摘要：首先分析了單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的一般復(fù)位電路，然后討論了多芯片系統(tǒng)對(duì)復(fù)位功能的要求，并針對(duì)80C552的特殊復(fù)位結(jié)構(gòu)，詳細(xì)介紹了一種軟件、硬件相結(jié)合的同步復(fù)位電路。
關(guān)鍵詞：軟件復(fù)位；同步；可靠性

0．引言

復(fù)位是單片機(jī)的重要操作內(nèi)容，復(fù)位功能是系統(tǒng)正常運(yùn)行的先決條件。在簡(jiǎn)單的復(fù)位電路中，只要在微處理芯片的RESET引腳保持高電平達(dá)2個(gè)以上的機(jī)器周期，即可完成一次復(fù)位操作^[1]。考慮到電源的穩(wěn)定時(shí)間，參數(shù)漂移，晶振穩(wěn)定時(shí)間以及復(fù)位的可靠性等因素，一般只要在RESET引腳出現(xiàn)10ms以上的高電平，就能使單片機(jī)有效復(fù)位。但是在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中除單片機(jī)外，往往還有若干個(gè)外圍器件，如果外圍器件有復(fù)位要求，便形成了多個(gè)芯片的綜合復(fù)位系統(tǒng)，這時(shí)，一般的復(fù)位電路就不能滿足使用要求，本文以常用芯片80C552為例，提出了一種多芯片同步復(fù)位電路設(shè)計(jì)方法，供讀者參考。

1．MSC-51系列的一般上電復(fù)位電路

圖1 一般復(fù)位電路

一般上電復(fù)位電路是利用RC充電原理實(shí)現(xiàn)的，如圖1(a)所示。初始上電，電容兩端等電位，則RESET為高電平，隨著對(duì)電容的充電，RESET端電位逐漸降低，直至低電平，復(fù)位過(guò)程結(jié)束。RC的選取應(yīng)使RESET端保持10ms的高電平，才能實(shí)現(xiàn)可靠復(fù)位。

圖1(a)雖然能實(shí)現(xiàn)上電復(fù)位功能，但對(duì)干擾沒有抵抗作用，不能保證復(fù)位電路任何時(shí)候都能可靠地工作。單片機(jī)復(fù)位端口的干擾主要來(lái)自電源的噪聲，盡管不會(huì)造成單片機(jī)的錯(cuò)誤復(fù)位，但會(huì)引起某些內(nèi)部寄存器錯(cuò)誤復(fù)位。因此要采取必要措施，消除干擾低復(fù)位功能的影響。

圖1(b)給出了一個(gè)改進(jìn)的電路。電阻R與電容C構(gòu)成一個(gè)低通濾波環(huán)節(jié)，然后通過(guò)74LS14施密特電路接入單片機(jī)復(fù)位端，可以提高對(duì)串入復(fù)位端噪聲的抑制能力。電路中并聯(lián)二極管D的目的是在電源斷電后，電容能迅速放電。如果沒有二極管，那么在斷電窄脈沖的干擾下，由于電容C不能迅速將電荷放掉，待電源恢復(fù)時(shí)，由于電容C兩端仍維持較高電壓，單片機(jī)不能上電自動(dòng)復(fù)位，導(dǎo)致程序運(yùn)行失控。

2. 基于80C552的多芯片同步復(fù)位的硬件電路

2.1 80C552內(nèi)部特殊的復(fù)位結(jié)構(gòu)

圖 2 80C552片內(nèi)復(fù)位電路

80C552^[4]芯片的內(nèi)部復(fù)位電路和MSC-51系列的其他芯片不同，它已經(jīng)將抑制噪聲干擾的史密特電路集成到芯片內(nèi)部，這樣就減少了外部連接的不可靠因素的影響，而且將上電復(fù)位用的充電電阻也集成到芯片內(nèi)部，簡(jiǎn)化了外部復(fù)位電路的硬件設(shè)計(jì)，提高了上電復(fù)位的可靠性。

另外，80C552內(nèi)部有一個(gè)定時(shí)監(jiān)視器T3，可以產(chǎn)生內(nèi)部復(fù)位。如圖2所示。80C552的內(nèi)部復(fù)位過(guò)程是：將定時(shí)監(jiān)視器T3置為有效，當(dāng)程序運(yùn)行出現(xiàn)異常時(shí)，定時(shí)器T3溢出，并輸出寬度為3個(gè)機(jī)器周期的窄脈沖到復(fù)位電路，這樣的脈沖足以完成一次復(fù)位操作，使系統(tǒng)盡快地從故障中恢復(fù)正常。80C552的外部復(fù)位與內(nèi)部復(fù)位是相互獨(dú)立的，當(dāng)允許內(nèi)部復(fù)位時(shí)，不管RST引腳是否為高電平，都能產(chǎn)生一次復(fù)位操作。

2.2 單獨(dú)采用80C552芯片的復(fù)位電路

圖 3   80C552外部復(fù)位電路

如果80C552的復(fù)位端不再連到其它芯片上，可以采取圖3（a）的方案，外部元件少，而且外部復(fù)位、內(nèi)部復(fù)位均可實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，可靠性也高。

2.3 多芯片簡(jiǎn)單復(fù)位電路

當(dāng)系統(tǒng)中有多個(gè)復(fù)位端連在一起時(shí)，不能采用圖3(a)的方案。因?yàn)殡娙莸姆烹娮饔茫沟肨3輸出的窄脈沖無(wú)法在RST引腳出現(xiàn)，這樣，當(dāng)產(chǎn)生內(nèi)部復(fù)位條件時(shí)，雖然80C552可以得到復(fù)位，但其它外圍芯片無(wú)法得到復(fù)位。這時(shí)應(yīng)采用圖3（b）的方案，電容不直接與RST引腳相連，在RST引腳就可以取到T3輸出的窄脈沖了。這樣，當(dāng)產(chǎn)生內(nèi)部復(fù)位條件時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)都可以實(shí)現(xiàn)復(fù)位了。

但由于不同廠家生產(chǎn)的芯片結(jié)構(gòu)不同，對(duì)復(fù)位的要求也不同^[5]，況且多芯片的復(fù)位連接必然使復(fù)位線加長(zhǎng)，這極易引起較大的分布電容，從而使外圍電路的復(fù)位過(guò)程滯后于單片機(jī)，如果單片機(jī)復(fù)位結(jié)束后立即對(duì)外圍電路進(jìn)行初始化操作，往往會(huì)導(dǎo)致失敗。解決的方法是在程序的初始處加一些延時(shí)軟件，然后再對(duì)外圍芯片進(jìn)行初始化設(shè)置，可實(shí)現(xiàn)多個(gè)芯片的可靠同步。

2.4 基于80C552的多芯片同步復(fù)位電路設(shè)計(jì)圖 

 
圖 4  多芯片綜合復(fù)位電路舉例 

5 軟件復(fù)位流程圖

圖4是我們?cè)O(shè)計(jì)的遙控?cái)?shù)據(jù)采集器的接收和轉(zhuǎn)發(fā)電路，紅外接收器接收發(fā)射器發(fā)過(guò)來(lái)的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)信息，送到89C2051進(jìn)行處理,然后通過(guò)I²C總線傳送到80C552,經(jīng)過(guò)80C552進(jìn)一步處理后,采用CAN總線傳送到數(shù)據(jù)處理中心.我們這里僅對(duì)它的復(fù)位電路進(jìn)行討論.

在這個(gè)系統(tǒng)中，除了80C552需要復(fù)位外，還有兩個(gè)芯片需要復(fù)位操作，一個(gè)是CAN控制器SJA1000,一個(gè)是單片機(jī)89C2051。其復(fù)位要求是：既要有上電自動(dòng)復(fù)位功能，又要能通過(guò)定時(shí)監(jiān)視器T3實(shí)現(xiàn)“看門狗”復(fù)位功能；當(dāng)80C552復(fù)位時(shí)，89C2051和SJA1000也同時(shí)復(fù)位；當(dāng)89C2051或SJA1000出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，通過(guò)80C552能夠分別對(duì)其進(jìn)行復(fù)位，而不影響80C552程序的正常運(yùn)行。而且，89C2051和SJA1000兩個(gè)芯片的復(fù)位電平信號(hào)不同，前者為高電平復(fù)位，后者為低電平復(fù)位。按照上述功能要求，簡(jiǎn)單的采用前面介紹的兩種復(fù)位電路均不可行。于是我們采取了一種軟件與硬件結(jié)合的方法，這種方法是，在硬件結(jié)構(gòu)上，芯片80C552的外部復(fù)位電路仍采用圖3(a)的結(jié)構(gòu)，芯片89C2051和SJA1000的復(fù)位不直接與80C552的復(fù)位端相連，而是連到了80C552的兩根I/O口線P1.1和P1.3；在軟件設(shè)計(jì)上，通過(guò)在初始化程序中軟件模擬上電復(fù)位過(guò)程，就可以滿足系統(tǒng)的要求，其程序流程圖如圖5所示。

系統(tǒng)綜合復(fù)位過(guò)程是：系統(tǒng)上電后，80C552首先復(fù)位，開始運(yùn)行軟件程序，在執(zhí)行初始化部分時(shí)，首先通過(guò)P1.1和P1.3實(shí)現(xiàn)對(duì)89C2051和SJA1000的復(fù)位操作，然后再運(yùn)行其他程序。當(dāng)程序運(yùn)行出現(xiàn)異常時(shí)，“看門狗”起作用，T3溢出產(chǎn)生內(nèi)部復(fù)位操作，程序重新開始，初始化部分也重新運(yùn)行，89C2051和SJA1000隨之再?gòu)?fù)位一次。在程序正常運(yùn)行過(guò)程中，如果與89C2051或SJA1000相關(guān)的模塊出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)，可以通過(guò)軟件判定是否出現(xiàn)異常，之后通過(guò)P1.1、P1.3端口分別對(duì)89C2051或SJA1000單獨(dú)進(jìn)行復(fù)位操作，此時(shí)80C552并不需要復(fù)位，程序正常運(yùn)行。

3 結(jié)論：

本文作者創(chuàng)新點(diǎn): 對(duì)于多芯片結(jié)構(gòu)提出了一種軟件與硬件相結(jié)合的方法建立同步復(fù)位系統(tǒng)。這種方法有利于提高系統(tǒng)設(shè)計(jì)的靈活性和可靠性。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期使用的結(jié)果表明，這種采用軟件、硬件相結(jié)合的復(fù)位方法，具有硬件器件少、靈活、可靠性高的特點(diǎn)，完全能夠保證多個(gè)芯片的可靠同步。

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