摘? 要： 介紹了復(fù)位電路" title="復(fù)位電路">復(fù)位電路的一些基本功能和一些常見(jiàn)的復(fù)位電路。提出了單片UP監(jiān)控芯片MAX706在系統(tǒng)復(fù)位電路中的應(yīng)用方法,。介紹了在80kV絕緣油測(cè)試儀中應(yīng)用的高可靠性" title="高可靠性">高可靠性復(fù)位電路,。
關(guān)鍵詞： 復(fù)位電路? WATCHDOG? MAX706? 高可靠性復(fù)位電路
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為確保微機(jī)系統(tǒng)中電路穩(wěn)定可靠工作，復(fù)位電路是必不可少的一部分,。復(fù)位電路的第一功能是上電" title="上電">上電復(fù)位,。一般微機(jī)電路正常工作需要供電電源為5V±5%，即4.75~5.25V,。由于微機(jī)電路是時(shí)序數(shù)字電路,，它需要穩(wěn)定的時(shí)鐘信號(hào),，因此在電源上電時(shí)，只有當(dāng)VCC超過(guò)4.75V低于5.25V以及晶體振蕩器穩(wěn)定工作時(shí),，復(fù)位信號(hào)才被撤除,，微機(jī)電路開始正常工作。
微機(jī)電路在工作中受到干擾后,，容易出現(xiàn)CPU程序“跑飛”而盲目運(yùn)行甚至出現(xiàn)死機(jī)現(xiàn)象,。此時(shí)復(fù)位信號(hào)有效，使微機(jī)系統(tǒng)重新恢復(fù)正常運(yùn)行,。這種監(jiān)視CPU運(yùn)行的電路稱為WATCHDOG電路,。
1 幾種常見(jiàn)的復(fù)位電路
下面給出一些資料中介紹的復(fù)位電路。圖1為一微分電路,，當(dāng)電源VCC上電時(shí),，因電容C兩端電壓不能突變，所以RES OUT在上電時(shí)會(huì)有一段時(shí)間為高電平" title="高電平">高電平,，復(fù)位有效,。持續(xù)一段時(shí)間后，復(fù)位撤除,，微機(jī)開始工作,。該電路的唯一優(yōu)點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單。但它有很多缺點(diǎn)：(1)當(dāng)VCC電壓不足4.75V時(shí),，RES OUT也可能已撤除,，因?yàn)樗鼪](méi)有VCC檢測(cè)電路" title="檢測(cè)電路">檢測(cè)電路。(2)因是微分電路,，容易引入高頻干擾,。(3)當(dāng)CPU出現(xiàn)死機(jī)時(shí)，該電路不能引起復(fù)位,，不具備WATCHDOG的功能,。
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圖2是圖1的改進(jìn)型，使用時(shí)R11<
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圖3是一種可靠的復(fù)位電路,，由四部分組成：
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(1)或非門U1、U2與R1,、R2,、C3構(gòu)成高低電平相間的矩形波振蕩電路。當(dāng)U3的輸出端Q=H時(shí),，復(fù)位信號(hào)無(wú)效,，當(dāng)Q=L時(shí),，復(fù)位信號(hào)有效。復(fù)位信號(hào)有兩個(gè),，是為了適應(yīng)不同的CPU及接口芯片,。
(2)VCC檢測(cè)電路。U4與R3,、R4,、R5、Z1等構(gòu)成VCC檢測(cè)電路,，只要VCC<4.75V，那么比較器同相端電壓V2<2.5V,， 輸出V7=L,，U3的CLR=L，則Q=L,，U5的輸出由U5的13腳決定,，因該腳是矩形波信號(hào)，故經(jīng)取非后輸出也是矩形波信號(hào),，此時(shí)復(fù)位信號(hào)有效,。
(3)R8、C1構(gòu)成延時(shí)電路,。當(dāng)VCC>4.75V時(shí),，在最初一段時(shí)間內(nèi)，因C1電壓不突變,，故U3的CLR=L,，復(fù)位信號(hào)有效。這段時(shí)間是為了保證微機(jī)系統(tǒng)的晶振穩(wěn)定振蕩后才允許CPU工作,。
(4)U3,、R9、C2與PULSE IN 構(gòu)成CPU運(yùn)行監(jiān)視單元,，即WATCHDOG電路,。U3是一單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路芯片，在電源正常后,，引腳2,、3為高電平，引腳1為輸入信號(hào)PULSE IN,。該信號(hào)由CPU提供,，只要在時(shí)間T(T由R9、C2決定)內(nèi)有負(fù)脈沖出現(xiàn),，則U3輸出Q端一直為高電平,。此時(shí)或非門U5的輸出端一直為低電平,，復(fù)位信號(hào)無(wú)效。若在時(shí)間T內(nèi)沒(méi)有負(fù)脈沖出現(xiàn),，則U3輸出Q端為低電平,，U5的輸出由其引腳13決定，復(fù)位有效,。在電源正常后CPU開始運(yùn)行,，程序中具有這樣的功能：在時(shí)間T內(nèi)使PULSE IN產(chǎn)生一個(gè)負(fù)脈沖，只要程序正常運(yùn)行,，就不會(huì)產(chǎn)生復(fù)位,。一旦當(dāng)CPU運(yùn)行脫離正常流程，則沒(méi)有負(fù)脈沖產(chǎn)生,。在超過(guò)時(shí)間T后Q端變?yōu)榈碗娖?，?fù)位信號(hào)有效，使CPU重新接預(yù)定程序運(yùn)行,。此電路雖然工作可靠,，但電路比較復(fù)雜。
2 基于MAX706的單片UP監(jiān)控電路
隨著新器件的出現(xiàn),，電路的簡(jiǎn)化成為可能,，而且性能穩(wěn)定、功能齊全,。目前,，微機(jī)控制系統(tǒng)中越來(lái)越廣泛地應(yīng)用單片UP監(jiān)控電路。如MAXIM公司的MAX706芯片,，使用起來(lái)就很方便,。
MAX706簡(jiǎn)化了圖3的設(shè)計(jì)，減少了器件個(gè)數(shù),，所構(gòu)成的電路性能更可靠,。MAX706提供如下四種功能：
(1)上電、掉電以及降壓情況下的復(fù)位輸出,。
(2)獨(dú)立的看門狗輸出,。如果在1.6s內(nèi)看門狗輸入端未被觸發(fā)，看門狗輸出將變?yōu)榈碗娖健?/P>
(3)1.25V門限檢測(cè)器,，用于電源故障報(bào)警,、低電池檢測(cè)或+5V以外的電源的監(jiān)控。
(4)低電平有效的人工復(fù)位輸出,。
MAX706在電源電壓低于4.40V的情況下產(chǎn)生復(fù)位脈沖,，此器件有8腳的DIP和SO兩種封裝形式，管腳如圖4,。
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圖5是一種以MAX706為核心的復(fù)位電路,。這個(gè)復(fù)位電路具有上電掉電及降壓復(fù)位功能和看門狗功能,。
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上電掉電復(fù)位功能由芯片本身提供，而看門狗功能則由該電路保證,。在程序執(zhí)行中,，保證在1.6s內(nèi)PX.X發(fā)出一負(fù)脈沖，在正常運(yùn)行時(shí),，RESET信號(hào)不會(huì)有效,。如果程序跑飛盲目運(yùn)行，那么1.6s內(nèi)沒(méi)有負(fù)脈沖,，RESET信號(hào)有效,。
3 一種高可靠的復(fù)位電路
以MAX706為核心的復(fù)位電路在實(shí)際應(yīng)用中具有很高的可靠性，目前得到了廣泛的應(yīng)用,。但在一些特殊場(chǎng)合,，如強(qiáng)干擾環(huán)境中，此電路不能可靠工作而需要改進(jìn),，筆者在研制80kV絕緣油耐壓測(cè)試儀中遇到此問(wèn)題。在測(cè)試過(guò)程中,，需要有一個(gè)可調(diào)的高壓電壓,，該電壓加在絕緣油杯兩端，電壓從零逐步上升,，當(dāng)油在任意時(shí)刻擊穿時(shí),，當(dāng)前電壓值即為油的絕緣值。該耐壓測(cè)試儀由圖6所示的幾個(gè)主要部分組成,。
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系統(tǒng)核心是AT89C51,，高壓產(chǎn)生電路的工作過(guò)程是由CPU控制的步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)自耦變壓器產(chǎn)生0～220V交流電壓，然后交流電壓經(jīng)1：400變比的高壓變壓器產(chǎn)生0~88kV的高壓,。當(dāng)絕緣油在任意時(shí)刻擊穿時(shí),，高壓切斷。此時(shí),，由高壓采集電路采集并記錄當(dāng)前擊穿電壓值,。經(jīng)LCD液晶屏顯示結(jié)果。為確保系統(tǒng)穩(wěn)定可靠的運(yùn)行,，我們起初使用了圖5所示的復(fù)位電路,。但在系統(tǒng)中存在3種情況的干擾源：
(1)電機(jī)啟停干擾源。在電機(jī)啟停時(shí),，由于電機(jī)線圈的感性負(fù)載所引起的空間干擾影響到MAX706正常運(yùn)行,，解決辦法是在MAX706的VCC與GND之間及PFI與GND之間各加一濾波電容，有效濾除了因空間干擾而引起的VCC與PFI中的尖脈沖,，這樣可使MAX706可靠地工作,。
(2)80kV靜電干擾,。解決辦法是通過(guò)光電耦合器把高壓部分與低壓電路隔離，事實(shí)證明這種方法是有效的,。
(3)大電流關(guān)斷所引起的電磁干擾,。由于高壓變壓器的變比為1：400，當(dāng)絕緣油擊穿時(shí),，高壓切斷,，擊穿電流大約10MA左右，則高壓變壓器的初級(jí)線圈電流大約4A,。當(dāng)初級(jí)供電電流切斷時(shí),，由于大電流的突變而引起強(qiáng)電磁干擾。當(dāng)高壓切斷時(shí),，實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)液晶顯示器工作不正常,。，由于系統(tǒng)總線與液晶屏總線相連,，故液晶顯示器不正常狀態(tài)影響到整個(gè)系統(tǒng),，使CPU處于不正常狀態(tài)，即使系統(tǒng)復(fù)位后,，CPU仍然無(wú)法正常工作,。只有在液晶屏掉電一段時(shí)間再上電后，液晶屏才能恢復(fù)正常的工作狀態(tài),。所以當(dāng)高壓切斷時(shí),，我們?cè)O(shè)計(jì)了液晶屏的斷電保護(hù)電路，如圖7所示,。圖中,，U1為雙路D觸發(fā)器74HC74，U5為單片UP監(jiān)控芯片MAX706,，J1繼電器控制高壓的閉合與斷開,，J2繼電器控制液晶顯示器的掉電及上電。U1,、U3,、C3、U4等構(gòu)成高壓擊穿復(fù)位電路,，U5及外圍電路構(gòu)成系統(tǒng)復(fù)位電路,。此復(fù)位電路實(shí)現(xiàn)了上電復(fù)位和擊穿復(fù)位以及WATCHDOG功能。
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啟動(dòng)時(shí),，P1.6為低電平,，P1.4發(fā)出一負(fù)脈沖，則觸發(fā)器CD端也出現(xiàn)一段負(fù)脈沖。此時(shí)Q=L,，J1高壓繼電器閉合,，高壓接通。當(dāng)高壓擊穿時(shí),，GYXH端為低電平,，或者當(dāng)電機(jī)正轉(zhuǎn)到滿位時(shí)，P1.6變?yōu)楦唠娖?，則觸發(fā)器SD=L,，Q=H，高壓控制繼電器切斷,，同時(shí)U4的輸出產(chǎn)生一個(gè)高電平脈沖,。高電平寬度由時(shí)間常數(shù)T=C3R2決定，在U4輸出高電平期間,，J2動(dòng)作,，其常閉接點(diǎn)斷開，切斷液晶屏供電電源,。經(jīng)時(shí)間T后,，U4輸出低電平，液晶屏供電正常,。
由分析可知,，圖7復(fù)位電路提供了上電復(fù)位和WATCHDOG復(fù)位功能，同時(shí)在絕緣油擊穿時(shí)實(shí)現(xiàn)了對(duì)液晶屏的保護(hù),。
經(jīng)實(shí)際應(yīng)用表明，該電路具有很高的可靠性,，在強(qiáng)干擾環(huán)境中,，能夠保證微機(jī)電路可靠工作，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了復(fù)位電路的各項(xiàng)功能,。
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參考文獻(xiàn)
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