DIY编程器网

标题: 一种高可靠性的复位电路 [打印本页]

作者: admin 时间: 2014-10-12 15:05
标题: 一种高可靠性的复位电路
为确保微机系统中电路稳定可靠工作，复位电路是必不可少的一部分。复位电路的第一功能是上电复位。一般微机电路正常工作需要供电电源为5V±5%，即4.75~5.25V。由于微机电路是时序数字电路，它需要稳定的时钟信号，因此在电源上电时，只有当VCC超过4.75V低于5.25V以及晶体振荡器稳定工作时，复位信号才被撤除，微机电路开始正常工作。
　　微机电路在工作中受到干扰后，容易出现CPU程序“跑飞”而盲目运行甚至出现死机现象。此时复位信号有效，使微机系统重新恢复正常运行。这种监视CPU运行的电路称为WATCHDOG电路。
1 几种常见的复位电路
　　下面给出一些资料中介绍的复位电路。图1为一微分电路，当电源VCC上电时，因电容C两端电压不能突变，所以RES OUT在上电时会有一段时间为高电平，复位有效。持续一段时间后，复位撤除，微机开始工作。该电路的唯一优点是电路简单。但它有很多缺点：(1)当VCC电压不足4.75V时，RES OUT也可能已撤除，因为它没有VCC检测电路。(2)因是微分电路，容易引入高频干扰。(3)当CPU出现死机时，该电路不能引起复位，不具备WATCHDOG的功能。

　　图2是图1的改进型，使用时R11<12，C11>>C12。它克服了图1电路中的缺点(2)，但是仍然有缺点(1)和(3)。　

图3是一种可靠的复位电路，由四部分组成：

　　(1)或非门U1、U2与R1、R2、C3构成高低电平相间的矩形波振荡电路。当U3的输出端Q=H时，复位信号无效，当Q=L时，复位信号有效。复位信号有两个，是为了适应不同的CPU及接口芯片。
　　(2)VCC检测电路。U4与R3、R4、R5、Z1等构成VCC检测电路，只要VCC<4.75V，那么比较器同相端电压V2<2.5V，输出V7=L，U3的CLR=L，则Q=L，U5的输出由U5的13脚决定，因该脚是矩形波信号，故经取非后输出也是矩形波信号，此时复位信号有效。
　　(3)R8、C1构成延时电路。当VCC>4.75V时，在最初一段时间内，因C1电压不突变，故U3的CLR=L，复位信号有效。这段时间是为了保证微机系统的晶振稳定振荡后才允许CPU工作。
　　(4)U3、R9、C2与PULSE IN 构成CPU运行监视单元，即WATCHDOG电路。U3是一单稳态触发电路芯片，在电源正常后，引脚2、3为高电平，引脚1为输入信号PULSE IN。该信号由CPU提供，只要在时间T(T由R9、C2决定)内有负脉冲出现，则U3输出Q端一直为高电平。此时或非门U5的输出端一直为低电平，复位信号无效。若在时间T内没有负脉冲出现，则U3输出Q端为低电平，U5的输出由其引脚13决定，复位有效。在电源正常后CPU开始运行，程序中具有这样的功能：在时间T内使PULSE IN产生一个负脉冲，只要程序正常运行，就不会产生复位。一旦当CPU运行脱离正常流程，则没有负脉冲产生。在超过时间T后Q端变为低电平，复位信号有效，使CPU重新接预定程序运行。此电路虽然工作可靠，但电路比较复杂。
2 基于MAX706的单片UP监控电路
　　随着新器件的出现，电路的简化成为可能，而且性能稳定、功能齐全。目前，微机控制系统中越来越广泛地应用单片UP监控电路。如MAXIM公司的MAX706芯片，使用起来就很方便。
　　MAX706简化了图3的设计，减少了器件个数，所构成的电路性能更可靠。MAX706提供如下四种功能：
　　(1)上电、掉电以及降压情况下的复位输出。
　　(2)独立的看门狗输出。如果在1.6s内看门狗输入端未被触发，看门狗输出将变为低电平。
　　(3)1.25V门限检测器，用于电源故障报警、低电池检测或+5V以外的电源的监控。
　　(4)低电平有效的人工复位输出。
　　MAX706在电源电压低于4.40V的情况下产生复位脉冲，此器件有8脚的DIP和SO两种封装形式，管脚如图4。

　　图5是一种以MAX706为核心的复位电路。这个复位电路具有上电掉电及降压复位功能和看门狗功能。

　　上电掉电复位功能由芯片本身提供，而看门狗功能则由该电路保证。在程序执行中，保证在1.6s内PX.X发出一负脉冲，在正常运行时，RESET信号不会有效。如果程序跑飞盲目运行，那么1.6s内没有负脉冲，RESET信号有效。
3 一种高可靠的复位电路
　　以MAX706为核心的复位电路在实际应用中具有很高的可靠性，目前得到了广泛的应用。但在一些特殊场合，如强干扰环境中，此电路不能可靠工作而需要改进，笔者在研制80kV绝缘油耐压测试仪中遇到此问题。在测试过程中，需要有一个可调的高压电压，该电压加在绝缘油杯两端，电压从零逐步上升，当油在任意时刻击穿时，当前电压值即为油的绝缘值。该耐压测试仪由图6所示的几个主要部分组成。

　　系统核心是AT89C51，高压产生电路的工作过程是由CPU控制的步进电机带动自耦变压器产生0～220V交流电压，然后交流电压经1：400变比的高压变压器产生0~88kV的高压。当绝缘油在任意时刻击穿时，高压切断。此时，由高压采集电路采集并记录当前击穿电压值。经LCD液晶屏显示结果。为确保系统稳定可靠的运行，我们起初使用了图5所示的复位电路。但在系统中存在3种情况的干扰源：
　　(1)电机启停干扰源。在电机启停时，由于电机线圈的感性负载所引起的空间干扰影响到MAX706正常运行，解决办法是在MAX706的VCC与GND之间及PFI与GND之间各加一滤波电容，有效滤除了因空间干扰而引起的VCC与PFI中的尖脉冲，这样可使MAX706可靠地工作。
　　(2)80kV静电干扰。解决办法是通过光电耦合器把高压部分与低压电路隔离，事实证明这种方法是有效的。
　　(3)大电流关断所引起的电磁干扰。由于高压变压器的变比为1：400，当绝缘油击穿时，高压切断，击穿电流大约10MA左右，则高压变压器的初级线圈电流大约4A。当初级供电电流切断时，由于大电流的突变而引起强电磁干扰。当高压切断时，实验中发现液晶显示器工作不正常。，由于系统总线与液晶屏总线相连，故液晶显示器不正常状态影响到整个系统，使CPU处于不正常状态，即使系统复位后，CPU仍然无法正常工作。只有在液晶屏掉电一段时间再上电后，液晶屏才能恢复正常的工作状态。所以当高压切断时，我们设计了液晶屏的断电保护电路，如图7所示。图中，U1为双路D触发器74HC74，U5为单片UP监控芯片MAX706，J1继电器控制高压的闭合与断开，J2继电器控制液晶显示器的掉电及上电。U1、U3、C3、U4等构成高压击穿复位电路，U5及外围电路构成系统复位电路。此复位电路实现了上电复位和击穿复位以及WATCHDOG功能。

　　启动时，P1.6为低电平，P1.4发出一负脉冲，则触发器CD端也出现一段负脉冲。此时Q=L，J1高压继电器闭合，高压接通。当高压击穿时，GYXH端为低电平，或者当电机正转到满位时，P1.6变为高电平，则触发器SD=L，Q=H，高压控制继电器切断，同时U4的输出产生一个高电平脉冲。高电平宽度由时间常数T=C3R2决定，在U4输出高电平期间，J2动作，其常闭接点断开，切断液晶屏供电电源。经时间T后，U4输出低电平，液晶屏供电正常。
　　由分析可知，图7复位电路提供了上电复位和WATCHDOG复位功能，同时在绝缘油击穿时实现了对液晶屏的保护。

　　经实际应用表明，该电路具有很高的可靠性，在强干扰环境中，能够保证微机电路可靠工作，同时实现了复位电路的各项功能。

欢迎光临 DIY编程器网 (http://diybcq.com/)