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精品文檔-下載后可編輯上電復位和復位延時的時序分析-基礎(chǔ)電子
80C51單片機的上電復位POR(PmverOnReset)實質(zhì)上就是上電延時復位,也就是在上電延時期間把單片機鎖定在復位狀態(tài)上。為什么在每次單片機接通電源時,都需要加入一定的延遲時間呢?分析如下。
1上電復位時序
在單片機及其應(yīng)用電路每次上電的過程中,由于電源同路中通常存在一些容量大小不等的濾波電容,使得單片機芯片在其電源引腳VCC和VSS之間所感受到的電源電壓值VDD,是從低到高逐漸上升的。該過程所持續(xù)的時間一般為1~100ms(記作tsddrise)。上電延時taddrise的定義是電源電壓從lO%VDD上升到90%VDD所需的時間,如圖1所示。
在單片機電源電壓上升到適合內(nèi)部振蕩電路運行的范圍并且穩(wěn)定下來之后,時鐘振蕩器開始了啟動過程(具體包括偏置、起振、鎖定和穩(wěn)定幾個過程)。該過程所持續(xù)的時間一般為1~50ms(記作tOSC)。起振延時tOSC的定義是時鐘振蕩器輸出信號的高電平達到Vih1所需的時間。從圖1所示的實際測量圖中也可以看得很清楚。這里的Vih1是單片機電氣特性中的一個普通參數(shù),代表XTALl和RST引腳上的輸入邏輯高電平。例如,對于常見的單片機型號AT89C5l和AT89S5l,廠家給出的Vih1值為0.7VDD~VDD+0.5V。
從理論上講,單片機每次上電復位所需的短延時應(yīng)該不小于treset。這里,treset等于上電延時taddrise與起振延時tOSC之和,如圖1所示。從實際上講,延遲一個treset往往還不夠,不能夠保障單片機有--一個良好的工作開端。
在單片機每次初始加電時,首先投入工作的功能部件是復位電路。復位電路把單片機鎖定在復位狀態(tài)上并且維持一個延時(記作TRST),以便給予電源電壓從上升到穩(wěn)定的一個等待時間;在電源電壓穩(wěn)定之后,再插入一個延時,給予時鐘振蕩器從起振到穩(wěn)定的一個等待時間;在單片機開始進入運行狀態(tài)之前,還要至少推遲2個機器周期的延時,如圖2所示。
2上電復位電路3款
上述一系列的延時,都是利用在單片機RST引腳上外接一個RC支路的充電時間而形成的。典型復位電路如圖3(a)所示,其中的阻容值是原始手冊中提供的。在經(jīng)歷了一系列延時之后,單片機才開始按照時鐘源的工作頻率,進入到正常的程序運行狀態(tài)。從圖2所示的實測曲線中可以同時看到4條曲線:VDD、Vrst、XTAL2和ALE。在電源電壓以及振蕩器輸出信號穩(wěn)定之后,又等待了一段較長的延時才釋放RST信號,使得CPU脫離復位鎖定狀態(tài);而RST信號一旦被釋放,立刻在ALE引腳上就可檢測到持續(xù)的脈沖信號。
由于標準80C51的復位邏輯相對簡單,復位源只有RST一個(相對新型單片機來說,復位源比較單一),因此各種原因所導致的復位活動以及復位狀態(tài)的進入,都要依靠在外接引腳RST上施加一定時間寬度的高電平信號來實現(xiàn)。
標準80C5l不僅復位源比較單一,而且還沒有設(shè)計內(nèi)部上電復位的延時功能,因此必須借助于外接阻容支路來增加延時環(huán)節(jié),如圖3(a)所示。其實,外接電阻R還是可以省略的,理由是一些CMOS單片機芯片內(nèi)部存在一個現(xiàn)成的下拉電阻Rrst。例如,AT89系列的Rrst阻值約為50~200kΩ;P89V51Rx2系列的Rrst阻值約為40~225kΩ,如圖4所示。因此,在圖3(a)基礎(chǔ)上,上電復位延時電路還可以精簡為圖3(b)所示的簡化電路(其中電容C的容量也相應(yīng)減小了)。
在每次單片機斷電之后,須使延時電容C上的電荷立刻放掉,以便為隨后可能在很短的時間內(nèi)再次加電作好準備。否則,在斷電后C還沒有充分放電的情況下,如果很快又加電,那么RC支路就失去了它應(yīng)有的延遲功能。因此,在圖3(a)的基礎(chǔ)上添加一個放電二極管D,上電復位延時電路就變成了如圖3(c)所示的改進電路。也就是說,只有RC支路的充電過程對電路是有用的,放電過程不僅無用,而且會帶來潛在的危害。于是附加一個放電二極管D來大力縮短放電持續(xù)時間,以便消除隱患。二極管D只有在單片機斷電的瞬間(即VCC趨近于0V,可以看作VCC對地短路)正向?qū)?,平時一直處于反偏截止狀態(tài)。
3上電復位失敗的2種分析
假如上電復位延遲時間不夠或者根本沒有延時過程,則單片機可能面臨以下2種危險,從而導致CPU開始執(zhí)行程序時沒有一個良好的初始化,甚至陷入錯亂狀態(tài)。
①在時鐘振蕩器輸出的時鐘脈沖還沒有穩(wěn)定,甚至還沒有起振之前,就因釋放RST信號的鎖定狀態(tài)而放縱CPU開始執(zhí)行程序。這將會導致程序計數(shù)器PC中首次抓取的地址碼很可能是0000H之外的隨機值,進而引導CPU陷入混亂狀態(tài)。參考圖5所示的實測信號曲線。
②在電源電壓還沒有上升到合適范圍之前(自然也是時鐘尚未穩(wěn)定之前),就釋放RST信號的鎖定狀態(tài),將會使單片機永遠感受不到復位信號、經(jīng)歷不到復位過程、包含PC在內(nèi)的各個SFR內(nèi)容沒有被初始化而保留了隨機值,從而導致CPU從一個隨機地址開始執(zhí)行程序,進而也陷入混亂狀態(tài)。參考圖6所示的實測信號曲線。
4外接監(jiān)控器MAX810x
為了提高單片機應(yīng)用系統(tǒng)的穩(wěn)定性,以及保障單片機應(yīng)用系統(tǒng)的可靠復位,許多世界的半導體公司,陸續(xù)推出了種類繁多、功能各異、封裝微小的專用集成電路。本文僅以帶有電源電壓跌落復位和上電延遲復位功能的3腳芯片MAX810x為例,簡單說明。
MAX810x(x=L、M、J、T、S或R)是美國Maxim公司研制的一組CMOS電源監(jiān)控電路,能夠為低功耗微控制器MCU(或μC)、微處理器MPU(或μP)或數(shù)字系統(tǒng)監(jiān)視3~5V的電源電壓。在電源上電、斷電和跌落期間產(chǎn)生脈寬不低于140ms的復位脈沖。與采用分立元件或通用芯片構(gòu)成的欠壓檢測電路相比,將電壓檢測和復位延時等功能集成到一片3引腳封裝的小芯片內(nèi),大大降低了系統(tǒng)電路的復雜性,減少了元器件的數(shù)量,顯著提高了系統(tǒng)可靠性和度。應(yīng)用電路如圖7所示。
MAX810x系列產(chǎn)品提供高電平復位信號,并且還能提供6種固定的檢測門限(4.63V、4.38V、4.OOV、3.08V、2.93V和2.63V)。例如,MAX810M的檢測門限電壓就是4.38V,回差電壓約為O.16V。
對于MAX810,在電源上電、斷電或跌落期間,只要VCC還高于1.1V,就能保證RESET引腳輸出高電壓。在VCC上升期問RESET
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