原创 嵌入式单片机复位电路设计

随着人类对现代文明的需求和超大规模集成电路技术的发展，嵌入式单片机的应用几乎无处不在，单片机的主频也越来越高，伴随而来的就是电磁兼容问题也越来越应该值得重视。一个由嵌入式单片机构成的系统，能不能可靠地工作，能不能达到电磁兼容的标准，与其制造工艺、印刷线路板的设计和布线有很大关系，设计者还应该在硬件和软件上与这些措施配合好。以最大限度地提高系统的抗干扰能力，使系统稳定运行。提高单片机自身的抗干扰措施，包括：降低外时钟的频率、时钟监控电路、“看门狗”电路、电源电压监控和软件处理等方法。复位电路的实现通常有两种方式，即专用监控电路和RC复位电路。<?xml:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" />

 RC复位电路

       RC复位电路的基本功能是系统上电时提供复位信号，直至系统电源稳定后，撤销复位信号。为可靠起见，电源稳定后还要经过一定的延时才撤销复位信号，以防电源开关或电源插头分合过程中引起的抖动而影响复位信号。图1所示的RC复位电路的实质是一阶充放电电路，现结合图1所示说明这种复位电路的特点。系统上电时，该电路提供有效的复位信号RST（高电平）直至系统电源稳定后撤销复位信号（低电平）。从理论上说，51系列单片机复位引脚只要外加两个机器周期的有效信号即可复位，即只要保证t=RC><?xml:namespace prefix = st1 ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:smarttags" />2M（机器周期）便可。但在实际设计中，通常C2取值为10uF以上，R1通常取值10K欧左右。实践发现，R1如果取值太小，则会导致RST信号驱动能力变差而无法使系统可靠复位。图3为其输入-输出特性，但解决不了电源毛刺（A点）和电源缓慢下降（电压不足）等问题。而且调整RC常数改变延时会令驱动能力变差。左边的电路为高电平复位有效，右边为低电平复位有效，SW为手动复位有效，电容C1可避免高频谐波对电路的干扰。

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图1 RC复位电路

图2所示的复位电路增加了续流二极管D1，对于改善复位性能起到了重要作用。当电源电压瞬间下降时使电容迅速放电, 因此一定宽度的电源毛刺（如波形中A点）也可令系统可靠复位。图3所示复位电路输人输出特性图的下半部分是其特性。

图2 增加RC放电回路的复位电路

图3 RC复位电路输入—输出特性

使用比较电路，不但可以解决电源毛刺造成系统不稳定，而且电源缓慢下降也可能可靠复位。如图4，当VCC×(R1/(R1+R2))=0.7V时，Q1截止使系统复位。Q1的放大作用也能改善电路的负载特性。但跳变门槛电压Vt受VCC影响是该电路的突出缺点。使用稳压二极管可使Vt基本不受VCC影响，见图5当VCC低于Vt(Vz+0.7V)时，电路令系统复位。

图4 带电压监控功能复位电路

图5 稳定门槛电压

图6 实用的复位监控电路

在此基础上，增加延时电容和放电二极管D2构成性能优良的复位电路，如图6所示改变电容可C1调整延时时间，改变电阻R1可调整负载特性。如图7所示上半部分是图5电路的特性，下半部分对应图6。

图7 带电压监控功能的复位电路的输入—输出特性

二、专用监控电路

又称为电源监视电路，具有上电时可靠产生复位信号和电源电压跌落到“门槛值”时可靠产生复位信号等功能。按有效电平分，有高电平输出、低电平输出两种按功能分，有简单的电源监视复位电路、带“看门狗”定时器（WATCH DOG Timer，WDT）的监控电路和WDT+E2PROM的监控电路等多种类型。比较常见的生产厂家有MAXIN，PHILIPS，IMP及DALLS等,51系列微处理器中常用的型号有MAX813L，MAX809，MAX810，X25043/5等。

监控电路必须具备如下功能：①上电复位保障上电时能正确地启动系统；②掉电复位当电源失效或电压降到某一电压值以下时，复位系统。

如PHILIPS半导体公司生产的MAX809，MAX810此类产品体积小功耗低，而且可选门槛电压。可保障系统在不同的异常条件下可靠地复位，防止系统失控。图8中的SW实现手动复位，无需该功能时可把Reset端（或/Reset端）直接与单片机的复位端相连最大限度地简化外围电路。

图8 集成复位监控电路

也可选择PHILIPS半导体公司带手动复位功能的产品MAX708。MAX708还可以监视第二个电源信号, 为处理器提供电压跌落的预警功能，利用此功能，系统可在电源跌落时到复位前执行某些安全操作。保存参数，发送警报信号或切换后备电池等。使用该电路必须选择适当的预警电压点，以保证靠电源的储能供电情况下，VCC电压从预警电压跌到复位电压的维持时间（tr）必须足够长，EPROM的写周期约为10­—20ms，一般取tr>200ms就可以确保数据数据稳定写入。预警电压整方法：当VDC等于预警电压时调整R1和R2使PF工的电压为1.25V，此时可检测来确认内部的电压比较器是否动作。调整时必须注意此比较器是窗口比较器。

三、多功能电源监控电路

除上电复位和掉电复位外，很多监控电路集成了系统所需的功能，如①电源测控。供电电压出现异常时提供预警指示或中断请求信号，方便系统实现异常处理。②数据保护。当电源或系统工作异常时，对数据进行必要的保护，如写保护、数据备份或切换后备电池。③看门狗定时器。当系统程序跑飞或死锁时，复位系统。④其它的功能。如温度测控、短路测试等。

我们把其称作多功能电源监控电路。下面介绍款特别适合在工控、安防、金融行业中广泛应用多功能的监控电路。

Catalyst公司的CAT161是一个集成了看门狗，电压监控和复位电路的16位平E2PROM（I2C接口）不但集成度高功耗低（E2PROM部分静态时真正实现零功耗），而且看门狗是通过改变SDA的电平实现的，节省系统I/O资源，其门槛电压可通过编程器修改，该修改范围覆盖绝大多数应用。当电源下降到门槛电压以下时，硬件禁止访问E2PROM，确保数据安全。

使用时注意的是引脚是脚，CAT161检测到两引脚中任何一个电压异常都会产生复位信号。与RST引脚相连的下拉电阻R2和上拉电阻R1必须同时连接，否则CAT161将不断产生复位。同样不需要手动复位功能时可节省SW元件。

图9 内置WDT E2PROM的监控器件接口电路

四、总结

从以上几种复位电路分析来看，前者RC复位电路实现简单，成本低，但复位可靠性相对较低后者。专用监控电路成本较高，但复位可靠性高，尤其是高可靠重复复位。对于复位要求高、并对电源电压进行监视的场合，大多采用这种方式。