51单片机几种实用的复位电路设计

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１、引言

随着模块化设计方法在各种大型工程设计中的广泛应用，由单片计算机构成的嵌入式控制系统已经成为工控领域重要的组成部分，５１系列单片机凭借其结构简单、性能稳定、易于开发、种类丰富、成本较低被广泛应用于该领域。众所周知，单片机上电后要进行复位，如果复位不成功，则单片机就无法正常工作。可见，稳定、可靠的复位电路设计是设计一个优秀单片机控制系统的重要基础。本文结合作者多年的工程应用，由浅入深的讲解了几种实用的５１单片机系统复位电路的设计方法及工作特性。

２、单片机系统组成及复位电路的工作原理

２．１　系统组成原理框图

图１为５１系列单片机构成的小型控制系统的典型硬件原理框

图。由单片机、复位电路、时钟电路、

工作电路（总线指示灯）、电源（ＶＣＣ）、地（ＶＳＳ）组成。

图１　最简单的单片机控制系统组成框图［１］

其中，ＡＴ８９Ｓ５１为单片计算机，ＬＥＤ１￣ＬＥＤ８为总线工作指示灯，Ｒ１￣Ｒ８为总线限流电阻，Ｃ３、Ｒ９及开关构成单片机复位电路，１２ＭＨｚ晶体和Ｃ１、Ｃ２组成外部时钟振荡电路，ＶＣＣ是电源，ＶＳＳ为数字地。

２．２　单片机复位电路的工作原理

单片机复位电路的基本功能是系统上电时为单片机提供一

定脉宽（两个机器周期以上）的复位信号，直至系统电源稳定后撤销复位信号。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单片机的正常复位。另外在工业控制领域中，由于设备工作环境复杂，干扰源数量较多，若由单片机构成的控制系统屏蔽不够严密或者电源、地不够干净的情况下，控制系统也容易出现复位异常的现象。

一个好的复位电路在能够提供单片机复位所需要的脉宽的基础上，更应该根据使用环境的不同具有优良的适应性。

３、几种实用的５１单片机复位电路设计

３．１　简单的ＲＣ复位电路设计

如下图２，是最简单的ＲＣ复位电路：

图２ 单片机最简单的ＲＣ复位电路图

设计说明：

（１）左图为高电平有效，右图为低电平有效；（２）电路设计简单、延时可以通过阻容调节，

驱动能力、温度适应性、抗干扰能力差；

（３）适用于实验室等干净无干扰的场所。

３．２　带比较电路的复位电路设计

如下图３，是带比较电路的复位电路：

图３ 带比较电路的复位电路图

设计说明：

（１）当ＶＣＣ＊（Ｒ３／（Ｒ３＋Ｒ２））＝０．７Ｖ时Ｑ１截止，使系统复位。Ｑ１的放大作用也能改善电路的负载特性；

（２）跳变门槛电压Ｖｔ受ＶＣＣ影响是该电路的突出缺点，另外ＲＣ

电路对温度的适应性较差，抗干扰能力一般；

（３）适用于电源固定、有独立控制空间、温差要求不严苛的场所。

３．３　带稳压的复位电路设计

如下图４，是带稳压的复位电路：

图４　带稳压的复位电路图

５１单片机几种实用的复位电路设计

柳建光 李德峰

（中国电子科技集团公司第二十七研究所 河南郑州 ４５００１５）

摘要：本文结合作者多年的工程应用，根据使用环境的不同，由浅入深的讲解了几种实用的５１单片机的复位电路的设计方法及工作特性。关键词：单片机 复位电路 看门狗电路中图分类号：TP311文献标识码：A 文章编号：1007-9416(2012)03-0129-02

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设计说明：

（１）当ＶＣＣ低于Ｖｔ时系统复位。；

（２）稳压二极管Ｑ２的使用使Ｖｔ基本不受ＶＣＣ影响，

但ＲＣ电路对温度的适应性较差，抗干扰能力没有改善；

（３）适用于有独立控制空间、温度变化不大的场所。

３．４　延时可调的复位电路设计

如下图５，是延时可调的复位电路：

图５ 延时可调的复位电路图设计说明：

（１）调节Ｃ１可以调节延时时间，调节Ｒ２可调节负载特性；（２）具有上电复位和掉电复位功能，但ＲＣ电路对温度的适应性

较差，抗干扰能力有一定改善；

（３）适用于干扰源不复杂或有独立控制空间、温度变化不大的工控场合。

３．５　使用集成芯片的复位电路设计

如下图６，是使用集成芯片ＭＡＸ８０９、ＭＡＸ８１０的复位电路：

图６ 使用集成芯片的复位电路图设计说明：

（１）市场上此类集成芯片较多，如飞利浦半导体、美信半导体公司均有此类产品；

（２）体积小、功耗低、门槛电压可选，集成度的提高使抗干扰能力和温度适应性大幅提高，可保证系统在不同的异常条件下可靠的复位。另外，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，发送警报信号或切换后备电池等；

（３）适用于大型、复杂的的工控场合。

３．６　使用集成看门狗功能芯片的复位电路设计

如下图７，是使用集成看门狗功能芯片ＭＡＸ８１３Ｌ的复位电路：

图７ 使用集成看门狗功能芯片的复位电路图

设计说明：

（１）市场上此类集成芯片较多，还有集成电源测控、温度测控、数据保护类功能的芯片，用户可以根据自己的使用情况酌情采购；

（２）体积小、功耗低、门槛电压可选，集成度的提高使抗干扰能力和温度适应性大幅提高，看门狗电路更能对程序“跑飞”和“死锁”等软件故障进行处理，

有力保证系统在不同的异常条件下可靠的复位。

（３）成本较高，适用于大型、复杂的的工控系统。

４、一个成功应用于某大型项目的５１单片机控制系统原理

图８　５１控制系统原理框图

此设计中，ＡＴ８９Ｃ５１为单片计算机，ＣＰＬＤ为可编程逻辑电路，复位电路使用了与图７相似的设计原理，工作稳定可靠并且对环境具有很强的适应性，结合其他的电路设计方法，如采用四脚晶振，外部时钟电路设计。时钟信号和晶振采用铺地隔离的设计，并且在印制板中用相邻的地层衬托，多层板电路中地层的设计面积要比电源层大一点等等设计方法，大大提高了整个控制系统的可靠性和稳定性。

本单片机控制系统是国家某重点工程项目中的一个组成部分，此项目已经设计定型并成功应用，截至目前，系统工作稳定，性能满足设计指标，用户反应良好，充分验证了该系统中抗干扰设计的有效性、实用性和可靠性。

５、结语

本论文针对不同的使用环境，对５１单片机系统的复位电路设计进行了由浅入深的探讨，并针对不同的设计成果进行了特性和使用性说明。对读者根据自己的具体应用环境进行相应电路设计方法的选择具有一定的参考价值。

本论文创新点：结合作者多年的工程经验、结合不同使用环境集中讲解了多种实用、有效的复位电路设计方法，并对各种方法的优劣进行了相应的说明。参考文献

［１］谢永宁．５１嵌入式系统．２００４．２．［２］王幸之，王雷，翟成，王闪．《单片机应用系统抗干扰技术》．２００１．７．作者简介

柳建光，男（１９７８－），山东人，汉族，中国电子科技集团公司第二十七研究所，工程师，工学学士，研究方向：指挥控制；

李德峰，男（１９７４－－），天津人，汉族，中国电子科技集团公司第二十七研究所，高级工程师，工程硕士，研究方向：电子与通信工程。