一种高可靠性的复位电路

2006-05-07 15:49:58来源: 电子技术应用

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<>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,最初一段时间内,因C1电压不突变,故U3的CLR=1,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的输出由其此脚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)1.25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信号不会有铲。如果程序跳飞盲目运行,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现应用中具很高的可靠性,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变化的高压变化器产生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则引起的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。所以当高压切断的,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、U3、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高压断电器闭合,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足位时,P1.6变为高是电平,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。

编辑: 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/designarticles/fpgaandcpld/200605/2571.html
本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。
论坛活动 E手掌握
微信扫一扫加关注
论坛活动 E手掌握
芯片资讯 锐利解读
微信扫一扫加关注
芯片资讯 锐利解读
推荐阅读
全部

小广播

About Us 关于我们 客户服务 联系方式 器件索引 网站地图 最新更新 手机版

站点相关: 安防电子 医疗电子 工业控制

北京市海淀区知春路23号集成电路设计园量子银座1305 电话:(010)82350740 邮编:100191

电子工程世界版权所有 京ICP证060456号 京ICP备10001474号 电信业务审批[2006]字第258号函 京公海网安备110108001534 Copyright © 2005-2016 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved