基于MCS51单片机的复位电路抗干扰分析与设计(1)-图文

基于MCS一51单片机的复位电路抗干扰分析与设计王晖,薛永存(沈阳铁路局阜新车务段辽宁阜新123000摘要:随着单片机在各个行业的广泛应用,其可靠性、安全性成为一个非常突出的问题。而单片机应用系统中的复位电路能否可靠工作对整个微机系统可靠运行至关重要。对常用复位电路中存在的一些问题进行了分析,并提出了解决方法。关键词:MCS一51单片机;复位;抗干扰;可靠性中图分类号:TP368.1文献标识码:B文章编号:1004—373X(200608一113一02AnalysisandDesignofAnti——interferenceaboutResetCircuitofMCS——51SingleChipComputerWANGHui,XUEYongcun(FuxinSection,ShenyangRailwayBureau,Fuxin,123000,ChinaAbstract:Withtheextensiveapplicationsofsinglechipcomputersysteminvarioustrade,itsreliability,securityhavebeenanobviousproblem.Inthesinglechipcomputerapplicationsystem,whethertheresetcircuitcanworkreliablyisveryimpor—tanttothewholesystem.ThispaperanalyzessomeproblemsthatappearedinthecommonresetcircuitandalsogivesOUtsomepracticalmethod.Keywords:MCS一51singlechipcomputer;reset;anti—interference;reliability1引言近年来,单片机在工业自动化生产、过程控制、智能化仪器仪表等领域的应用越来越深入和广泛,有效地提高了生产效率、控制质量与经济效益,同时人们对其可靠性的要求也越来越高,因此必须采取抗干扰措施,否则系统难以稳定、可靠地运行。任何微机都是通过可靠复位之后才可有序执行应用程序的,所以系统复位电路的设计至关重要。单片机复位电路的结构并不复杂,且参考电路的形式较多,但有些电路是原理性的,难以满足系统的实际要求。因此,在设计时要加以注意。复位电路是易受噪声干扰的敏感部位,当复位端串入干扰时,大多数情况下不会造成单片机的错误复位,但有时会使CPU或I/0接口电路中寄存器的某些位的状态发生变化,造成系统工作失常,所以在设计复位电路时,既要保证整个应用系统的可靠复位,又要考虑复位电路应具有较好的抗干扰能力。下面就常用复位电路中存在的~些问题及如何解决进行了探讨。2复位电路组成及参数选择通常复位电路应具有上电复位和开关手动复位功能。收稿日期:2005—11—14以MCs一51单片机为例,RST引脚是复位信号的输入端,复位信号的高电平有效时间应持续24个振荡周期(即2个机器周期以上。若系统采用频率为12MHz晶振,则复位信号至少应持续2肛s才能完成内部复位操作。但在实际应用系统中还要考虑到系统电源的稳定时间、参数漂移,晶振稳定时间及复位的可靠性等因素,必须留有足够的余量。若系统电源上升时间为10I"IIS,振荡器起振时间和振荡频率有关(1MHz的为10ms。为了使系统可靠复位,RST引脚在上电自动复位时至少应保持20ms的高电平。图1是利用RC充放电原理实现上电自动复位。N—GNDGND(a(b图l手动复位与上电复位电路相结合图1(a中74LS04非门最小输入高电平U。=2V,当充电时间￡一0.6RC时,根据《电子元器件与实用电路手册》电容C上的充电电压阢=0.45*5全2V,取R—113音万方数据1.5kt2,C=22kF,贝0￡一0.6*1.5*103*2.2*10“△20ms,其中t为复位时间。关于参数的选定在振荡稳定后应保证复位高电平持续时间(即正脉冲宽度大于2个机器周期,当采用晶振频率为6MHz时,可取C=22扯F,R=1.5kQ;当采用品振频率为12MHz时,C=10”F,R=8.2kt2。3复位电路性能和抗干扰分析3.1单片机复位端口的干扰单片机复位端口的干扰主要来自电源和开关传输线串入的噪声。电源在向系统提供能源的同时,也将其噪声加到所供电的电源上。电路中微控制器的复位线、中断线以及其他一些控制线最容易受外界噪声的干扰。电网上的强干扰通过电源进入电路,即使是电池供电,电池本身也有高频噪声。模拟电路中的模拟信号更经受不住来自电源的干扰。图1的复位电路在实际应用中是难以满足要求的(电源掉电瞬间不能使C。迅速放电,单片机不能可靠复位,而且不能抑制电源的噪声干扰,必须对其进行改造。系统上电运行后若需要复位,一般通过手动复位来实现。手动复位按钮一般都安装在操作面板上,所以传输线较长,容易引起电磁感应干扰,因此按钮的传输线宜采用双绞线(具有抑制电磁感应干扰的性能,并远离交流用电设备。3.2电路结构与抗干扰分析从电路结构上分析,图1(a所示电路实质是一个低通滤波环节,对于电源中存在的脉宽小于T(工程设计中一般取T一3r,r=RC的干扰有很好的抑制作用;(b中电路实质是一个高通滤波环节,对电源中存在的干扰脉冲没有抑制作用。从抗干扰性能方面而言,图1(a电路的抗电源噪声的能力要优于图1(b。对图1所示电路进行改造,如图2所示。图2改造后的电路图电路中的二极管D能在电源掉电时使电容C。迅速放电,待电源恢复正常时实现可靠复位,避免了电源瞬时掉电而电容c1不能迅速放电引起的单片机不能可靠复位,导致程序运行失控。在靠近复位电路附近安装电容C2,可提高对电源中高频噪声的抑制。使用施密特非f-I74LSl4(可以有效地清除叠加在矩形脉冲高、低电平上的噪声代替74LS04非门,进一步提高了系统的抗干扰能力;使用可重复触发的集成单稳态触发器74LSl23可以展宽复位信号,延长复位信号的持续时间,从而确保可靠复位,但可能会出现单片机已复位完毕,与其统一复位的接口芯片尚未脱离复位状态的现象,这就要求在软件中加以注意。也可以使用IMP809,IMP706,IMP813,X25043,X25045等集成复位电路,能更可靠地实现系统复位。4系统中接口芯片的可靠复位在单片机应用系统中,某些接口芯片(如8255,0809等的复位端口往往和单片机复位端口连接在一起,实现系统统一复位。当复位线较长而引起较大的分布电容时,会导致系统中接口电路的复位滞后于单片机,这往往导致单片机对接口芯片进行的初始操作失败。因此,在实际应用中一般都在单片机复位后先执行10ms左右的软件延时程序,然后再对接口电路进行初始化。5结语在设计复位电路时,复位电路的结构及参数选择是至关重要的,一旦被疏忽,在较恶劣的环境中往往会使复位电路工作不可靠。经实践证明,图2电路在实际应用中能够可靠工作。在工程实践中通常都是几种抗干扰方法并用,互相补充完善,才能取得较好的抗干扰效果。通过硬件与软件抗干扰的结合,完善系统监控程序,设计稳定可靠的单片机复位系统是完全可行的。参考文献[1]何立民.单片机应用系统设计[M].北京:北京航空航天大学出版社,1995.[2]王幸之.单片机应用系统抗干扰技术[M].北京:北京航空航天大学出版社,2000.[3]李维祥.MCS一51单片机原理与应用[M].天津:天津大学出版社,2001.[4]韩广兴.电子元器件与实用电路手册FM].北京:电子工业出版社,2002.作者简介王晖女,1976年出生,汉族,现工作于沈阳铁路局阜新车务段。从事计算机管理,助理工程师。薛永存男,1981年出生,满族,现攻读辽宁工程技术大学电气工程系硕士学位。从事控制工程与控制理论的研究。114万方数据基于MCS-51单片机的复位电路抗干扰分析与设计作者:王晖,薛永存,WANGHui,XUEYongcun作者单位:沈阳铁路局阜新车务段,辽宁,阜新,123000刊名:现代电子技术英文刊名:MODERNELECTRONICSTECHNIQUE年,卷(期:2006,29(8被引用次数:1次参考文献(4条1.何立民单片机应用系统设计19952.王幸之单片机应用系统抗干扰技术20003.李维祥MCS-51单片机原理与应用20014.韩广兴电子元器件与实用电路手册2002相似文献(10条1.学位论文项琳基于MCS-51单片机的油井系统测试仪研究2008目前,我国油田多为低渗透的低能、低产油田,通常需要向油井内注入大量的水,再依靠抽油机将石油从地层中采到地上。因此,大部分油田都面临“以水换油”的局面,这就导致油田耗电量极高,电费开支惊人。因此,节约电能已成为石油行业关注的焦点。在油井系统工作的过程中,地面的拖动电机起着核心作用,它的利用率的高低直接关系开采的成本和效益。但据油田现状,对电机功率的利用率很低,平均不超过30%。因此,抽油机的节能问题成为重申之重。油田野外生产作业,给油井生产管理带来很大困难,而目前所使用的主要手段仍然是通过人工测试来强化油井管理,局限性较大。针对这一现状,本文以STC89C51单片机为核心,模数转换芯片ADC0809和串行EEPROM芯片AT24C32为主要外围扩展器件,设计了一套初级油井测试系统。本文设计的油井测试系统在硬件结构上由电源模块、振荡电路、复位电路、存储电路、数码管显示电路、数据采集电路、串行通讯电路以及其他一些外围电路组成,对于这些硬件模块本文给出了详细设计。在系统软件设计方面,本文详细介绍了单片机作为下位机的数据采集程序、数据存储程序、串行通讯程序及数据显示程序的设计,以及PC机作为上位机的人机界面软件的编写思想及实现方法。本文设计的油井系统测试仪可以方便测得所需参数,具有精度较高、速度较快和采集稳定等优点,效果良好,而且数据采集部分具有通用性,可以二次开发应用于其他行业,前景广阔。2.期刊论文林德焱.LinDeyanMCS-51系统软复位的深入研究-单片机与嵌入式系统应用2007,""(2在没有硬件看门狗的系统以及一些对单片机I/O口线状态高度敏感的系统中,软复位功能相当重要.标准MCS-51以及很多常见的51内核单片机没有提供"软复位"方法.本文分别以51asm子程序和C51函数的形式,为MCS-51单片机系统提供完善的"软复位"方法.3.期刊论文于进杰.方龙.杨道驰.李学武单片机复位时间的优化设计探讨-电脑与信息技术2010,18(2MCS-51单片机的复位是靠外部电路实现的.复位时间的确定是设计申一个很关键的参数,在实际运行环境中,复位时间偏长,可能会导致应用系统在该复位的时候没有复位,导致系统出错;反之亦然.由此给出一个简单易行的复住电路.4.期刊论文王志敏用过冲法降低MCS-51单片机对复位电压的要求-上海工程技术大学学报2001,15(4提出了一种方法--过冲法,可以在某些不满足复位电压(必须大于最低工作电压的情况下,使得单片机能够正常可靠地复位和工作.从方案的数学论证、实验电路的设计调试等几个方面验证了这种方法的可行性.5.学位论文董建基于GPRS和MCS-51单片机的水质监测系统的设计2007水质监测是水资源管理与保护的重要基础,是保护水环境的重要手段。目前我国的水质监测仍然存在很多问题,一是各级水质监测中心的采样能力不足,监测频率低。二是机动监测能力不足,移动水质分析监测实验室配备数量太少,现场监测能力低。三是自动水质监测站数量太少,缺乏自动测报能力,难以获得重点水功能区主要水质监测的实时数据。针对以上我国水质监测系统的问题,本论文设计了基于GPRS和MCS-51单片机的水质实时监测系统。首先,论文从用户需求的角度详细阐述了本系统应该具备的功能;其次,根据功能要求进行功能规划,把整个系统分为复位电路、单片机控制单元电路、A/D转换电路、RS232接口电路、RS485接口电路、输入/输出电路、键盘和LED显示电路、电源电路、GPRS模块,最后完成了整个系统的硬件设计。6.期刊论文赵广复MCS-51单片机应用系统中"软件陷阱技术"的实现-科技经济市场2007,""(8"软件陷阱技术"是MCS-51单片机应用系统中"软件抗干扰技术"的一种.它是通过设定软件陷阱,拦截"乱飞"程序,强行将其引向复位入口地址,利用专门的程序对出错程序进行处理.本文介绍了软件抗干扰技术中"软件陷阱技术"的实现方法.7.学位论文果莉C—LM3型数显式肌肉嫩度仪的研究2002该文研究对象的重点是测量肌肉的嫩度,其核心是测量肌肉的剪切力.国际以Warner--Bratzler剪切仪成为通用的肌肉嫩度计.基于Warner--Bratzler剪切仪的工作原理,该系统将传感器、微电子技术与计算机控制技术有机地结合起来,采用单片机控制技术针对肌肉嫩度测量系统进行了具体研究.实现了峰值保持功能、数字显示功能、轻触按键选择功能、过载保护功能、复位功能.其中系统硬件设计主要是采用MCS-51单片机为肌肉嫩度测量仪的核心,进行了系统电源设计、放大电路设计、数据采集和存储电路设计、复位电路设计;软件设计使用单片机C-51语言,它是一种结构程序设计语言,兼顾了多种高级语言的特点,并具备汇编语言的功能,根据程序设计原理,采用结构化程度设计,使软件结构清晰.各功能程序采用模块化、子程序化,便于调试、修改.另外,为了减少运算放大器、A/D转换电路的非线性引起的系统误差,在该文的最后分析了几种影响系统测量精度的误差来源,并制定出解决的方案.试验过程首先进行系统标定,三点法校准,进行调零、满度、中值校验.然后把实验机整机安装、运行,根据嫩度仪面板上的功能键,选择按键,测量不同的剪切力值,通过显示窗口读出测量的剪切力值.8.期刊论文马力男.罗卫兵.王文君几种μP监控芯片之功能比较-半导体技术2001,26(4介绍几种常用的具有复位、总线监测、电源监控、E2PROM等功能的IC芯片及其与MCS51单片机的接口电路。9.期刊论文宋学瑞.王英茂.SONGXueRui.WANGYingMao基于FPGA的微处理器内核设计与实现-电子技术应用2007,33(4设计了基于FPGA并与MCS-51单片机指令兼容的高效微处理器内核.本内核改进了传统MCS-51单片机的体系结构,使每个机器周期只需一个时钟周期,提高了指令的执行效率.同时增加了硬件看门狗及软件复位功能,提高了系统的可靠性和抗干扰能力.本内核通过了功能仿真并下载到FPGA中成功运行.10.学位论文赵佳佳可变喷嘴涡轮增压器电控系统开发2004柴油机作为一种热效率最高的动力机械广泛应用于交通运输、农业机械、工程机械等领域中并取得了显著的社会效益。然而柴油机在给人类带来便利的同时,其微粒(PM排放高、工作噪声大的缺点也给生态环境带来了巨大的压力。为了控制柴油机排放,提高柴油机性能,各种技术措施相继获得了深入地研究和应用,其中,增压尤其是废气涡轮增压在提高进气压力、改善燃烧过程、降低有害物排放和噪声等方面效果显著,因而成为车用柴油机性能优化的一个重要手段。但是废气涡轮增压由于采用固定的涡轮截面以及增压器的延迟特性会产生低速动力性不足和加速冒烟现象,而可变截面涡轮增压器(VGT由于在全工况范围内能够很好地与柴油机相匹配,目前已成为重型车用柴油机广泛研究的技术措施之一。可变喷嘴涡轮增压器(VNT作为VGT的一种主要型式是通过改变喷嘴环流通截面积的大小而实现增压器与柴油机的匹配。VNT实现“可变”的关键在于如何实现对执行器的精确控制。近年来,随着电子技术的发展,VNT电控系统以其控制精度高、反应灵敏等优点而成为研究的重点。国外开发的电控系统一般成本较高,整体结构较复杂,而国内在该方面的研究则相对较少,可供借鉴的经验也不多。本文在大柴CA6DE1-21K增压中冷柴油机匹配霍尼韦尔GT35V增压器的研究条件下,开发了一套VNT喷嘴截面积开度电子控制系统,并完成了电控系统的硬件和控制软件设计,最后在发动机台架上进行了试验研究。VNT电控系统的硬件组成包括信号采集、电控单元(ECU和执行机构三部分。其中,信号的采集由霍尔式转速传感器和可变电阻式油门位置传感器实现;MCS-51系列单片机及其外围扩展电路作为电控单元的主体;执行机构的核心部件是步进电机,此外还有传动装置(三级塔轮式减速器、连接装置(平面四连杆结构及反馈装置(滑线变阻器。该VNT电控系统具有结构简单、制造成本低、安装、拆卸及维修方便等优点,易于实现批量生产。考虑到控制系统结构的简化及控制的可靠性,电控系统的控制策略确定为以柴油机转速、油门位置及油门变化率作为输入参数,同时以步进电机实际运行位置作为反馈参数的开环控制方式。采用MCS-51单片机语言对控制软件进行了编制,软件总体上分为前处理和工作循环两部分并采用模块化的结构,主要功能模块包括执行机构复位、起动