MSP43O單片機(jī)復(fù)位電路可靠性設(shè)計(jì)

0 引言
TI公司的混合信號(hào)處理器MSP430系列單片機(jī)以其處理能力強(qiáng)大、外圍器件集成度高、功率消耗低、產(chǎn)品系列全面、全系列工業(yè)級(jí)等特點(diǎn)，作為目前MCU主流市場(chǎng)的產(chǎn)品之一，在電子應(yīng)用領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用，被越來(lái)越多的電子設(shè)計(jì)師所青睞。由于復(fù)位電路設(shè)計(jì)問題而導(dǎo)致的系統(tǒng)出現(xiàn)上電后不工作或狀態(tài)不正確是很多MSP430單片機(jī)電路設(shè)計(jì)者們?cè)谠O(shè)計(jì)、調(diào)試和應(yīng)用中曾遇到過的問題，盡管這種情況發(fā)生的幾率很低，但對(duì)于可靠性要求較高的應(yīng)用場(chǎng)合，這個(gè)現(xiàn)象仍需引起電子設(shè)計(jì)人員的足夠重視。
為此，本文對(duì)MSP430全系列單片機(jī)的復(fù)位系統(tǒng)和復(fù)位機(jī)制進(jìn)行了詳細(xì)深入的分析，并針對(duì)性地提出了具體的外圍復(fù)位電路設(shè)計(jì)方案和有關(guān)電子元器件的詳細(xì)介紹，以供同行參考和交流。

1 MSP430復(fù)位機(jī)制
1．1 MSP430復(fù)位電路
MSP430的復(fù)位電路包括一個(gè)上電復(fù)位(POR)和上電清除信號(hào)(PUC)。POR是設(shè)備復(fù)位信號(hào)，它通常在以下三種事件發(fā)生時(shí)被觸發(fā)：a．上電；b．復(fù)位模式下RST／NMI腳出現(xiàn)低電平；c．電壓監(jiān)控設(shè)備(Brownout)觸發(fā)。
POR時(shí)序見圖1(a)所示。

當(dāng)供電電壓VCC緩慢上升時(shí)，POR監(jiān)測(cè)器保持POR信號(hào)有效直到VCC超出VPOR水平；當(dāng)供電電壓VCC快速上升時(shí)，POR延時(shí)t(POR DELAY)提供了足夠長(zhǎng)的有效POR信號(hào)以確保MSP430有足夠的時(shí)間進(jìn)行初始化。
1．2 Brownout電路
Brownout電路是電壓不足重置功能電路。它取代了POR檢測(cè)和POR延時(shí)電路。Brownout電路能夠檢測(cè)到上電或掉電過程中的較低的供電電壓值，并能在供電或掉電過程中通過觸發(fā)POR信號(hào)重置芯片。圖l(b)為Brownout電路的復(fù)位時(shí)序。從圖中看出，當(dāng)VCC超過啟動(dòng)電壓VCC(star-t)時(shí)POR信號(hào)有效，POR信號(hào)保持有效直到VCC電壓值高于極限電壓V(B_IT+)并經(jīng)過一段時(shí)間的延時(shí)t(BOR)；滯后電壓Vhys(B_IT-)用于確保供電電壓必須低于V(B_IT-)時(shí)Brownout電路才會(huì)產(chǎn)生下一個(gè)POR信號(hào)。
1．3 復(fù)位失效過程分析
對(duì)于沒有Brownout復(fù)位電路的情況，如果MSP430的供電電源是周期性的，當(dāng)電源再次上電時(shí)，供電電壓VCC在上一個(gè)周期的下降期或在受到干擾時(shí)必須低于Vmin(見圖1)才能確保POR信號(hào)的發(fā)生，如果VCC不能低于Vmin，將不會(huì)產(chǎn)生POR信號(hào)，此時(shí)，即使在RST／NMI出現(xiàn)了低電平信號(hào)也不會(huì)產(chǎn)生一個(gè)有效的POR信號(hào)，系統(tǒng)無(wú)法正常復(fù)位。
Brownout復(fù)位電路存在于部分MSP430系列芯片中，如MSP430F13X和MSP430F14X系列就沒有Brownout電路。對(duì)于沒有Brownout電路的芯片應(yīng)用系統(tǒng)，在工作時(shí)，由于受到干擾、電網(wǎng)波動(dòng)、誤操作等原因，短暫的電壓下降造成供電恢復(fù)時(shí)由于電壓沒有滿足POR的發(fā)生條件(低于Vmin)，復(fù)位端的低電平復(fù)位信號(hào)無(wú)法再次啟動(dòng)系統(tǒng)重新復(fù)位工作，此時(shí)出現(xiàn)系統(tǒng)死機(jī)，這種現(xiàn)象的出現(xiàn)盡管并不頻繁，但對(duì)于不能隨時(shí)進(jìn)行手動(dòng)復(fù)位的遠(yuǎn)端自動(dòng)控制系統(tǒng)而言，卻是致命的。
在進(jìn)行電路設(shè)計(jì)前仔細(xì)查看產(chǎn)品技術(shù)手冊(cè)，并針對(duì)各系列芯片的不同應(yīng)用條件設(shè)計(jì)不同的復(fù)位電路。

2 復(fù)位電路設(shè)計(jì)方法
2．1 提高復(fù)位門限
提高M(jìn)SP430的復(fù)位門限Vpor'，令Vpor'位于MSP430正常工作電壓范圍內(nèi)，且接近于MCU正常工作時(shí)的最低門限Vcc min，此時(shí)可以保證在供電電壓位于Vcc min附近且MCU仍能正常工作時(shí)，在門限處向MSP430發(fā)出復(fù)位信號(hào)。此時(shí)Vpor的值應(yīng)位于供電電源的低限(Vp min)和MSP430正常工作電壓的低限(Vcc min)之間。如圖3作圖所示。