2019年04月26日 | PIC单片机的外接电压检测复位电路举例

　　1．设计思路

　　有许多型号单片机的内部均不具备掉电复位功能，即使对于内部包含该功能的PIC单片机，其复位门槛电压值是固定不可更改的，有时不能满足用户的需求，因此，外加电压检测复位电路也是较常见的设计方案。

　　对于片内带有掉电复位功能BOR的PIC单片机，在使用外接电压检测复位电路时，就必须将内部BUR功能禁止，方法是将系统配置字的BUDEN位设置为0。

　　对于内部不带BOR功能的PIC单片机，其电源控制寄存器PCUN没有BOR标志位，无法准确识别由外接电压检测复位电路引起的单片机复位，因此在程序执行过程中在MCLR引脚施加了人工复位信号引起的复位。

　　与外接电压检测复位电路相关的单片机片内等效电路如图1所示，从该图可以看出，外接电压检测复位电路时，单片机内部的两个定时器不参与工作。

图1 与外接电压检测复位电路相关的单片机片内等效电路

　　2．电路设计

　　（1）外接分立元件电压检测复位电路。
　　下面给出了两种不利用分离元器件搭建的电压检测复位电路。电路工作原理是，当VDD下降到某一门槛值时，三极管截止，从而使MCLR端电平变低，迫使单片机复位。图2中该门槛值为VDD＜Vz十0.7V，其中Vz是稳压管的稳定电压的值，而图3中该门槛值为VDD＜0.7V（R1＋R2）／R1。

图2 外加电压检测复位电路（VDD＜Vz十0.7V）

图3 外加电压检测复位电路（VDD＜0.7V（R1＋R2）／R1）

　　（2）外接专用芯片电压检测复位电路。
　　图4所示为一种利用专用芯片HT70XX搭建的电压检测复位电路。台湾HOLTEK公司研制的HT70XX系列集成电路是一组采用CMOS工艺制造的电源欠压检测器，其包装形式有三脚直插式封装和贴片式封装两种。

图4 由HT70XX构建的外加电压检测复位电路
 

该系列芯片中包含多个型号，每种型号的芯片都用于检测一个固定的电压，整个系列中各芯片的电压检测值在1.5～7.0V范围内。由于采用了CM0S工艺，可以确保芯片具有较低的电源消耗。

　　（3）外接带延时的专用芯片电压检测复位电路。
　　IM－V809是美国IMP公司新研制的一组CM0S监控电路，能够为低功耗微控制器MCU微处理器MPU或数字系统监视3～5V的电源电压。在电源上电、掉电和跌落期间产生不低于140ms的复位脉冲，将该功能集成到一片3脚封装的小芯片内。

　　与采用分立元件或通用芯片构成的电路相比，系统电路的复杂性大大降低了，元器件的数量大大减小了，显著提高了系统的可靠性和精确度，应用电路如图5所示。

图5 由IMP809构建的外加电压检测复位电路

　　该系列产品能提供高、低两种复位信号电平，还能提供6钟复位门限电压4.63V、4.38V、4.00V、3.08V、2.39V和2.63V。

　　对于IMP809，在电源上电、掉电或跌落期间，只要VCC大于1.1V，就能保证RESET输出电压不高于0.4V的低电平，确保复位信号有效，在Vcc上升期间RESET维持低电平，直到电源电压升至复位门限以上。在超过此门限后，内部定时器大约再维持240ms后释放RESET，使其返回高电平。只要电源电压降低到复位门限以下（即电源跌落），RESET引脚会立刻变低。

　　（4）外接带人工复位的专用芯片电压检测复位电路。
　　IMP811是美国IMP公司新研制的一组CM0S监控电路，能够为低功耗微控制器MCU微处理器MPU或数字系统监视3～5V的电源电压，并能提供消除抖动的人工复位输入。

　　将这些常用的功能集成到一片4脚封装的小芯片内，与采用分立元件或单一功能芯片组合的电路相比，大大减小了系统电路的复杂性和元器件的数量，显著提高了系统的可靠性和精确度，应用电路如图6所示。

图6 由IMP811构建的外加电压检测复位电路

　　· 电源引起的复位。

　　复位信号用于启动或者重新启动MPU／MCU，令其进入或者返回到预知的循环程序并顺序执行。一旦MPU／MCU处于未知状态，例如程序“跑飞”或进入死循环，就需要强行将系统复位。IMP811就用于监视系统的电源电压，并在偏离正常范围，即低于复位门限时，发出一个复位信号。

　　对于IMP811，在电源上电、掉电或跌落期间，只要VCC还大于1.1V，就能保证RESET输出电压不高于0.4V的低电平，确保复位信号有效。

　　在Vcc上升期间RESET维持低电平直到电源电压升至复位门限以上。在超过此门限后，内部定时器大约再维持140ms后释放RESET，使其返回高电平。无论何时只要电源电压降低到复位门限以下，RESET引脚会立刻变低。

　　· 人工复位输入。

　　许多基于MPU／MCU的产品中需要人工复位功能，允许操作员、测量员或外接逻辑电路将系统初始化。为此，IMP811设计了一个低电平有效的手动复位输入端MR，平时该引脚可被片内200kΩ的上拉电阻拉到高电平。

　　启用人工复位功能时，该引脚可以被外接CMOS／TTL逻辑电路或一端接地的按钮开关拉成低电平。不需要采用外部去抖动电路，因为最小为180ms的复位时间足以消除机械开关的抖动。此外，为了提高可靠性，避免噪声引起的误动作，可在该引脚与地之间跨接—只0.1ΩF的电容。

（5）外接带电源故障告警的专用芯片电压检测复位电路。

　　美国MAXIM公司研制的MAX707／708是一组CMOS电源监测复位芯片，能够监控电源电压、电池故障。

　　当电源电压降至4.65V（对MAX707）或4.4V（对MAX708）以下时，产生复位输出信号。该系列产品采用3种不同的8脚封装形式DIP、SO和μMAX。

　　RESET／RESET操作：复位信号用于启动或者重新启动MPU／MCU，令其进入或者返回预知的循环程序并顺序执行。一旦MPU／MCU处于未知状态，例如程序“跑飞”或进入死循环，就需要强行将系统复位。

　　在上电期间只要Vcc大于1.0V，就能保证RESET输出不高于0.4V的低电平。在Vcc上升期间，RESET维持低电平直到电源电压升至复位门限（4.65V或4.40V）以上，在超过此门限后，内部定时器大约再维持200ms后释放RESET，使其返回高电平。

　　无论何时只要电源电压降低到复位门限以下（即电源跌落），RESET引脚就会变低。如果在已经开始的复位脉冲期间出现电源跌落，复位脉冲至少再维持140ms。

　　MAX707和MAX708提供的复位信号电平有RESET和RESET两种。一般复位信号伊多采用低电平，也有些单片机，如Intel的80u51系列，需要高电平有效的复位信号。

　　· 人工复位。
　　低电平有效的手动复位输入端MR可被片内250μA的上拉电流源拉到高电平，并可以被外接CMOS／TTL逻辑电路或一端接地的按钮开关拉成低电平。不需要采用外部去抖动电路，最小为140ms的复位时间足以消除机械开关的抖动。

　　· 电源故障比较器。
　　MAX707／MAX708片内带有一个辅助比较器，它具有独立的同相输入端PFI和输出端PFO，其反相输入端内部连接一个1.25V的参考电压源。

　　为了建立一个电源故障预警电路，可以在PFI引脚上连接一个电阻分压支路，该支路连接的监视点通常在稳压电源集成电路之前。通过调节电阻值，合理地选择分压比，使稳压器＋5V输出端电压下降之前PFI端的电压低于1.25V。

　　使用PFO为MPU／MCU提供中断信号，以便为即将到来的电源掉电做好充分的准备，例如保存必要的数据等。

　　MAX707／708与单片机配合使用的典型应用电路如图7所示。从图中可以看出，MAX707／708的3项功能全部被开发利用，构成了单片机的一个可靠的保护。

图7 由MAX667、MAX707构建的外加电压复位电路