基于MCS_51單片機(jī)的復(fù)位電路抗干擾分析與設(shè)計(jì)

1、現(xiàn)代電子技術(shù)2006年第8期總第223期 集成電路基于MCS 51單片機(jī)的復(fù)位電路抗干擾分析與設(shè)計(jì)王暉, 薛永存(沈陽鐵路局阜新車務(wù)段遼寧阜新123000摘要:隨著單片機(jī)在各個(gè)行業(yè)的廣泛應(yīng)用, 其可靠性、安全性成為一個(gè)非常突出的問題。而單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中的復(fù)位電路能否可靠工作對整個(gè)微機(jī)系統(tǒng)可靠運(yùn)行至關(guān)重要。對常用復(fù)位電路中存在的一些問題進(jìn)行了分析, 并提出了解決方法。關(guān)鍵詞:MCS51單片機(jī); 復(fù)位; 抗干擾; 可靠性中圖分類號:TP368. 1文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B文章編號:1004373X (2006 0811302Analysis and Design of Anti interference a

2、bout R eset Circuit ofMCS 51Single Chip ComputerWAN G Hui ,XU E Y ongcun(Fuxin Section ,Shenyang Railway Bureau ,Fuxin ,123000,China Abstract :Withthe extensive applications of single chip ,security have been an obvious problem. In the single chip computer application work reliably is very impor 2ta

3、nt to the whole system. This paper analyzes some reset circuit and also gives out some practical method.K eywords :MCS51single ;reliability1引言近年來, 單片機(jī)在工業(yè)自動化生產(chǎn)、過程控制、智能化儀器儀表等領(lǐng)域的應(yīng)用越來越深入和廣泛, 有效地提高了生產(chǎn)效率、控制質(zhì)量與經(jīng)濟(jì)效益, 同時(shí)人們對其可靠性的要求也越來越高, 因此必須采取抗干擾措施, 否則系統(tǒng)難以穩(wěn)定、可靠地運(yùn)行。任何微機(jī)都是通過可靠復(fù)位之后才可有序執(zhí)行應(yīng)用程序的, 所以系統(tǒng)復(fù)位電路的設(shè)計(jì)至關(guān)重要。單

4、片機(jī)復(fù)位電路的結(jié)構(gòu)并不復(fù)雜, 且參考電路的形式較多, 但有些電路是原理性的, 難以滿足系統(tǒng)的實(shí)際要求。因此, 在設(shè)計(jì)時(shí)要加以注意。復(fù)位電路是易受噪聲干擾的敏感部位, 當(dāng)復(fù)位端串入干擾時(shí), 大多數(shù)情況下不會造成單片機(jī)的錯(cuò)誤復(fù)位, 但有時(shí)會使CPU 或I/O 接口電路中寄存器的某些位的狀態(tài)發(fā)生變化, 造成系統(tǒng)工作失常, 所以在設(shè)計(jì)復(fù)位電路時(shí), 既要保證整個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)的可靠復(fù)位, 又要考慮復(fù)位電路應(yīng)具有較好的抗干擾能力。下面就常用復(fù)位電路中存在的一些問題及如何解決進(jìn)行了探討。2復(fù)位電路組成及參數(shù)選擇 通常復(fù)位電路應(yīng)具有上電復(fù)位和開關(guān)手動復(fù)位功能。收稿日期:20051114以MCS 51單片機(jī)為例,RS

5、T 引腳是復(fù)位信號的輸入端, 復(fù)位信號的高電平有效時(shí)間應(yīng)持續(xù)24個(gè)振蕩周期(即2個(gè)機(jī)器周期 以上。若系統(tǒng)采用頻率為12M Hz 晶振, 則復(fù)位信號至少應(yīng)持續(xù)2s 才能完成內(nèi)部復(fù)位操作。但在實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)中還要考慮到系統(tǒng)電源的穩(wěn)定時(shí)間、參數(shù)漂移, 晶振穩(wěn)定時(shí)間及復(fù)位的可靠性等因素, 必須留有足夠的余量。若系統(tǒng)電源上升時(shí)間為10ms , 振蕩器起振時(shí)間和振蕩頻率有關(guān)(1M Hz 的為10ms 。為了使系統(tǒng)可靠復(fù)位,RST 引腳在上電自動復(fù)位時(shí)至少應(yīng)保持20ms 的高電平。圖1是利用RC 充放電原理實(shí)現(xiàn)上電自動復(fù)位。圖 1手動復(fù)位與上電復(fù)位電路相結(jié)合圖1(a 中74L S04非門最小輸入高電平U ih

6、 =2V , 當(dāng)充電時(shí)間t =0. 6R C 時(shí), 根據(jù)電子元器件與實(shí)用電路手冊電容C 上的充電電壓U c =0. 45352V , 取R =113微電子技術(shù)王暉等:基于MCS 51 單片機(jī)的復(fù)位電路抗干擾分析與設(shè)計(jì)361. 5k , C =22F , 則t =0. 631. 531032. 231020ms , 其中t 為復(fù)位時(shí)間。電路中的二極管D 能在電源掉電時(shí)使電容C 1迅速放電, 待電源恢復(fù)正常時(shí)實(shí)現(xiàn)可靠復(fù)位, 避免了電源瞬時(shí)掉電而電容C 1不能迅速放電引起的單片機(jī)不能可靠復(fù)位, 導(dǎo)致程序運(yùn)行失控。在靠近復(fù)位電路附近安裝電容C 2, 可提高對電源中高頻噪聲的抑制。使用施密特非門74LS

7、14(可以有效地清除疊加在矩形脈沖高、低電平上的噪聲 代替74L S04非門, 進(jìn)一步提高了系統(tǒng)的抗干擾能力; 使用可重關(guān)于參數(shù)的選定在振蕩穩(wěn)定后應(yīng)保證復(fù)位高電平持續(xù)時(shí)間(即正脈沖寬度 大于2個(gè)機(jī)器周期, 當(dāng)采用晶振頻率為6M Hz 時(shí), 可取C =22F , R =1. 5k ; 當(dāng)采用晶振頻率為12M Hz 時(shí), C =10F , R =8. 2k 。3復(fù)位電路性能和抗干擾分析3. 1單片機(jī)復(fù)位端口的干擾單片機(jī)復(fù)位端口的干擾主要來自電源和開關(guān)傳輸線串入的噪聲。電源在向系統(tǒng)提供能源的同時(shí), 也將其噪聲加到所供電的電源上。電路中微控制器的復(fù)位線、中斷線以及其他一些控制線最容易受外界噪聲的干擾。

8、電網(wǎng)上的強(qiáng)干擾通過電源進(jìn)入電路, 即使是電池供電, 電池本身也有高頻噪聲。模擬電路中的模擬信號更經(jīng)受不住來自電源的干擾。圖1的復(fù)位電路在實(shí)際應(yīng)用中是難以滿足要求的(電源掉電瞬間不能使C 1迅速放電, 單片機(jī)不能可靠復(fù)位, 而且不能抑制電源的噪聲干擾 , 必須對其進(jìn)行改造。系統(tǒng)上電運(yùn)行后若需要復(fù)位, 一般通過手動復(fù)位來實(shí)現(xiàn)。手動復(fù)位按鈕一般都安裝在操作面板上, 較長, 容易引起電磁感應(yīng)干擾, 雙絞線( , 設(shè)備。3. 2, 圖1(a 所示電路實(shí)質(zhì)是一個(gè)低通濾波環(huán)節(jié), 對于電源中存在的脈寬小于T (工程設(shè)計(jì)中一般取T =3, =RC 的干擾有很好的抑制作用; (b 中電路實(shí)質(zhì)是一個(gè)高通濾波環(huán)節(jié),

9、對電源中存在的干擾脈沖沒有抑制作用。從抗干擾性能方面而言, 圖1(a 電路的抗電源噪聲的能力要優(yōu)于圖1(b 。對圖1所示電路進(jìn)行改造, 如圖2 所示。復(fù)觸發(fā)的集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74L S123可以展寬復(fù)位信號, 延長復(fù)位信號的持續(xù)時(shí)間, 從而確?？煽繌?fù)位, 但可能會出現(xiàn)單片機(jī)已復(fù)位完畢, 與其統(tǒng)一復(fù)位的接口芯片尚未脫離復(fù)位狀態(tài)的現(xiàn)象, 這就要求在軟件中加以注意。也可以使用IMP809, IMP706, IMP813, X25043, X25045等集成復(fù)位電路, 能更可靠地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)復(fù)位。4系統(tǒng)中接口芯片的可靠復(fù)位在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中, (如8255,0809等 , 實(shí)現(xiàn), , 這往往導(dǎo)致, 在實(shí)際

10、應(yīng)10ms 左右的軟件延, 然后再對接口電路進(jìn)行初始化。5結(jié)語在設(shè)計(jì)復(fù)位電路時(shí), 復(fù)位電路的結(jié)構(gòu)及參數(shù)選擇是至關(guān)重要的, 一旦被疏忽, 在較惡劣的環(huán)境中往往會使復(fù)位電路工作不可靠。經(jīng)實(shí)踐證明, 圖2電路在實(shí)際應(yīng)用中能夠可靠工作。在工程實(shí)踐中通常都是幾種抗干擾方法并用, 互相補(bǔ)充完善, 才能取得較好的抗干擾效果。通過硬件與軟件抗干擾的結(jié)合, 完善系統(tǒng)監(jiān)控程序, 設(shè)計(jì)穩(wěn)定可靠的單片機(jī)復(fù)位系統(tǒng)是完全可行的。參考文獻(xiàn)1何立民. 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)M .北京:北京航空航天大學(xué)出版社,1995.2王幸之. 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)抗干擾技術(shù)M .北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2000.3李維祥. MCS 51單片機(jī)原理與應(yīng)用M .天津:天津大學(xué)出版社,2