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1、单片机复位电路示例一、概述影响单片机系统运行稳定性的因素可大体分为外因和内因两部分：1、外因射频干扰，它是以空间电磁场的形式传递在机器内部的导体（引线或零件引脚）感生出相应的干扰，可通过电磁屏蔽和合理的布线/器件布局衰减该类干扰；电源线或电源内部产生的干扰，它是通过电源线或电源内的部件耦合或直接传导，可通过电源滤波、隔离等措施来衰减该类干扰。2、内因振荡源的稳定性，主要由起振时间频率稳定度和占空比稳定度决定起振时间可由电路参数整定稳定度受振荡器类型温度和电压等参数影响复位电路的可靠性。二、复位电路的可靠性设计1、基本复位电路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
2、复位信号。为可靠起见，电源稳定后还要经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。图1所示的Re复位电路可以实现上述基本功能，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（电池电压不足）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Sm为手动复位开关Ch可避免高频谐波对电路的干扰图2所示的复位电路增加了二极管，在电源电压瞬间下降时使电容迅速放电，一定宽度的电源毛刺也可令系统可靠复位。图3所示复位电路输入输出特性图的下半部分是其特性，可与上半部比较增加放电回路的效果。使用比较电路，不但可以解决电源毛
3、刺造成系统不稳定，而且电源缓慢下降也能可靠复位。图4是一个实例当VCCX（Rl/（Rl+R2）=0.7V时，Ql截止使系统复位。Ql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。在此基础上,增加延时电容和放电二极管构成性能优良的复位电路,如图6所示。调节Cl可调整延时时间,调节Rl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6o2、电源监控电路上述的带电压监控的复位电路又叫电源监控电路监控电路必须具备如下功能：上电复位，保障上电时能正
4、确地启动系统；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；市面上有类似的集成产品，如PHILIPS半导体公司生产的MAX809、MAX810o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Rm和Sm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RST端（或/RST端）相连最大限度地简化外围电路也可选择PHILIPS半导体公司带手动复位功能的产品MAX708o此外，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
5、,发送警报信号或切换后备电池等。图9电表的应用实例利用MAX708电表可在电源毛刺或停电前把当前电度数保存到E2PROM中再配合保存多个电度数备份算法，可有效解决令工程师头疼E2PROM中的电度数掉失问题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（tB）必须足够长E2PR0M的写周期约为10-20ms一般取tB200ms就可确保数据稳定写入。预警电压调整方法当VDC等于预警电压时调整Rl和R2使PFI的电压为1.25V止匕时可检测/PFO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。图10是该应用的程序流程
6、图3 .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：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；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；看门狗定时器，当系统程序“跑飞”或“死锁”时，复位系统；其它的功能，如温度测控、短路测试等等。我们把其称作多功能电源监控电路。下面介绍两款特别适合在工控、安防，金融行业中广泛应用多功能的监控电路：Catalyst公司的CATl161是一个集成了开门狗、电压监控和复位电路的16K位E2PR0M（12C接口）不但集成度高、功耗低（E2PR0M部分
7、静态时真正实现零功耗）而且清看门狗是通过改变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RST,/RST引脚是I/O脚，CAT1161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/RST引脚相连的下拉电阻R2和上拉电阻RI必须同时连接，否则CATlI61将不断产生复位！同样不需要手动复位功能时可节省Rm和Sm两个元件。PHILIPS公司的SA56600-42被设计用在电源电压降低或断电时作保护微电脑系统中SRAM的数据。当电源电压下降到通常值4.2V时，
8、输出CS变为逻辑低电平，把CE也拉低，从而禁止对SRAM的操作。同时，产生一个低电平有效的复位信号，供系统使用，如果电源电压继续下降，到达通常值3.3V或更低时，SA56600-42切换系统操作，从主电源供电切换到后备锂电池供电，当主电源恢复正常（电压上升至3.3V或更高时）将SRAM的供电电源将由后备锂电池切换回主电源，当主电源上升至大于典型值4.2V时输出CS变为逻辑高电平，使CE变为高电平，使能SRAM的操作，复位信号一直持续到系统恢复正常操作为止。在系统电源电压不足或突然断电的时候，这个器件能可靠地保护系统在SRAM内的数据。4 .ARM单片机的复位电路设计无论在移动电话高端手持仪器还
9、是嵌入式系统，32位单片机ARM占据越来越多的份额，ARM已成为事实的高端产品工业标准。由于ARM高速、低功耗、低工作电压导致其噪声容限低这是对数字电路极限的挑战,对电源的纹波、瞬态响应性能、时钟源的稳定度、电源监控可靠性等诸多方面也提出了更高的要求。ARM监控技术是复杂并且非常重要的。分立元件实现的监控电路，受温度、湿度、压力等外界的影响大而且对不同元件影响不一致较大板面积，过多过长的引脚容易引入射频干扰，功耗大也是很多应用难以接受，而集成电路能很好的解决此类问题。目前也有不少微处理器中集成监控电路，处于制造成本和工艺技术原因，此类监控电路大多数是用低电压CMOS工艺实现的，比起用高电压、高
10、线性度的双极工艺制造的专用监控电路性能还有一段差距。结论是：使用ARM而不用专用监控电路，可能导致得不偿失，经验也告诉我们使用专用监控电路可以避免很多离奇古怪的问题。ARM的应用工程师，切记少走弯路！图13是实用可靠的ARM复位电路。ARM内核的工作电压较低。Rl可保证电压低于MAX708的工作电源还能可靠复位。其中TRST信号是给JTAG接口用的。使用HC125可实现多种复位源对ARM复位，如通过PC机串口或JTAG接口复位ARM。基于单片机的数字式热敏电阻温度计设计关键词温度串行口线I/O口线DS18B20数字温度传感器AT89C51单片机1研究背景及意义在高新技术的推动下，我们正跨入真正
11、的数字化、智能化、网络化的时代。温度不仅是一个重要的物理量，还是在进行工业生产的时候所需要的重要工艺参数之一。所以，对温度的测量技术与温度测量仪器是一个很有必要进行探究的课题。随着时代的进步和发展，单片机技术已经伸入到各个领域，而单片机的数字温度计与传统的水银温度计相比，不仅读数方便，测量温度的范围也比较广泛，会用数字来表示测量的温度。1.1 温度计的发展史随着我国科技的进步和现代工业技术的需求，温度测量技术也随着时代的发展而不断地改进。随着测量温度的范围越来越广，我们根据社会对于不同测温的需求，制造出了在不同情况下可以进行测温的专业仪器。气体型的温度计大多是以氢气或是氢气作为能够测量温度的物
12、质，在一般情况下，这两种气体在液化之后的温度与绝对零度是非常接近的，所以这种气体型的测温范围很广泛。但是，这种温度计的精准性要求很高，所以大多数都用于精密测量上。具有温差性的电偶温度计是一种在工业中经常用到的测量温度仪器。它的原理主要就是利用温差电的原理制作而成的，通过将两种不同性质的金属丝进行焊接，将其作为温度计的工作端，而金属丝的另外两端和温度计测量温度的仪器进行连接，从而形成了温度计运作的电路。在点偶温度计工作的时候，可以将金属丝工作的一端放在测量温度的地方，当两端的温度有所不同时，就能够形成电流的电动势，此时会有一定的电流经过由金属丝连接的电路。而这种形成温差的电偶温度计大多是通过两种
13、温差大的物质进行温度测量，像“铜-康铜、铁-康铜”，一个用于高温的测量，一个用作低温测量。DS18B20是一种无需经过其他变化电路，直接输出被测温度数字量的温度传感器，它采用单总线专用技术，可通过串行口线或其他I/O口线与计算机接口相连，支持多器件l展，使用相当方便。测温范围为550+1250C,其分辨率为0.50,最高可达0.006250oC。1.2 电路设计本设计主要是在温度检测部分利用了一款新型的温度检测芯片DS18B20,这个芯片大大简化了温度检测模块的设计，它无需A/D转换，可直接将测得的温度值以二进制形式输出。2数字温度传感器DS18B20的外观及内部结构2.1S18B20的外观D
14、S18B20采用3脚TO-92封装，外形如同普通的半导体三极管，除此之外，DS18B20也有8脚的SOlC封装及6脚的TSOC封装等形式。2.2DS18B20的内部结构S18B20与DS1820这两种数字温度传感器在测量温度时的工作原理和读写的顺序是一样的，只不过就是最后得到的温度值位数会因为传感器的分辨率而变得不同。在温度转换的过程中，DS1820的延时时间一般都是从2s减到750msl一般情况来讲，低温度系数晶振的振动频率很少会受到温度的影响而变化，主要的原理是将频率稳定的脉冲信号传送到计数器Io而高温度系数晶振则与其相反,会随着振动频率的改变而改变,将产生的频率转换成计数器2的脉冲输入。
15、计数器1会对低温度系数晶振产生脉冲信号的数值相减，当计数器1的初始值相减到O的时候，寄存温度器上面的数值就会加1。当计数器1重新工作，对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行再一次计算的时候，会重复上一个过程直到计数器的数值重新回到0,寄存温度器的累加也会随之停止2。这个时候的寄存温度器中的数值还是停留在所测的温度数值。斜率累加器大多是在进行补偿和修正测温过程非线性的过程中进行应用，其输出的数值会用作修正计数器在测温过程中的初始值。而光刻ROM上的序列号一共有64位，这已经是在出厂之前就被光刻好的了，且光刻ROM的序列号可以当做是DS18B20的专属序列号。它的排列顺序一般就是：光刻ROM序列号的前
16、8位数是产品的类型标号，类型标号之后的48位是DS18B20自身出厂随机带出的序列号，而排列在最后的8位数则是将类型标号和序列号所形成的循环冗余校验码(CRC=X8+X5+X4+1)。光刻RoM所起到的作用就是能够让DS18B20都会有自己专属的序列码，以此达到在总线上连接DS18B20的目的。DS18B20这种数字式温度传感器可以通过将12位转换成16位符号的二进制读数形式对温度进行测量，以0.0625CLSB这种数字形式进行表达，其中S为符号位。3系统方案设计在本次系统方案设计的过程中会，会用AT89C51单片机、DS18B20数字温度传感器等设施来对温度的变化进行检测，具体要求如下：温度
17、检测：系统能够实时检测温度，温度分辨率为0.10,温度范围为-550C+550。温度显示：系统能够实时显示温度值，显示到小数后一位。在设置上、下限报警时，显示上、下限提醒标志。温度报警：系统能够设置温度值范围，当温度超出设置范围时发生报警。报警设置：系统能够设置上、下限报警温度值，设置精度为0.10。根据以上分析，数字温度计的基本结构由单片机最小系统、按键模块、温度采样模块、显示模块和报警模块等组成4。4电路分析4.1 DS18B20的控制方法DS18B20和单片机有两种方式进行连接，一种是通过VDD与外部电源进行连接，GND与地连接，DQ会和单片机上的I/O线相连;而另一种是通过寄生电源为D
18、SI820供电，此时VDD、GND接地，DQ接单片机I/O。不管是在内部所形成的计生电源还是通过外部供电，I/O口线都会和5KC数值上下的上拉电阻进行连接的。我们根据DS18B20的通信协议就可以发现，主机会控制DS18B20进行温度转换,但必须通过以下襄个步骤来实现:在每次进行读写之前,都要先将DS18B20进行初始化，在初始化成功后对ROM执行一条的操作指令，然后进行存储器（包括SCRATCHPADRAM和E2RAM）操作指令，使DS18B20完成对温度的测量工作，并把测量之后的结果存入高速暂存器，在此基础上，主机才能读出转换结果。4.2 蜂鸣器的原理蜂鸣器本身就是一个一体化结构的电子讯响
19、器，通过直流电压，对其进行供电，大多使用在计算机、电子玩具等一系列的电子产品当中作为一个发出声音的组件。蜂鸣器一般有压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器这两种形态。在一般情况下，蜂鸣器会用字母H”或“HA”（旧标准用在电路中表示。4.3 蜂鸣器驱动在对单片机进行应用和设计的过程中，很多方案都会用蜂鸣器来进行驱动，大多数都是用蜂鸣器所发出的声音进行提示或者是报警。4.4 AT89C51单片机目前，单片机的种类很多，MCS-518位单片机系列、MCS-9616位单片机系列，还出现了32位单片机。位数越高，运算速度越快。本系统选用MCS-51系列单片机。单片机各引脚的功能介绍如下所示：1 .VCC：运行和程序
20、校验时接电源正端。2 .GND：接地。3 .P0口：PO口是一个8位、漏极开路的双向I/O口，每脚可吸收8个TTL门电流。在Po口第一次在管脚上写“1”的时候，会被当成是高阻输入。PO在外部的程序数据存储器进行运作的时候，也可以被当成是数据或者是在地址的第八位数字。在进行FIASH编程的过程中，PO口一般都被当做是编程原码的输入口。且在编程之后，FIASH会对其进行校验，PO在输出原码的过程中，PO外部也会被拉高。4 .P1口：Pl口主要是为单片机内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，一个Pl口的缓冲器能将4个TTL门电流进行接收和输出。当Pl口的管脚写入1之后，会被单片机的内部进行上拉，大多都
21、会当做是输入电流。当Pl口被单片机的外部下拉和电流持平的时候，就会将电流进行输出。5 .P2口：P2口和Pl口一样，也是为单片机内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，一个P2口的缓冲器能将4个TTL门电流进行接收和输出。当P2口被写上数字，的时候，P2口的管脚会在单片机内部的上拉电阻拉高，并作为高阻输入。而作为电阻输入的时候，P2口的管脚会被单片机的外部所拉低，从而使电流能够输出，这也是由于在单片机内部被上拉的缘故。P2口在被当做是外部或者是16位的程序存储器的时候，会存取相应的数据。6 .P3口：P3口是一个自带单片机内部上拉电阻的准双向8位的I/O,最多可以接受并输出4个TTL门电流0P3口
22、也可以当做是AT89C51单片机的一些具有其他功能的口，P3口可同时为编程和校验接收一些进行控制信号，为其提供了一些能够替代的功能。7 .RST：复位并重新输入相应的信号数据，且针对高电平有使用效果。在振动器进行工作时，在RST上会具有一定的高电平，且保持在两个周期以上，将单片微机复位。8 .ALEPRoG：地址锁存允许信号，输出。9 ./PSEN：片外的程序存储器读选通信号，针对低电平是有效果的。在由外部程序存储器取值期间，每个机器在一个周期中都会有两次/PSEN产生效果。但是在对外部数据存储器进行访问的时候，这两次有效的/PSEN信号也不会出现。/PSEN将8个LSTTL负载进行驱动5。1
23、0 ./EA/VPP：片外程序存储器访问允许信号，针对低电平是有效果的。当/EA=I时，选择片内程序存储器(80C51为4KB,80C52为8KB)EA=0Db则程序存储器全部在片外，而不管片内是否有程序存储器。使用80C51时，/EA必须接地，使用8751编程时，/EA施加21V的编程电压。1 LXTALl：是一个在单片机的内部振荡器中进行输入的反相放大器。在运用外部的振动器进行工作时，对HMOS单片微机，此引脚应该接地;对CHMoS单片微机，此引脚作驱动端。12 .XTAL2：是在单片机内部振荡器中进行输出的反相放大器，输入到内部时钟发生器。在运用外部的振动器进行工作时，XTAL2主要是接
24、收振动器发出的信号，对CHMoS单片微机，此引脚应悬浮。在单片机当中，时钟电路可以说是其最小的一部分系统，它主要是用在单片微机工作所需要的时钟信号上的，单片微机本身就像是一个颇为繁杂的时序电路，为了能够同步地进行工作，电路会在一个时钟信号的控制下按照时序电路的步骤进行严格的工作。系统性时钟电路主要会采用内部方式进行设计，也就是利用芯片在内部产生振动的电路。AT89C51这个单片机有一个将振动器的高效益反相变大的机器，它有两个引脚，分别是XTALl和XTAL2,这两个引脚也是放大器的输入端和输出端。放大器会和一个具有反馈元件原工作原理的片外晶体谐振器形成一个自激振动器。外接晶体谐振器和Cl和C2
25、这两个电容组成了并联谐振电路，并与放大器的回馈电路相连接。13 5单片机的复位电路单片机自身所具有的复位电路主要是把PC通过初始化变为OOOOH,使单片微机从OOOOH这一单元就开始进行程序。当程序运行的时候如果遇到程序的操作错误，让单片机的系统处于死锁状态的时候，可以按复位键将单片机进行重新启动。参考文献：1谭浩强C语言程序设计第2版M.北京：清华大学出版社，2003.12龙门工作室.51单片机C语言开发技术大全M.北京：人民邮电出版社,2008.引孔维功C51单片机编程与应用M.北京：电子工业出版社，2011.4宋文绪，杨帆.传感器与检测技术M.北京：高等教育出版社，2004.15孟如茹，李丽荣.工业信号检测与控制M.北京：电子工业出版社，2009.
