機的電源是5V，所以充電到0.7倍即為3.5V），需要的時間是10K*10UF=0.1S。也就是說在電腦啟動的0.1S內(nèi)，電容兩端的電壓時在0~3.5V增加。這個時候10K電阻兩端的電壓為從5~1.5V減少（串聯(lián)電路各處電壓之和為總電壓）。所以在0.1S內(nèi)，RST引腳所接收到的電壓是5V~1.5V。在5V正常工作的51單片機中小于1.5V的電壓信號為低電平信號，而大于1.5V的電壓信號為高電平信號。所以在開機0.1S內(nèi)，單片機系統(tǒng)自動復(fù)位（RST引腳接收到的高電平信號時間為0.1S左右）。

　　在單片機啟動0.1S后，電容C兩端的電壓持續(xù)充電為5V，這是時候10K電阻兩端的電壓接近于0V，RST處于低電平所以系統(tǒng)正常工作。當(dāng)按鍵按下的時候，開關(guān)導(dǎo)通，這個時候電容兩端形成了一個回路，電容被短路，所以在按鍵按下的這個過程中，電容開始釋放之前充的電量。隨著時間的推移，電容的電壓在0.1S內(nèi)，從5V釋放到變?yōu)榱?.5V，甚至更小。根據(jù)串聯(lián)電路電壓為各處之和，這個時候10K電阻兩端的電壓為3.5V，甚至更大，所以RST引腳又接收到高電平。單片機系統(tǒng)自動復(fù)位。

　　總結(jié)：

　　1、復(fù)位電路的原理是單片機RST引腳接收到2US以上的電平信號，只要保證電容的充放電時間大于2US，即可實現(xiàn)復(fù)位，所以電路中的電容值是可以改變的。

　　2、按鍵按下系統(tǒng)復(fù)位，是電容處于一個短路電路中，釋放了所有的電能，電阻兩端的電壓增加引起的。

　　基本復(fù)位方式：

　　單片機在啟動時都需要復(fù)位，以使CPU及系統(tǒng)各部件處于確定的初始狀態(tài)，并從初態(tài)開始工作。89系列單片機的復(fù)位信號是從RST引腳輸入到芯片內(nèi)的施密特觸發(fā)器中的。當(dāng)系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時，且振蕩器穩(wěn)定后，如果RST引腳上有一個高電平并維持2個機器周期（24個振蕩周期）以上，則CPU就可以響應(yīng)并將系統(tǒng)復(fù)位。單片機系統(tǒng)的復(fù)位方式有：手動按鈕復(fù)位和上電復(fù)位

　　1、手動按鈕復(fù)位

　　手動按鈕復(fù)位需要人為在復(fù)位輸入端RST上加入高電平（圖1）。一般采用的辦法是在RST端和正電源Vcc之間接一個按鈕。當(dāng)人為按下按鈕時，則Vcc的+5V電平就會直接加到RST端。手動按鈕復(fù)位的電路如所示。由于人的動作再快也會使按鈕保持接通達(dá)數(shù)十毫秒，所以，完全能夠滿足復(fù)位的時間要求。

　　2、上電復(fù)位

　　AT89C51的上電復(fù)位電路如圖2所示，只要在RST復(fù)位輸入引腳上接一電容至Vcc端，下接一個電阻到地即可。對于CMOS型單片機，由于在RST端內(nèi)部有一個下拉電阻，故可將外部電阻去掉，而將外接電容減至1μF。上電復(fù)位的工作過程是在加電時，復(fù)位電路通過電 容加給RST端一個短暫的高電平信號，此高電平信號隨著Vcc對電容的充電過程而逐漸回落，即RST端的高電平持續(xù)時間取決于電容的充電時間。為了保證系統(tǒng)能夠可靠地復(fù)位，RST端的高電平信號必須維持足夠長的時間。上電時，Vcc的上升時間約為10ms，而振蕩器的起振時間取決于振蕩頻率，如晶振頻率為10MHz，起振時間為1ms；晶振頻率為1MHz，起振時間則為10ms。在圖2的復(fù)位電路中，當(dāng)Vcc掉電時，必然會使RST端電壓迅速下降到0V以下，但是，由于內(nèi)部電路的限制作用，這個負(fù)電壓將不會對器件產(chǎn)生損害。另外，在復(fù)位期間，端口引腳處于隨機狀態(tài)，復(fù)位后，系統(tǒng)將端口置為全“l(fā)”態(tài)。如果系統(tǒng)在上電時得不到有效的復(fù)位，則程序計數(shù)器PC將得不到一個合適的初值，因此，CPU可能會從一個未被定義的位置開始執(zhí)行程序。

　　積分型上電復(fù)位

　　常用的上電或開關(guān)復(fù)位電路如圖3所示。上電后，由于電容C3的充電和反相門的作用，使RST持續(xù)一段時間的高電平。當(dāng)單片機已在運行當(dāng)中時，按下復(fù)位鍵K后松開，也能使RST為一段時間的高電平，從而實現(xiàn)上電或開關(guān)復(fù)位的操作。

　　根據(jù)實際操作的經(jīng)驗，下面給出這種復(fù)位電路的電容、電阻參考值。

　　圖3中：C：＝1uF，Rl＝lk，R2＝10k

　　專用芯片復(fù)位電路：

　　上電復(fù)位電路 在控制系統(tǒng)中的作用是啟動單片機開始工作。但在電源上電以及在正常工作時電壓異?；蚋蓴_時，電源會有一些不穩(wěn)定的因素，為單片機工作的穩(wěn)定性可能帶來嚴(yán)重的影響。因此，在電源上電時延時輸出給芯片輸出一復(fù)位信號。上復(fù)位電路另一個作用是，監(jiān)視正常工作時電源電壓。若電源有異常則會進(jìn)行強制復(fù)位。復(fù)位輸出腳輸出低電平需要持續(xù)三個（12/fc s）或者更多的指令周期，復(fù)位程序開始初始化芯片內(nèi)部的初始狀態(tài)。等待接受輸入信號（若如遙控器的信號等）。

　　上電復(fù)位電路原理分析

　　5V電源通過MC34064的2腳輸入，1腳便可輸出一個上升沿，觸發(fā)芯片的復(fù)位腳。電解電容C13是調(diào)節(jié)復(fù)位延時時間的。當(dāng)電源關(guān)斷時，電解電容C13上的殘留電荷通過D13和MC34064內(nèi)部電路構(gòu)成回路，釋放掉電荷。以備下次復(fù)位啟用。

　　上電復(fù)位電路的關(guān)鍵性器件

　　關(guān)鍵性器件有：MC34064 。

　　上電復(fù)位電路關(guān)鍵點電氣參數(shù)

　　MC34064的輸出腳1腳的輸出（穩(wěn)定之后的輸出）如下圖所示：

　　三極管欠壓復(fù)位電路

　　欠壓復(fù)位電路工作原理（圖6）w 接通電源，＋5V電壓從“0V”開始上升，在升至3.6V之前，穩(wěn)壓二極管DH03都處于截止?fàn)顟B(tài)，QH01（PNP管）也處于截止?fàn)顟B(tài)，無復(fù)位電壓輸出。w 當(dāng)＋5V電源電壓高于3.6V以后，穩(wěn)壓二極管DH03反向擊穿，將其兩端電壓“箝位”于3.6V。當(dāng)＋5V電源電壓高于4.3V以后，QH01開始導(dǎo)通，復(fù)位電壓開始形成，當(dāng)＋5V電源電壓接近＋5V時，QH01已經(jīng)飽和導(dǎo)通，復(fù)位電壓達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。

　　看門狗型復(fù)位電路

　　看門狗型復(fù)位電路主要利用CPU正常工作時，定時復(fù)位計數(shù)器，使得計數(shù)器的值不超過某一值;當(dāng)CPU不能正常工作時，由于計數(shù)器不能被復(fù)位，因此其計數(shù)會超過某一值，從而產(chǎn)生復(fù)位脈沖，使得CPU恢復(fù)正常工作狀態(tài)。典型應(yīng)用的Watchdog復(fù)位電路如圖7所示。此復(fù)位電路的可靠性主要取決于軟件設(shè)計，即將定時向復(fù)位電路發(fā)出脈沖的程序放在何處。一般設(shè)計，將此段程序放在定時器中斷服務(wù)子程序中。然而，有時這種設(shè)計仍然會引起程序走飛或工作不正常。原因主要是：當(dāng)程序“走飛”發(fā)生時定時器初始化以及開中斷之后的話，這種“走飛”情況就有可能不能由Watchdog復(fù)位電路校正回來。因為定時器中斷一真在產(chǎn)生，即使程序不正常，Watchdog也能被正常復(fù)位。為此提出定時器加預(yù)設(shè)的設(shè)計方法。即在初始化時壓入堆棧一個地址，在此地址內(nèi)執(zhí)行的是一條關(guān)中斷和一條死循環(huán)語句。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(dāng)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，定時器停止工作并且關(guān)閉中斷，從而使Watchdog復(fù)位電路會產(chǎn)生一個復(fù)位脈沖將CPU復(fù)位。當(dāng)然這種技術(shù)用于實時性較強的控制或處理軟件中有一定的困難。

　　比較器型復(fù)位電路

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