单片机复位电路的作用与基本复位方式:手动复位与看门狗复位电路分析

2017-08-18 70 0

复位电路用于使电路恢复到起始状态。在微机系统中,复位电路是保证电路稳定可靠工作的必要环节,其首要功能是上电复位。一般微机电路要求供电电源为 5 V±5%,即 4.75~5.25 V;由于微机电路属于时序数字电路,需要稳定的时钟信号,因此只有在电源电压进入正常范围且晶体振荡器稳定工作之后,复位信号才会撤除,系统才开始正常工作。

一、复位电路的作用

复位电路的作用是在上电或复位过程中控制 CPU 的复位状态:在这段时间内让 CPU 保持复位状态,而不是一上电或刚复位完毕就立即开始工作,从而避免 CPU 发出错误指令、执行错误操作,同时也有助于提高系统的电磁兼容性能。

无论使用哪种类型的单片机,都要涉及复位电路的设计,其设计质量直接影响整个系统工作的可靠性。许多系统在实验室调试成功后,在现场却出现“死机”“程序走飞”等现象,往往就是复位电路设计不可靠引起的。

二、复位信号的电平要求

单片机启动时都需要复位,以使 CPU 及系统各部件处于确定的初始状态并从初态开始工作。89 系列单片机的复位信号从 RST 引脚输入芯片内部的施密特触发器。当系统处于正常工作状态且振荡器稳定后,只要 RST 引脚上出现高电平并维持 2 个机器周期(24 个振荡周期)以上,CPU 即响应并将系统复位。单片机系统的复位方式主要有手动按钮复位和上电复位两种。

三、手动按钮复位电路

手动按钮复位需要人为在复位输入端 RST 上加入高电平(图 1),通常的做法是在 RST 端与正电源 VCC 之间接一只按钮:按下按钮时,VCC 的 +5 V 电平直接加到 RST 端。由于人的动作再快也会使按钮保持接通达数十毫秒,因此完全能够满足复位的时间要求。需要注意的是,RST 端与地之间还应保留一只下拉电阻,使按钮松开后 RST 端能够可靠回到低电平,避免引脚悬空引入干扰。

单片机复位电路的作用与基本复位方式:手动复位与看门狗复位电路分析

图 1 手动按钮复位电路

四、看门狗型复位电路

看门狗(Watchdog)复位电路的基本思路是:CPU 正常工作时定时复位计数器,使计数器的值不超过某一阈值;一旦 CPU 不能正常工作,计数器因得不到复位而溢出,从而产生复位脉冲,使 CPU 恢复正常工作状态。典型应用电路如图 2 所示。

单片机复位电路的作用与基本复位方式:手动复位与看门狗复位电路分析

图 2 看门狗型复位电路

这种复位电路的可靠性主要取决于软件设计,即把定时向复位电路发出脉冲的程序放在什么位置。通常的做法是把该段程序放在定时器中断服务子程序中,但有时仍会出现程序走飞或工作不正常的情况。原因在于:如果程序在定时器初始化和开中断之后发生“走飞”,定时器中断仍在不断产生,看门狗依然能被正常复位,这种情况就无法由看门狗纠正。

为此可采用定时器加预设(陷阱)的设计方法:在初始化时压入堆栈一个地址,该地址内执行的是一条关中断指令和一条死循环指令;同时把所有未被程序代码占用的地址尽可能用子程序返回指令 RET 填充。这样程序走飞后落入陷阱的可能性大大增加,而一旦进入陷阱,定时器停止工作并被关闭中断,看门狗即可产生复位脉冲把 CPU 复位。需要指出的是,这种技术用于实时性要求较高的控制或处理软件时会有一定困难。

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