基于MCS一51單片機(jī)的復(fù)位電路抗干擾分析與設(shè)計王暉,薛永存(沈陽鐵路局阜新車務(wù)段遼寧阜新123000摘要:隨著單片機(jī)在各個行業(yè)的廣泛應(yīng)用,其可靠性、安全性成為一個非常突出的問題。而單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中的復(fù)位電路能否可靠工作對整個微機(jī)系統(tǒng)可靠運(yùn)行至關(guān)重要。對常用復(fù)位電路中存在的一些問題進(jìn)行了分析,并提出了解決方法。關(guān)鍵詞:MCS一51單片機(jī);復(fù)位;抗干擾;可靠性中圖分類號:TP368.1文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B文章編號: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引言近年來,單片機(jī)在工業(yè)自動化生產(chǎn)、過程控制、智能化儀器儀表等領(lǐng)域的應(yīng)用越來越深入和廣泛,有效地提高了生產(chǎn)效率、控制質(zhì)量與經(jīng)濟(jì)效益,同時人們對其可靠性的要求也越來越高,因此必須采取抗干擾措施,否則系統(tǒng)難以穩(wěn)定、可靠地運(yùn)行。任何微機(jī)都是通過可靠復(fù)位之后才可有序執(zhí)行應(yīng)用程序的,所以系統(tǒng)復(fù)位電路的設(shè)計至關(guān)重要。單片機(jī)復(fù)位電路的結(jié)構(gòu)并不復(fù)雜,且參考電路的形式較多,但有些電路是原理性的,難以滿足系統(tǒng)的實際要求。因此,在設(shè)計時要加以注意。復(fù)位電路是易受噪聲干擾的敏感部位,當(dāng)復(fù)位端串入干擾時,大多數(shù)情況下不會造成單片機(jī)的錯誤復(fù)位,但有時會使CPU或I/0接口電路中寄存器的某些位的狀態(tài)發(fā)生變化,造成系統(tǒng)工作失常,所以在設(shè)計復(fù)位電路時,既要保證整個應(yīng)用系統(tǒng)的可靠復(fù)位,又要考慮復(fù)位電路應(yīng)具有較好的抗干擾能力。下面就常用復(fù)位電路中存在的~些問題及如何解決進(jìn)行了探討。2復(fù)位電路組成及參數(shù)選擇通常復(fù)位電路應(yīng)具有上電復(fù)位和開關(guān)手動復(fù)位功能。收稿日期:2005—11—14以MCs一51單片機(jī)為例,RST引腳是復(fù)位信號的輸入端,復(fù)位信號的高電平有效時間應(yīng)持續(xù)24個振蕩周期(即2個機(jī)器周期以上。若系統(tǒng)采用頻率為12MHz晶振,則復(fù)位信號至少應(yīng)持續(xù)2肛s才能完成內(nèi)部復(fù)位操作。但在實際應(yīng)用系統(tǒng)中還要考慮到系統(tǒng)電源的穩(wěn)定時間、參數(shù)漂移,晶振穩(wěn)定時間及復(fù)位的可靠性等因素,必須留有足夠的余量。若系統(tǒng)電源上升時間為10I"IIS,振蕩器起振時間和振蕩頻率有關(guān)(1MHz的為10ms。為了使系統(tǒng)可靠復(fù)位,RST引腳在上電自動復(fù)位時至少應(yīng)保持20ms的高電平。圖1是利用RC充放電原理實現(xiàn)上電自動復(fù)位。N—GNDGND(a(b圖l手動復(fù)位與上電復(fù)位電路相結(jié)合圖1(a中74LS04非門最小輸入高電平U。=2V,當(dāng)充電時間￡一0.6RC時,根據(jù)《電子元器件與實用電路手冊》電容C上的充電電壓阢=0.45*5全2V,取R—113音萬方數(shù)據(jù)1.5kt2,C=22kF,貝0￡一0.6*1.5*103*2.2*10“△20ms,其中t為復(fù)位時間。關(guān)于參數(shù)的選定在振蕩穩(wěn)定后應(yīng)保證復(fù)位高電平持續(xù)時間(即正脈沖寬度大于2個機(jī)器周期,當(dāng)采用晶振頻率為6MHz時,可取C=22扯F,R=1.5kQ;當(dāng)采用品振頻率為12MHz時,C=10”F,R=8.2kt2。3復(fù)位電路性能和抗干擾分析3.1單片機(jī)復(fù)位端口的干擾單片機(jī)復(fù)位端口的干擾主要來自電源和開關(guān)傳輸線串入的噪聲。電源在向系統(tǒng)提供能源的同時,也將其噪聲加到所供電的電源上。電路中微控制器的復(fù)位線、中斷線以及其他一些控制線最容易受外界噪聲的干擾。電網(wǎng)上的強(qiáng)干擾通過電源進(jìn)入電路,即使是電池供電,電池本身也有高頻噪聲。模擬電路中的模擬信號更經(jīng)受不住來自電源的干擾。圖1的復(fù)位電路在實際應(yīng)用中是難以滿足要求的(電源掉電瞬間不能使C。迅速放電,單片機(jī)不能可靠復(fù)位,而且不能抑制電源的噪聲干擾,必須對其進(jìn)行改造。系統(tǒng)上電運(yùn)行后若需要復(fù)位,一般通過手動復(fù)位來實現(xiàn)。手動復(fù)位按鈕一般都安裝在操作面板上,所以傳輸線較長,容易引起電磁感應(yīng)干擾,因此按鈕的傳輸線宜采用雙絞線(具有抑制電磁感應(yīng)干擾的性能,并遠(yuǎn)離交流用電設(shè)備。3.2電路結(jié)構(gòu)與抗干擾分析從電路結(jié)構(gòu)上分析,圖1(a所示電路實質(zhì)是一個低通濾波環(huán)節(jié),對于電源中存在的脈寬小于T(工程設(shè)計中一般取T一3r,r=RC的干擾有很好的抑制作用;(b中電路實質(zhì)是一個高通濾波環(huán)節(jié),對電源中存在的干擾脈沖沒有抑制作用。從抗干擾性能方面而言,圖1(a電路的抗電源噪聲的能力要優(yōu)于圖1(b。對圖1所示電路進(jìn)行改造,如圖2所示。圖2改造后的電路圖電路中的二極管D能在電源掉電時使電容C。迅速放電,待電源恢復(fù)正常時實現(xiàn)可靠復(fù)位,避免了電源瞬時掉電而電容c1不能迅速放電引起的單片機(jī)不能可靠復(fù)位,導(dǎo)致程序運(yùn)行失控。在靠近復(fù)位電路附近安裝電容C2,可提高對電源中高頻噪聲的抑制。使用施密特非f-I74LSl4(可以有效地清除疊加在矩形脈沖高、低電平上的噪聲代替74LS04非門,進(jìn)一步提高了系統(tǒng)的抗干擾能力;使用可重復(fù)觸發(fā)的集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74LSl23可以展寬復(fù)位信號,延長復(fù)位信號的持續(xù)時間,從而確?？煽繌?fù)位,但可能會出現(xiàn)單片機(jī)已復(fù)位完畢,與其統(tǒng)一復(fù)位的接口芯片尚未脫離復(fù)位狀態(tài)的現(xiàn)象,這就要求在軟件中加以注意。也可以使用IMP809,IMP706,IMP813,X25043,X25045等集成復(fù)位電路,能更可靠地實現(xiàn)系統(tǒng)復(fù)位。4系統(tǒng)中接口芯片的可靠復(fù)位在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中,某些接口芯片(如8255,0809等的復(fù)位端口往往和單片機(jī)復(fù)位端口連接在一起,實現(xiàn)系統(tǒng)統(tǒng)一復(fù)位。當(dāng)復(fù)位線較長而引起較大的分布電容時,會導(dǎo)致系統(tǒng)中接口電路的復(fù)位滯后于單片機(jī),這往往導(dǎo)致單片機(jī)對接口芯片進(jìn)行的初始操作失敗。因此,在實際應(yīng)用中一般都在單片機(jī)復(fù)位后先執(zhí)行10ms左右的軟件延時程序,然后再對接口電路進(jìn)行初始化。5結(jié)語在設(shè)計復(fù)位電路時,復(fù)位電路的結(jié)構(gòu)及參數(shù)選擇是至關(guān)重要的,一旦被疏忽,在較惡劣的環(huán)境中往往會使復(fù)位電路工作不可靠。經(jīng)實踐證明,圖2電路在實際應(yīng)用中能夠可靠工作。在工程實踐中通常都是幾種抗干擾方法并用,互相補(bǔ)充完善,才能取得較好的抗干擾效果。通過硬件與軟件抗干擾的結(jié)合,完善系統(tǒng)監(jiān)控程序,設(shè)計穩(wěn)定可靠的單片機(jī)復(fù)位系統(tǒng)是完全可行的。參考文獻(xiàn)[1]何立民.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,1995.[2]王幸之.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)抗干擾技術(shù)[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2000.[3]李維祥.MCS一51單片機(jī)原理與應(yīng)用[M].天津:天津大學(xué)出版社,2001.[4]韓廣興.電子元器件與實用電路手冊FM].北京:電子工業(yè)出版社,2002.作者簡介王暉女,1976年出生,漢族,現(xiàn)工作于沈陽鐵路局阜新車務(wù)段。從事計算機(jī)管理,助理工程師。薛永存男,1981年出生,滿族,現(xiàn)攻讀遼寧工程技術(shù)大學(xué)電氣工程系碩士學(xué)位。從事控制工程與控制理論的研究。114萬方數(shù)據(jù)基于MCS-51單片機(jī)的復(fù)位電路抗干擾分析與設(shè)計作者:王暉,薛永存,WANGHui,XUEYongcun作者單位:沈陽鐵路局阜新車務(wù)段,遼寧,阜新,123000刊名:現(xiàn)代電子技術(shù)英文刊名:MODERNELECTRONICSTECHNIQUE年,卷(期:2006,29(8被引用次數(shù):1次參考文獻(xiàn)(4條1.何立民單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計19952.王幸之單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)抗干擾技術(shù)20003.李維祥MCS-51單片機(jī)原理與應(yīng)用20014.韓廣興電子元器件與實用電路手冊2002相似文獻(xiàn)(10條1.學(xué)位論文項琳基于MCS-51單片機(jī)的油井系統(tǒng)測試儀研究2008目前,我國油田多為低滲透的低能、低產(chǎn)油田,通常需要向油井內(nèi)注入大量的水,再依靠抽油機(jī)將石油從地層中采到地上。因此,大部分油田都面臨“以水換油”的局面,這就導(dǎo)致油田耗電量極高,電費(fèi)開支驚人。因此,節(jié)約電能已成為石油行業(yè)關(guān)注的焦點。在油井系統(tǒng)工作的過程中,地面的拖動電機(jī)起著核心作用,它的利用率的高低直接關(guān)系開采的成本和效益。但據(jù)油田現(xiàn)狀,對電機(jī)功率的利用率很低,平均不超過30%。因此,抽油機(jī)的節(jié)能問題成為重申之重。油田野外生產(chǎn)作業(yè),給油井生產(chǎn)管理帶來很大困難,而目前所使用的主要手段仍然是通過人工測試來強(qiáng)化油井管理,局限性較大。針對這一現(xiàn)狀,本文以STC89C51單片機(jī)為核心,模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片ADC0809和串行EEPROM芯片AT24C32為主要外圍擴(kuò)展器件,設(shè)計了一套初級油井測試系統(tǒng)。本文設(shè)計的油井測試系統(tǒng)在硬件結(jié)構(gòu)上由電源模塊、振蕩電路、復(fù)位電路、存儲電路、數(shù)碼管顯示電路、數(shù)據(jù)采集電路、串行通訊電路以及其他一些外圍電路組成,對于這些硬件模塊本文給出了詳細(xì)設(shè)計。在系統(tǒng)軟件設(shè)計方面,本文詳細(xì)介紹了單片機(jī)作為下位機(jī)的數(shù)據(jù)采集程序、數(shù)據(jù)存儲程序、串行通訊程序及數(shù)據(jù)顯示程序的設(shè)計,以及PC機(jī)作為上位機(jī)的人機(jī)界面軟件的編寫思想及實現(xiàn)方法。本文設(shè)計的油井系統(tǒng)測試儀可以方便測得所需參數(shù),具有精度較高、速度較快和采集穩(wěn)定等優(yōu)點,效果良好,而且數(shù)據(jù)采集部分具有通用性,可以二次開發(fā)應(yīng)用于其他行業(yè),前景廣闊。2.期刊論文林德焱.LinDeyanMCS-51系統(tǒng)軟復(fù)位的深入研究-單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用2007,""(2在沒有硬件看門狗的系統(tǒng)以及一些對單片機(jī)I/O口線狀態(tài)高度敏感的系統(tǒng)中,軟復(fù)位功能相當(dāng)重要.標(biāo)準(zhǔn)MCS-51以及很多常見的51內(nèi)核單片機(jī)沒有提供"軟復(fù)位"方法.本文分別以51asm子程序和C51函數(shù)的形式,為MCS-51單片機(jī)系統(tǒng)提供完善的"軟復(fù)位"方法.3.期刊論文于進(jìn)杰.方龍.楊道馳.李學(xué)武單片機(jī)復(fù)位時間的優(yōu)化設(shè)計探討-電腦與信息技術(shù)2010,18(2MCS-51單片機(jī)的復(fù)位是靠外部電路實現(xiàn)的.復(fù)位時間的確定是設(shè)計申一個很關(guān)鍵的參數(shù),在實際運(yùn)行環(huán)境中,復(fù)位時間偏長,可能會導(dǎo)致應(yīng)用系統(tǒng)在該復(fù)位的時候沒有復(fù)位,導(dǎo)致系統(tǒng)出錯;反之亦然.由此給出一個簡單易行的復(fù)住電路.4.期刊論文王志敏用過沖法降低MCS-51單片機(jī)對復(fù)位電壓的要求-上海工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報2001,15(4提出了一種方法--過沖法,可以在某些不滿足復(fù)位電壓(必須大于最低工作電壓的情況下,使得單片機(jī)能夠正常可靠地復(fù)位和工作.從方案的數(shù)學(xué)論證、實驗電路的設(shè)計調(diào)試等幾個方面驗證了這種方法的可行性.5.學(xué)位論文董建基于GPRS和MCS-51單片機(jī)的水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計2007水質(zhì)監(jiān)測是水資源管理與保護(hù)的重要基礎(chǔ),是保護(hù)水環(huán)境的重要手段。目前我國的水質(zhì)監(jiān)測仍然存在很多問題,一是各級水質(zhì)監(jiān)測中心的采樣能力不足,監(jiān)測頻率低。二是機(jī)動監(jiān)測能力不足,移動水質(zhì)分析監(jiān)測實驗室配備數(shù)量太少,現(xiàn)場監(jiān)測能力低。三是自動水質(zhì)監(jiān)測站數(shù)量太少,缺乏自動測報能力,難以獲得重點水功能區(qū)主要水質(zhì)監(jiān)測的實時數(shù)據(jù)。針對以上我國水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)的問題,本論文設(shè)計了基于GPRS和MCS-51單片機(jī)的水質(zhì)實時監(jiān)測系統(tǒng)。首先,論文從用戶需求的角度詳細(xì)闡述了本系統(tǒng)應(yīng)該具備的功能;其次,根據(jù)功能要求進(jìn)行功能規(guī)劃,把整個系統(tǒng)分為復(fù)位電路、單片機(jī)控制單元電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、RS232接口電路、RS485接口電路、輸入/輸出電路、鍵盤和LED顯示電路、電源電路、GPRS模塊,最后完成了整個系統(tǒng)的硬件設(shè)計。6.期刊論文趙廣復(fù)MCS-51單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中"軟件陷阱技術(shù)"的實現(xiàn)-科技經(jīng)濟(jì)市場2007,""(8"軟件陷阱技術(shù)"是MCS-51單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中"軟件抗干擾技術(shù)"的一種.它是通過設(shè)定軟件陷阱,攔截"亂飛"程序,強(qiáng)行將其引向復(fù)位入口地址,利用專門的程序?qū)Τ鲥e程序進(jìn)行處理.本文介紹了軟件抗干擾技術(shù)中"軟件陷阱技術(shù)"的實現(xiàn)方法.7.學(xué)位論文果莉C—LM3型數(shù)顯式肌肉嫩度儀的研究2002該文研究對象的重點是測量肌肉的嫩度,其核心是測量肌肉的剪切力.國際以Warner--Bratzler剪切儀成為通用的肌肉嫩度計.基于Warner--Bratzler剪切儀的工作原理,該系統(tǒng)將傳感器、微電子技術(shù)與計算機(jī)控制技術(shù)有機(jī)地結(jié)合起來,采用單片機(jī)控制技術(shù)針對肌肉嫩度測量系統(tǒng)進(jìn)行了具體研究.實現(xiàn)了峰值保持功能、數(shù)字顯示功能、輕觸按鍵選擇功能、過載保護(hù)功能、復(fù)位功能.其中系統(tǒng)硬件設(shè)計主要是采用MCS-51單片機(jī)為肌肉嫩度測量儀的核心,進(jìn)行了系統(tǒng)電源設(shè)計、放大電路設(shè)計、數(shù)據(jù)采集和存儲電路設(shè)計、復(fù)位電路設(shè)計;軟件設(shè)計使用單片機(jī)C-51語言,它是一種結(jié)構(gòu)程序設(shè)計語言,兼顧了多種高級語言的特點,并具備匯編語言的功能,根據(jù)程序設(shè)計原理,采用結(jié)構(gòu)化程度設(shè)計,使軟件結(jié)構(gòu)清晰.各功能程序采用模塊化、子程序化,便于調(diào)試、修改.另外,為了減少運(yùn)算放大器、A/D轉(zhuǎn)換電路的非線性引起的系統(tǒng)誤差,在該文的最后分析了幾種影響系統(tǒng)測量精度的誤差來源,并制定出解決的方案.試驗過程首先進(jìn)行系統(tǒng)標(biāo)定,三點法校準(zhǔn),進(jìn)行調(diào)零、滿度、中值校驗.然后把實驗機(jī)整機(jī)安裝、運(yùn)行,根據(jù)嫩度儀面板上的功能鍵,選擇按鍵,測量不同的剪切力值,通過顯示窗口讀出測量的剪切力值.8.期刊論文馬力男.羅衛(wèi)兵.王文君幾種μP監(jiān)控芯片之功能比較-半導(dǎo)體技術(shù)2001,26(4介紹幾種常用的具有復(fù)位、總線監(jiān)測、電源監(jiān)控、E2PROM等功能的IC芯片及其與MCS51單片機(jī)的接口電路。9.期刊論文宋學(xué)瑞.王英茂.SONGXueRui.WANGYingMao基于FPGA的微處理器內(nèi)核設(shè)計與實現(xiàn)-電子技術(shù)應(yīng)用2007,33(4設(shè)計了基于FPGA并與MCS-51單片機(jī)指令兼容的高效微處理器內(nèi)核.本內(nèi)核改進(jìn)了傳統(tǒng)MCS-51單片機(jī)的體系結(jié)構(gòu),使每個機(jī)器周期只需一個時鐘周期,提高了指令的執(zhí)行效率.同時增加了硬件看門狗及軟件復(fù)位功能,提高了系統(tǒng)的可靠性和抗干擾能力.本內(nèi)核通過了功能仿真并下載到FPGA中成功運(yùn)行.10.學(xué)位論文趙佳佳可變噴嘴渦輪增壓器電控系統(tǒng)開發(fā)2004柴油機(jī)作為一種熱效率最高的動力機(jī)械廣泛應(yīng)用于交通運(yùn)輸、農(nóng)業(yè)機(jī)械、工程機(jī)械等領(lǐng)域中并取得了顯著的社會效益。然而柴油機(jī)在給人類帶來便利的同時,其微粒(PM排放高、工作噪聲大的缺點也給生態(tài)環(huán)境帶來了巨大的壓力。為了控制柴油機(jī)排放,提高柴油機(jī)性能,各種技術(shù)措施相繼獲得了深入地研究和應(yīng)用,其中,增壓尤其是廢氣渦輪增壓在提高進(jìn)氣壓力、改善燃燒過程、降低有害物排放和噪聲等方面效果顯著,因而成為車用柴油機(jī)性能優(yōu)化的一個重要手段。但是廢氣渦輪增壓由于采用固定的渦輪截面以及增壓器的延遲特性會產(chǎn)生低速動力性不足和加速冒煙現(xiàn)象,而可變截面渦輪增壓器(VGT由于在全工況范圍內(nèi)能夠很好地與柴油機(jī)相匹配,目前已成為重型車用柴油機(jī)廣泛研究的技術(shù)措施之一?？勺儑娮鞙u輪增壓器(VNT作為VGT的一種主要型式是通過改變噴嘴環(huán)流通截面積的大小而實現(xiàn)增壓器與柴油機(jī)的匹配。VNT實現(xiàn)“可變”的關(guān)鍵在于如何實現(xiàn)對執(zhí)行器的精確控制。近年來,隨著電子技術(shù)的發(fā)展,VNT電控系統(tǒng)以其控制精度高、反應(yīng)靈敏等優(yōu)點而成為研究的重點。國外開發(fā)的電控系統(tǒng)一般成本較高,整體結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,而國內(nèi)在該方面的研究則相對較少,可供借鑒的經(jīng)驗也不多。本文在大柴CA6DE1-21K增壓中冷柴油機(jī)匹配霍尼韋爾GT35V增壓器的研究條件下,開發(fā)了一套VNT噴嘴截面積開度電子控制系統(tǒng),并完成了電控系統(tǒng)的硬件和控制軟件設(shè)計,最后在發(fā)動機(jī)臺架上進(jìn)行了試驗研究。VNT電控系統(tǒng)的硬件組成包括信號采集、電控單元(ECU和執(zhí)行機(jī)構(gòu)三部分。其中,信號的采集由霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器和可變電阻式油門位置傳感器實現(xiàn);MCS-51系列單片機(jī)及其外圍擴(kuò)展電路作為電控單元的主體;執(zhí)行機(jī)構(gòu)的核心部件是步進(jìn)電機(jī),此外還有傳動裝置(三級塔輪式減速器、連接裝置(平面四連桿結(jié)構(gòu)及反饋裝置(滑線變阻器。該VNT電控系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、制造成本低、安裝、拆卸及維修方便等優(yōu)點,易于實現(xiàn)批量生產(chǎn)?？紤]到控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的簡化及控制的可靠性,電控系統(tǒng)的控制策略確定為以柴油機(jī)轉(zhuǎn)速、油門位置及油門變化率作為輸入?yún)?shù),同時以步進(jìn)電機(jī)實際運(yùn)行位置作為反饋參數(shù)的開環(huán)控制方式。采用MCS-51單片機(jī)語言對控制軟件進(jìn)行了編制,軟件總體上分為前處理和工作循環(huán)兩部分并采用模塊化的結(jié)構(gòu),主要功能模塊包括執(zhí)行機(jī)構(gòu)復(fù)位、起動