电路模块专题

1、复位电路1.手动按钮复位2.上电复位3.积分型上电复位/微分型复位电路4.专用芯片复位电路（例MC34064、三极管欠压复位电路、看门狗型复位电路，比较器型复位电路等）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。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

2、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1F。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

3、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。注：高电平复位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：C11uF，Rllk，R210k4.专用芯片复位电

4、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，*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）。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

5、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 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，

6、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。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“

7、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

8、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

9、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。一、复位电路的用途 单片机复位电路就好比电脑的重启部分，当电脑在使用中出现死机，按下重启按钮电脑内部的程序从头开始执行。单片机也一样，当单片机系统在运行中，受到环境干扰出现程序跑飞的时候，按下复位按钮内部的程序自动从头开始执行。二、复位电路的工作原理 在书本上有介绍，51单片机要复位只需要在第9引脚接个高电平持续2US就可以实现，那这个过程是如何实现的呢？ 在单片机系统中，系统上电启动的时候复位一次，当按键按下的时候系统再次复位，如果释放后再按下，系统还会复位。所以可以

10、通过按键的断开和闭合在运行的系统中控制其复位。开机的时候为什么会复位 在电路图中，电容的的大小是10uF，电阻的大小是10k。所以根据公式，可以算出电容充电到电源电压的0.7倍（单片机的电源是5V，所以充电到0.7倍即为3.5V），需要的时间是10K*10UF=0.1S。 也就是说在电脑启动的0.1S内，电容两端的电压时在03.5V增加。这个时候10K电阻两端的电压为从51.5V减少（串联电路各处电压之和为总电压）。所以在0.1S内，RST引脚所接收到的电压是5V1.5V。在5V正常工作的51单片机中小于1.5V的电压信号为低电平信号，而大于1.5V的电压信号为高电平信号。所以在开机0.1S内

11、，单片机系统自动复位（RST引脚接收到的高电平信号时间为0.1S左右）。按键按下的时候为什么会复位 在单片机启动0.1S后，电容C两端的电压持续充电为5V，这是时候10K电阻两端的电压接近于0V，RST处于低电平所以系统正常工作。当按键按下的时候，开关导通，这个时候电容两端形成了一个回路，电容被短路，所以在按键按下的这个过程中，电容开始释放之前充的电量。随着时间的推移，电容的电压在0.1S内，从5V释放到变为了1.5V，甚至更小。根据串联电路电压为各处之和，这个时候10K电阻两端的电压为3.5V，甚至更大，所以RST引脚又接收到高电平。单片机系统自动复位。知道它是怎么复位的吗？你了解主板复位电

12、路的工作原理吗？ 主板上的所有复位信号都是由芯片组产生，其主要由南桥产生（内部有复位系统控制器），也就是说主板上所有的需要复位的设备和模块都由南桥来复位。南桥要想产生复位信号或者说南桥要想去复位其他的设备和模块，其首先要自身先复位或者说自身先有复位源。使南桥复位的或者说南桥的复位源是ATX电源的灰线（灰线常态为5V电平，工作后为恒定的5V，ATX电源的灰线也是PG信号），或者是系统电源管理芯片发出的PG信号常态。小结： 1、复位电路的原理是单片机RST引脚接收到2US以上的电平信号，只要保证电容的充放电时间大于2US，即可实现复位，所以电路中的电容值是可以改变的。 2、按键按下系统复位，是电容

13、处于一个短路电路中，释放了所有的电能，电阻两端的电压增加引起的。OP放大器（即operational Amplifier,运算放大器）1.反向放大器2.同向放大器3.倒相加法器4.同相加法器5.减法器6.积分电路7.微分电路8.差分放大电路9.电流检测电路10.电压电流转换检测11.传感器检测1.反向放大器 图一运放的同相端=0V,反向端和同向端虚短，所以也为0V, 反向输入端输入电阻很高，虚断，几乎没有电流注入和流出，那么R1和R2相当于是串联的，流过一个串联电路中的每一个组件的电流是相同的，即流过R1的电流和流过R2的电流是相同的。1.反向放大器 流过 R1的电流： I1 = (Vi -

14、V-)/R1 .a 流过R2的电流： I2 =(V- -Vout)/R2.b V-=V+=0.c I1=I2.d 求解上面的初中代数方程得Vout = (-R2/R1)*Vi2.同向放大器 图二中Vi与V-虚短，则Vi=V-.a; 因为虚断，反向输入端没有电流输入输出，通过R1和R2 的电流相等，设此电流为I,由欧姆定律得： I =Vout/(R1+R2) .b Vi等于R2上的分压， 即：Vi = I*R2 c 2.同向放大器 由abc式得Vout=Vi*(R1+R2)/R2 这就是传说中的同向放大器的公式了,不难吧.呵呵呵3.反相加法器 图三中，由虚短知： V- = V+ = 0 .a 由

15、虚断及基尔霍夫定律知，通过R2与R1的电流之和等于通过R3的电流，故 (V1 V-)/R1 + (V2 V-)/R2 = (V- Vout)/R3 b 代入a式，b式变为V1/R1 + V2/R2 = Vout/R33.反相加法器 拓展一下，如果取R1=R2=R3，则上式变为-Vout=V1+V2，这就是传说中的加法器了。 很简单吧，呵呵.4.同相加法器 请看图四。 因为虚断，所以，运放同向端没有电流流过，则流过R1和R2的电流相等，同理流过R4和R3的电流也相等。 故：(V1 V+)/R1 = (V+ - V2)/R2 .a 想想为什么要这么做？ V-/R4=(Vout-V-)/R3.b4.

16、同相加法器 由虚短知： V-=V+.c由a,b,c可得：Vout=(R3+R4)/R4*(R1*V2+R2*V1)/(R1+R2)进一步拓展一下：如果R1=R2，R3=R4，则可得：Vout=V1+V2;这个加法器也不错吧，呵呵.5.减法器 由a,b,c可得： Vout=(R3+R4)*R2*V2/(R1+R2)-R3*V1)/R4 进一步拓展一下： 如果R1=R2，R3=R4，则可得：Vout=V2-V1 这就是传说中的减法器5.减法器 图五由虚断所知：通过R1的电流等于通过R2的电流，同理通过R4的电流等于通过R3的电流，故有：(V2-V+)/R1=V+/R2.a (V1-V-)/R4=(

17、V-Vout)/R3.b 由虚短可知：V+=V1.c6.积分电路 看图六，由虚短知，反相输入端电压与同相端相等，等于0. 由虚断知，通过R1的电流和通过C1的电流相等，通过R1的电流为：I=(V1-0)/R1.a; 通过C1的电流为：I=C1*dUc1/dt=C1*d(0-Vout)/dt=-C1*dVout/dt6.积分电路 所以 Vout=(-1/(R1*C1)V1dt 输出电压与输入电压对时间的积分成正比,这就是传说中的积分电路了. 明白了吗？再敢拓展一下？ 若V1为恒定电压U，则上式变换为Vout = -U*t/(R1*C1) t 是时间，则Vout输出电压是一条从0至负电源电压按时间

18、变化的直线。7.微分电路 看图七： 由虚断知：通过电容C1和电阻R2的电流是相等的； 由虚短知：运放同相端和反相端电压是相等的。 由此可得出： Vout=-(R2*C1)*dV1/dt 这是一个微分电路7.微分电路 再拓展一下： 如果V1是一个突然加入的直流电压，则输出Vout对应一个方向与V1相反的脉冲。8.差分放大电路 仔细看图八， 由虚短知：V1=Vx.a; V2=Vy.b; 由虚断知：运放输入端没有电流流过，则R1，R2，R3可视为串联，通过每一个电阻的电流是相等的，电流I=(Vx-Vy)/R2.c; 则：Vo1-Vo2=I*(R1+R2+R3).d;8.差分放大电路 由虚断知：流过R

19、6的电流和流过R7的电流相等，可得： (Vo2-Vw)/R6=(Vw-0)/R7.e 同理：流过R4的电流等于流过R5的电流，可得： (Vo1-Vu)/R4=(Vu-Vout)/R5.f 由虚短可知：Vw=Vu.g8.差分放大电路 由a,b,c,d,e,f,g可得：Vo1-Vo2=(V1-V2)*(R1+R2+R3)/R2.h R7*Vo2/(R6+R7)=(R5*Vo1+R4*Vout)/(R4+R5)若R6=R7，R5=R4，则可得：Vo2-Vo1=Vout 结合式h可得： Vout=(V2-V1)*(R1+R2+R3)/R28.差分放大电路 上式中：(R1+R2+R3)/R2是定值，此值

20、确定了差值（V2-V1）的放大倍数。这个电路就是传说中的差分放大电路了，是不是看上去很简单啊。9.电流检测电路 看图九，分析一个大家接触的比较多的电路。 很多控制器接受来自各种检测仪表的020mA或420mA电流，电路将此电流转换成电压后再送ADC转换成数字信号，图九就是这样一个典型电路。9.电流检测电路 如图420mA电流流过采样100电阻R1，在R1上会产生0.42V的电压差。由虚断知，运放输入端没有电流流过，则流过R3和R5的电流相等，流过R2和R4的电流相等。故：(V2-Vy)/R3 = Vy/R5.a9.电流检测电路 (V1-Vx)/R2 = (Vx-Vout)/R4.b 由虚短知：

21、 Vx = Vy .c 电流从420mA变化，则V1 = V2 + (0.42) d 由cd式代入b式： (V2 + (0.42)-Vy)/R2 = (Vy-Vout)/R4.e 9.电流检测电路 如果R3=R2，R4=R5，则由e-a得Vout = -(0.42)R4/R2 f 图九中R4/R2=22k/10k=2.2，则f式Vout = -(0.884.4)V， 即是说，将420mA电流转换成了-0.88 -4.4V电压，此电压可以送ADC去处理。9.电流检测电路 拓展一下： 若将图九电流反接既得 Vout = +(0.884.4)V，10.电压电流转换检测 看图十： 电流可以转换成电压，

22、电压也可以转换成电流。图十就是这样一个电路。 上图的负反馈没有通过电阻直接反馈，而是串联了三极管Q1的发射结，大家可不要以为是一个比较器就是了，只要是放大电路，虚短虚断的规律仍然是符合的！ 10.电压电流转换检测 由虚断知，运放输入端没有电流流过，则(Vi V1)/R2 = (V1 V4)/R6.a 同理(V3 V2)/R5 = V2/R4 b 由虚短知V1 = V2 .c 如果R2=R6，R4=R5，则由abc式得 V3-V4=Vi 10.电压电流转换检测 上式说明R7两端的电压和输入电压Vi相等，则通过R7的电流I=Vi/R7，如果负载RL100K，则通过Rl和通过R7的电流基本相同。11.传感器检测11.传感器检测 来一个复杂的，呵呵！图十一是一个三线制PT100前置放大电路。PT100传感器引出三根材质、线径、长度完全相同的线，接法如图所示。有2V的电压加在由R14、R20、R15、Z1、PT100及其线电阻组成的桥电路上。