复位电路的作用及基本的复位方式

复位电路的作用

在上电或复位过程中，控制CPU的复位状态：这段时间内让CPU保持复位状态，而不是一上电或刚复位完毕就工作，防止CPU发出错误的指令、执行错误操作，也可以提高电磁兼容性能。

无论用户使用哪种类型的单片机,总要涉及到单片机复位电路的设计。而单片机复位电路设计的好坏,直接影响到整个系统工作的可靠性。许多用户在设计完单片机系统,并在实验室调试成功后,在现场却出现了“死机”、“程序走飞”等现象,这主要是单片机的复位电路设计不可靠引起的。

数字电路刚通电时都需要进行复位，复位的功能是将单片机里的重新开始，主要防止程序混乱，也就是跑飞、或者死机等现象，目的是使系统进入初始状态，以便随时接受各种指令进行工作，CPU的复位可靠性决定着产品系统的稳定性，因此在电路当中，发生任何一种复位后，系统程序将从重新开始执行，系统寄存器也都将恢复为默认值。下面总结几种CPU复位方式。

1、上电复位上电复位就是直接给产品上电，上电复位与低压 LVR操作有联系，电源上电的过程是逐渐上升的曲线过程，这个过程不是瞬间的完成的，一上电时候系统进行初始化，此时振荡器开始工作并提供系统时钟，系统正常工作

2、看门狗复位

看门狗定时器CPU内部系统，它是一个自振式的 RC振荡定时器，与外围电路无关，也与CPU主时钟无关，只要开启看门狗功能也能保持计时，该溢出时候也会溢出，并产生复位

3、LVR低压复位每个CPU都有一个复位电压，这个电压很低，有1.8V、2.5V等，当系统由于受到外界的影响导致输入电压过低，当低至复位电压时候系统自动复位，当然，前提是系统要打开LVR功能，有时候也叫掉电复位。diangon.com如图，当LVR＜工作电压＜VDD时候，比如在V1时候工作是正常的，当VSS＜工作电压＜LVR时候，系统有可能出错，比如在V2时候，也就是我们常说的死区，这个状态不确定。

4、外围电路复位如果系统内部不能正常复位或者软件复位无效的时候，可以依靠外部硬件复位。

如图是一种简单的RC复位电路，电源接通时候，通过R1对C2进行充电，经过一段延迟后加到电路当中产生复位信号，这个复位信号的上升速度低于电源的上电速度，当复位引脚检测到高电平时候，系统复位结束，进入正常工作状态。

基本的复位方式

单片机在启动时都需要复位，以使CPU及系统各部件处于确定的初始状态，并从初态开始工作。89系列单片机的复位信号是从RST引脚输入到芯片内的施密特触发器中的。当系统处于正常工作状态时，且振荡器稳定后，如果RST引脚上有一个高电平并维持2个机器周期(24个振荡周期)以上，则CPU就可以响应并将系统复位。单片机系统的复位方式有：手动按钮复位和上电复位。

1、手动按钮复位

手动按钮复位需要人为在复位输入端RST上加入高电平（图1）。一般采用的办法是在RST端和正电源Vcc之间接一个按钮。当人为按下按钮时，则Vcc的+5V电平就会直接加到RST端。手动按钮复位的电路如所示。由于人的动作再快也会使按钮保持接通达数十毫秒，所以，完全能够满足复位的时间要求。

图1

图2

2、上电复位

AT89C51的上电复位电路如图2所示，只要在RST复位输入引脚上接一电容至Vcc端，下接一个电阻到地即可。对于CMOS型单片机，由于在RST端内部有一个下拉电阻，故可将外部电阻去掉，而将外接电容减至1µF。上电复位的工作过程是在加电时，复位电路通过电 容加给RST端一个短暂的高电平信号，此高电平信号随着Vcc对电容的充电过程而逐渐回落，即RST端的高电平持续时间取决于电容的充电时间。为了保证系统能够可靠地复位，RST端的高电平信号必须维持足够长的时间。上电时，Vcc的上升时间约为10ms，而振荡器的起振时间取决于振荡频率，如晶振频率为10MHz，起振时间为1ms；晶振频率为1MHz，起振时间则为10ms。在图2的复位电路中，当Vcc掉电时，必然会使RST端电压迅速下降到0V以下，但是，由于内部电路的限制作用，这个负电压将不会对器件产生损害。另外，在复位期间，端口引脚处于随机状态，复位后，系统将端口置为全“l”态。如果系统在上电时得不到有效的复位，则程序计数器PC将得不到一个合适的初值，因此，CPU可能会从一个未被定义的位置开始执行程序。

3、积分型上电复位

常用的上电或开关复位电路如图3所示。上电后，由于电容C3的充电和反相门的作用，使RST持续一段时间的高电平。当单片机已在运行当中时，按下复位键K后松开，也能使RST为一段时间的高电平，从而实现上电或开关复位的操作。

根据实际操作的经验，下面给出这种复位电路的电容、电阻参考值。

图3中：C：＝1uF，Rl＝lk，R2＝10k

图3 积分型上电复位电路

专用芯片复位电路

上电复位电路 在控制系统中的作用是启动单片机开始工作。但在电源上电以及在正常工作时电压异常或干扰时，电源会有一些不稳定的因素，为单片机工作的稳定性可能带来严重的影响。因此，在电源上电时延时输出给芯片输出一复位信号。上复位电路另一个作用是，监视正常工作时电源电压。若电源有异常则会进行强制复位。复位输出脚输出低电平需要持续三个(12/fc s)或者更多的指令周期，复位程序开始初始化芯片内部的初始状态。等待接受输入信号（若如遥控器的信号等）。

图4 上电复位电路原理图

上电复位电路原理分析

5V电源通过MC34064的2脚输入，1脚便可输出一个上升沿，触发芯片的复位脚。电解电容C13是调节复位延时时间的。当电源关断时，电解电容C13上的残留电荷通过D13和MC34064内部电路构成回路，释放掉电荷。以备下次复位启用。

上电复位电路的关键性器件

关键性器件有：MC34064 。

图6 内部结构框图

输入输出特性曲线

上电复位电路关键点电气参数

MC34064的输出脚1脚的输出(稳定之后的输出)如下图所示：

三极管欠压复位电路

欠压复位电路工作原理（图6）w 接通电源，＋5V电压从“0V”开始上升，在升至3.6V之前，稳压二极管DH03都处于截止状态，QH01(PNP管)也处于截止状态，无复位电压输出。w 当＋5V电源电压高于3.6V以后，稳压二极管DH03反向击穿，将其两端电压“箝位”于3.6V。当＋5V电源电压高于4.3V以后，QH01开始导通，复位电压开始形成，当＋5V电源电压接近＋5V时，QH01已经饱和导通，复位电压达到稳定状态。

图6 欠压复位电路图

看门狗型复位电路

看门狗型复位电路主要利用CPU正常工作时,定时复位计数器,使得计数器的值不超过某一值;当CPU不能正常工作时,由于计数器不能被复位,因此其计数会超过某一值,从而产生复位脉冲,使得CPU恢复正常工作状态。典型应用的Watchdog复位电路如图7所示。此复位电路的可靠性主要取决于软件设计,即将定时向复位电路发出脉冲的程序放在何处。一般设计,将此段程序放在定时器中断服务子程序中。然而,有时这种设计仍然会引起程序走飞或工作不正常。原因主要是：当程序“走飞”发生时定时器初始化以及开中断之后的话,这种“走飞”情况就有可能不能由Watchdog复位电路校正回来。因为定时器中断一真在产生,即使程序不正常,Watchdog也能被正常复位。为此提出定时器加预设的设计方法。即在初始化时压入堆栈一个地址,在此地址内执行的是一条关中断和一条死循环语句。在所有不被程序代码占用的地址尽可能地用子程序返回指令RET代替。这样,当程序走飞后,其进入陷阱的可能性将大大增加。而一旦进入陷阱,定时器停止工作并且关闭中断,从而使Watchdog复位电路会产生一个复位脉冲将CPU复位。当然这种技术用于实时性较强的控制或处理软件中有一定的困难

图7 看门狗型复位电路

比较器型复位电路

比较器型复位电路的基本原理如图8所示。上电复位时,由于组成了一个RC低通网络,所以比较器的正相输入端的电压比负相端输入电压延迟一定时间。而比较器的负相端网络的时间常数远远小于正相端RC网络的时间常数,因此在正端电压还没有超过负端电压时,比较器输出低电平,经反相器后产生高电平。复位脉冲的宽度主要取决于正常电压上升的速度。由于负端电压放电回路时间常数较大,因此对电源电压的波动不敏感。

但是容易产生以下二种不利现象：

（1）电源二次开关间隔太短时,复位不可靠;

（2）当电源电压中有浪涌现象时,可能在浪涌消失后不能产生复位脉冲。为此,将改进比较器重定电路,如图9所示。这个改进电路可以消除第一种现象,并减少第二种现象的产生。为了彻底消除这二种现象,可以利用数字逻辑的方法与比较器配合,设计如图9所示的比较器重定电路。此电路稍加改进即可作为上电复位与看门狗复位电路共同复位的电路,大大提高了复位的可靠性。

图8 比较器型复位电路

图9 改进型比较器型复位电路

单片机在可靠的复位之后，才会从0000H地址开始有序的执行应用程序。同时，复位电路也是容易受到外部噪 声干扰的敏感部分之一。因此，复位电路应该具有两个主要的功能：

1. 必须保证系统可靠的进行复位；

2. 必须具有一定的抗干扰的能力；

复位电路应该具有上电复位和手动复位的功能。以MCS-51单片机为例，复位脉冲的高电平宽度必须大于2个机器周期，若系统选用6MHz晶振，则一个机器周期为2us，那么复位脉冲宽度最小应为4us。在实际应用系统中，考虑到电源的稳定时间，参数漂移，晶振稳定时间以及复位的可靠性等因素，必须有足够的余量。图1是利用RC充电原理实现上电复位的电路设计。实践证明，上电瞬间RC电路充电，RESET引脚出现正脉冲。只要RESET端保持10ms以上的高电平，就能使单片机有效的复位。

单片机在可靠的复位之后，才会从0000H地址开始有序的执行应用程序。同时，复位电路也是容易受到外部噪 声干扰的敏感部分之一。因此，复位电路应该具有两个主要的功能：

1. 必须保证系统可靠的进行复位；

2. 必须具有一定的抗干扰的能力；

一、复位电路的RC选择

复位电路应该具有上电复位和手动复位的功能。以MCS-51单片机为例，复位脉冲的高电平宽度必须大于2个机器周期，若系统选用6MHz晶振，则一个机器周期为2us，那么复位脉冲宽度最小应为4us。在实际应用系统中，考虑到电源的稳定时间，参数漂移，晶振稳定时间以及复位的可靠性等因素，必须有足够的余量。图1是利用RC充电原理实现上电复位的电路设计。实践证明，上电瞬间RC电路充电，RESET引脚出现正脉冲。只要RESET端保持10ms以上的高电平，就能使单片机有效的复位。

图 1

对于图1-a中的电容C两端的电压（即复位信号）是一个时间的函数：u(t)=VCC*[1-exp(-t/RC)]

对于图1-b中的电阻R两端的电压（即复位信号）也是一个时间的函数u(t)=VCC*exp(-t/RC)

其中的VCC为电源电压，RC为RC电路的时间常数=1K*22uF=22ms。有了这个公式，我们可以更方便的对以上电路进行透彻的分析。

图1-a中非门的最小输入高电平UIH=2.0v，当充电时间t=0.6RC时，则充电电压u(t)=0.45VCC=0.45*5V，约等于2V，其中t即为复位时间。图a中时间常数=22ms，则t=22ms*0.6=13ms。

二、复位电路的可靠性与抗干扰性分析

单片机复位电路端口的干扰主要来自电源和按钮传输线串入的噪声。这些噪声虽然不会完全导致系统复位，但有时会破坏CPU内的程序状态字的某些位的状态，对控制产生不良影响。

1.电路结构形式与抗干扰性能

以图1为例，电源噪声干扰过程示意图如图2种分别绘出了A点和B点的电压扰动波形。

有图2可以看出，图2(a)实质上是个低通滤波环节，对于脉冲宽度小于3RC的干扰有很好的抑制作用；图2(b)实质上是个高通滤波环节，对脉冲干扰没有抑制作用。由此可见，对于图1所示的两种复位电路，a的抗干扰电源噪声的能力要优于b。

2. 复位按钮传输线的影响

复位按钮一般都是安装在操作面板上，有较长的传输线，容易引起电磁感应干扰。按钮传输线应采用双绞线（具有抑制电磁感应干扰的性能），并远离交流用电设备。在印刷电路板上，单片机复位端口处并联0.01-0.1uF的高频电容，或配置使密特电路，将提高对串入噪声的抑制能力。

图 2

3. 供电电源稳定过程对复位的影响

单片机系统复位必须在CPU得到稳定的电源后进行，一次上电复位电路RC参数设计应考虑稳定的过渡时间。

为了克服直流电源稳定过程对上电自动复位的影响，可采用如下措施：

（1） 将电源开关安装在直流侧，合上交流电源，待直流电压稳定后再合供电开关K，如图3所示。

图 3

（2） 采用带电源检测的复位电路，如图4所示。合理配置电阻R3、R4的阻值和选择稳压管DW的击穿电压，使VCC未达到额定值之前，三极管BG截止，VA点电平为低，电容器C不充电；当VCC稳定之后，DW击穿，三极管BG饱和导通，致使VA点位高电平，对电容C充电，RESET为高电平，单片机开始复位过程。当电容C上充电电压达到2V时，RESET为低电平，复位结束。

图 4

4. 并联放电二极管的必要性

在图1复位电路中，放电二极管D不可缺少。当电源断电后，电容通过二极管D迅速放电，待电源恢复时便可实现可靠上电自动复位。若没有二极管D，当电源因某种干扰瞬间断电时，由于C不能迅速将电荷放掉，待电源恢复时，单片机不能上电自动复位，导致程序运行失控。电源瞬间断电干扰会导致程序停止正常运行，形成程序“乱飞”或进入“死循环”。若断电干扰脉冲较宽，可以使RC迅速放电，待电源恢复后通过上电自动复位，使程序进入正常状态；若断电干扰脉冲较窄，断电瞬间RC不能充分放电，则电源恢复后系统不能上电自动复位。

I/O接口芯片的延时复位

在单片机系统中，某些I/O接口芯片的复位端口与单片机的复位端口往往连在一起，即统一复位。接口芯片由于生产厂家不同，复位时间也稍有不同；复位线较长而又较大的分布电容，导致这些接口的复位过程滞后于单片机。工程实践表明，当单片机复位结束立即对这些I/O芯片进行初始化操作时，往往导致失败。因此，当单片机进入0000H地址后，首先执行1-10ms的软件延时，然后再对这些I/O芯片进行初始化。