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单片机系统抗干扰应用实例

2011年12月02日 ?? 收藏1
近年来,单片机以其体积小、价格廉、面向控制等独特优点,在各种工业控制、仪器仪表、设备、产品的自动化、智能化方面获得了广泛的应用。与此同时,单片机应用系统的可靠性成为人们越来越关注的重要课题。影响可靠性的因素是多方面的,如构成系统的元器件本身的可靠性、系统本身各部分之间的相互耦合因素等。其中系统的抗干扰性能是系统可靠性的重要指标。

1 MAX813L芯片及其工作原理

1.1 芯片特点

·加电、掉电以及供电电压下降情况下的复位输出,复位脉冲宽度典型值为200 ms。

·独立的看门狗输出,如果看门狗输入在1.6 s内未被触发,其输出将变为高电平。

·1.25 V门限值检测器,用于电源故障报警、电池低电压检测或+5 V以外的电源监控。

·低电平有效的手动复位输入。

·8引脚DIP封装。

1.2 MAX813L的引脚及功能

1.2.1 MAX813L芯片引脚排列见图1—1

MAX813L芯片引脚排列

1.2.2 各引脚功能及工作原理

(1)手动复位输入端

当该端输入低电平保持140 ms以上,MAX813L就输出复位信号.该输入端的最小输入脉宽要求可以有效地消除开关的抖动。与TTL/CMOS兼容。

(2)工作电源端(VCC):接+5V电源。

(3)电源接地端(GND):接0 V参考电平。

(4)电源故障输入端(PFI)

当该端输入电压低于1.25 V时,5号引脚输出端的信号由高电平变为低电平。

(5)电源故障输出端

电源正常时,保持高电平,电源电压变低或掉电时,输出由高电平变为低电平。

(6)看门狗信号输入端(WDI)

程序正常运行时,必须在小于1.6 s的时间间隔内向该输入端发送一个脉冲信号,以清除芯片内部的看门狗定时器。若超过1.6 s该输入端收不到脉冲信号,则内部定时器溢出,8号引脚由高电平变为低电平。

(7)复位信号输出端(RST)

上电时,自动产生200 ms的复位脉冲;手动复位端输入低电平时,该端也产生复位信号输出。

(8)看门狗信号输出端

正常工作时输出保持高电平,看门狗输出时,该端输出信号由高电平变为低电平。

2 电路设计

2.1 基本工作原理

工业环境中的干扰大多是以窄脉冲的形式出现,而最终造成微机系统故障的多数现象为“死机”。究其原因是CPU在执行某条指令时,受干扰的冲击,使它的操作码或地址码发生改变,致使该条指令出错。这时,CPU执行随机拼写的指令,甚至将操作数作为操作码执行,导致程序“跑飞”或进入“死循环”。为使这种“跑飞”或进入“死循环”的程序自动恢复,重新正常工作,一种有效的办法是采用硬件“看门狗”技术。用看门狗监视程序的运行。若程序发生“死机”,则看门狗产生复位信号,引导单片机程序重新进入正常运行。

此外,工业现场由于诸多大型用电设备的投入或撤出电网运行,往往造成系统的电源电压不稳,当电源电压降低或掉电时,会造成重要的数据丢失,系统不能正常运行。若设法在电源电压降至一定的限值之前,单片机快速地保存重要数据,将会最大限度地减少损失。

单片机的掉电工作方式电路原理图如图2—1所示:当PD设置为1时,激活掉电方式,与非门输出为低电平,时钟发生器停止工作,单片机内所有运行状态均被停止,只有片内RAM和SFR中的数据被保存起来。在单片机系统中可借助于一定的外部附加电路监测电源电压,并在电源发生故障时及时通知单片机(如通过引发中断来实现)快速保存重要数据,且断开外围设备用电电源,使整个应用系统的功耗降到最少。当电源恢复正常时,取消掉电工作方式,通过复位单片机,使系统重新正常工作。

单片机的掉电工作方式电路原理图

2.2 硬件实现电路图

图2—2给出了MAX813L在单片机系统中的典型应用线路图。此电路可以实现上电、瞬时掉电以及程序运行出现“死机”时的自动复位和随时的手动复位;并且可以实时地监视电源故障,以便及时地保存数据。

MAX813L在单片机系统中的典型应用线路图

本电路巧妙地利用了MAX813L的手动复位输入端。只要程序一旦跑飞引起程序“死机”,端电平由高到低,当变低超过140 ms,将引起MAX813L产生一个200 ms的复位脉冲。同时使看门狗定时器清0和使引脚变成高电平。也可以随时使用手动复位按钮使MAX813L产生复位脉冲,由于为产生复位脉冲端要求低电平至少保持140ms以上,故可以有效地消除开关抖动。

该电路可以实时地监视电源故障(掉电、电压降低等)。图2—2中R1的一端接未经稳压的直流电源。电源正常时,确保R2上的电压高于1.26 V,即保证MAX813L的PFI输入端电平高于1.26 V。当电源发生故障,PFI输入端的电平低于1.25 V时,电源故障输出端电平由高变低,引起单片机中断,CPU响应中断,执行相应的中断服务程序,保护数据,断开外部用电电路等。


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单片机? 抗干扰? 看门狗?

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