一種高可靠性的復(fù)位電路

摘要：介紹了復(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

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(kāi)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，復(fù)位有效。持續(xù)一段時(shí)間后，復(fù)位撤除，微機(jī)開(kāi)始工作。該電路唯一優(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。（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。

圖2是圖1的改進(jìn)型，使用時(shí)R11R12，R11>>C12。它克服了圖1電路中的缺點(diǎn)（2），但是仍然有缺點(diǎn)（1）和（3）。

圖3是一種可靠的復(fù)位電路，由四部分組成：

(1)或非門(mén)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Vcc4.75V，那么比較器同相端電壓V22.5V，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)，最初一段時(shí)間內(nèi)，因C1電壓不突變，故U3的CLR=1，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(mén)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的輸出由其此腳13決定，復(fù)位有效。在電源正常后CPU開(kāi)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(mén)狗輸出。如果在1.6s內(nèi)看門(mén)狗輸入端未被觸發(fā)，看門(mén)狗輸出將變?yōu)榈碗娖健?/P>

（3）1.25門(mén)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。

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(mén)狗功能。

上電掉電復(fù)位功能由芯片本身提供，而看門(mén)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)有鏟。如果程序跳飛盲目運(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)現(xiàn)應(yīng)用中具很高的可靠性，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。

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變化的高壓變化器產(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則引起的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)高壓切斷的，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(kāi)，J2繼電器控制液晶顯示器的掉電及上電。U1、U3、U3、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。

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高壓斷電器閉合，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)到滿足位時(shí)，P1.6變?yōu)楦呤请娖剑瑒t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(kāi)，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。