資料介紹
近年來,單片機以其體積小、價格廉、面向控制等獨特優點,在各種工業控制、儀器儀表、設備、產品的自動化、智能化方面獲得了廣泛的應用。與此同時,單片機應用系統的可靠性成為人們越來越關注的重要課題。影響可靠性的因素是多方面的,如構成系統的元器件本身的可靠性、系統本身各部分之間的相互耦合因素等。其中系統的抗干擾性能是系統可靠性的重要指標。
1 MAX813L芯片及其工作原理
1.1 芯片特點
·加電、掉電以及供電電壓下降情況下的復位輸出,復位脈沖寬度典型值為200 ms。
·獨立的看門狗輸出,如果看門狗輸入在1.6 s內未被觸發,其輸出將變為高電平。
·1.25 V門限值檢測器,用于電源故障報警、電池低電壓檢測或+5 V以外的電源監控。
·低電平有效的手動復位輸入。
·8引腳DIP封裝。
1.2 MAX813L的引腳及功能
1.2.1 MAX813L芯片引腳排列見圖1—1
1.2.2 各引腳功能及工作原理
(1)手動復位輸入端
當該端輸入低電平保持140 ms以上,MAX813L就輸出復位信號。該輸入端的最小輸入脈寬要求可以有效地消除開關的抖動。與TTL/CMOS兼容。
(2)工作電源端(VCC):接+5V電源。
(3)電源接地端(GND):接0 V參考電平。
(4)電源故障輸入端(PFI)
當該端輸入電壓低于1.25 V時,5號引腳輸出端的信號由高電平變為低電平。
(5)電源故障輸出端
電源正常時,保持高電平,電源電壓變低或掉電時,輸出由高電平變為低電平。
(6)看門狗信號輸入端(WDI)
程序正常運行時,必須在小于1.6 s的時間間隔內向該輸入端發送一個脈沖信號,以清除芯片內部的看門狗定時器。若超過1.6 s該輸入端收不到脈沖信號,則內部定時器溢出,8號引腳由高電平變為低電平。
(7)復位信號輸出端(RST)
上電時,自動產生200 ms的復位脈沖;手動復位端輸入低電平時,該端也產生復位信號輸出。
(8)看門狗信號輸出端
正常工作時輸出保持高電平,看門狗輸出時,該端輸出信號由高電平變為低電平。
2 電路設計
2.1 基本工作原理
工業環境中的干擾大多是以窄脈沖的形式出現,而最終造成微機系統故障的多數現象為“死機”。究其原因是CPU在執行某條指令時,受干擾的沖擊,使它的操作碼或地址碼發生改變,致使該條指令出錯。這時,CPU執行隨機拼寫的指令,甚至將操作數作為操作碼執行,導致程序“跑飛”或進入“死循環”。為使這種“跑飛”或進入“死循環”的程序自動恢復,重新正常工作,一種有效的辦法是采用硬件“看門狗”技術。用看門狗監視程序的運行。若程序發生“死機”,則看門狗產生復位信號,引導單片機程序重新進入正常運行。
此外,工業現場由于諸多大型用電設備的投入或撤出電網運行,往往造成系統的電源電壓不穩,當電源電壓降低或掉電時,會造成重要的數據丟失,系統不能正常運行。若設法在電源電壓降至一定的限值之前,單片機快速地保存重要數據,將會最大限度地減少損失。
單片機的掉電工作方式電路原理圖如圖2—1所示:當PD設置為1時,激活掉電方式,與非門輸出為低電平,時鐘發生器停止工作,單片機內所有運行狀態均被停止,只有片內RAM和SFR中的數據被保存起來。在單片機系統中可借助于一定的外部附加電路監測電源電壓,并在電源發生故障時及時通知單片機(如通過引發中斷來實現)快速保存重要數據,且斷開外圍設備用電電源,使整個應用系統的功耗降到最少。當電源恢復正常時,取消掉電工作方式,通過復位單片機,使系統重新正常工作。
2.2 硬件實現電路圖
圖2—2給出了MAX813L在單片機系統中的典型應用線路圖。此電路可以實現上電、瞬時掉電以及程序運行出現“死機”時的自動復位和隨時的手動復位;并且可以實時地監視電源故障,以便及時地保存數據。
本電路巧妙地利用了MAX813L的手動復位輸入端。只要程序一旦跑飛引起程序“死機”,端電平由高到低,當變低超過140 ms,將引起MAX813L產生一個200 ms的復位脈沖。同時使看門狗定時器清0和使引腳變成高電平。也可以隨時使用手動復位按鈕使MAX813L產生復位脈沖,由于為產生復位脈沖端要求低電平至少保持140ms以上,故可以有效地消除開關抖動。
該電路可以實時地監視電源故障(掉電、電壓降低等)。圖2—2中R1的一端接未經穩壓的直流電源。電源正常時,確保R2上的電壓高于1.26 V,即保證MAX813L的PFI輸入端電平高于1.26 V。當電源發生故障,PFI輸入端的電平低于1.25 V時,電源故障輸出端電平由高變低,引起單片機中斷,CPU響應中斷,執行相應的中斷服務程序,保護數據,斷開外部用電電路等。
3 抗干擾程序設計
3.1 程序運行“死機”及相應對策
程序正常運行時,由主程序在小于1.6 s的時間間隔內周期性地從P1.7端向MAX813L的WDI輸入端發送一個脈沖信號,以清除芯片內部的看門狗定時器。實現指令為:
RST-PRG:SETB P1.7
NOP
CLR P1.7
若超過1.6 s該輸入端收不到脈沖信號,則內部看門狗定時器溢出,8號引腳由高電平變為低電平。引起MAX813L產生一個200 ms的復位脈沖。同時使看門狗定時器清0和使引腳變成高電平。
1 MAX813L芯片及其工作原理
1.1 芯片特點
·加電、掉電以及供電電壓下降情況下的復位輸出,復位脈沖寬度典型值為200 ms。
·獨立的看門狗輸出,如果看門狗輸入在1.6 s內未被觸發,其輸出將變為高電平。
·1.25 V門限值檢測器,用于電源故障報警、電池低電壓檢測或+5 V以外的電源監控。
·低電平有效的手動復位輸入。
·8引腳DIP封裝。
1.2 MAX813L的引腳及功能
1.2.1 MAX813L芯片引腳排列見圖1—1
1.2.2 各引腳功能及工作原理
(1)手動復位輸入端
當該端輸入低電平保持140 ms以上,MAX813L就輸出復位信號。該輸入端的最小輸入脈寬要求可以有效地消除開關的抖動。與TTL/CMOS兼容。
(2)工作電源端(VCC):接+5V電源。
(3)電源接地端(GND):接0 V參考電平。
(4)電源故障輸入端(PFI)
當該端輸入電壓低于1.25 V時,5號引腳輸出端的信號由高電平變為低電平。
(5)電源故障輸出端
電源正常時,保持高電平,電源電壓變低或掉電時,輸出由高電平變為低電平。
(6)看門狗信號輸入端(WDI)
程序正常運行時,必須在小于1.6 s的時間間隔內向該輸入端發送一個脈沖信號,以清除芯片內部的看門狗定時器。若超過1.6 s該輸入端收不到脈沖信號,則內部定時器溢出,8號引腳由高電平變為低電平。
(7)復位信號輸出端(RST)
上電時,自動產生200 ms的復位脈沖;手動復位端輸入低電平時,該端也產生復位信號輸出。
(8)看門狗信號輸出端
正常工作時輸出保持高電平,看門狗輸出時,該端輸出信號由高電平變為低電平。
2 電路設計
2.1 基本工作原理
工業環境中的干擾大多是以窄脈沖的形式出現,而最終造成微機系統故障的多數現象為“死機”。究其原因是CPU在執行某條指令時,受干擾的沖擊,使它的操作碼或地址碼發生改變,致使該條指令出錯。這時,CPU執行隨機拼寫的指令,甚至將操作數作為操作碼執行,導致程序“跑飛”或進入“死循環”。為使這種“跑飛”或進入“死循環”的程序自動恢復,重新正常工作,一種有效的辦法是采用硬件“看門狗”技術。用看門狗監視程序的運行。若程序發生“死機”,則看門狗產生復位信號,引導單片機程序重新進入正常運行。
此外,工業現場由于諸多大型用電設備的投入或撤出電網運行,往往造成系統的電源電壓不穩,當電源電壓降低或掉電時,會造成重要的數據丟失,系統不能正常運行。若設法在電源電壓降至一定的限值之前,單片機快速地保存重要數據,將會最大限度地減少損失。
單片機的掉電工作方式電路原理圖如圖2—1所示:當PD設置為1時,激活掉電方式,與非門輸出為低電平,時鐘發生器停止工作,單片機內所有運行狀態均被停止,只有片內RAM和SFR中的數據被保存起來。在單片機系統中可借助于一定的外部附加電路監測電源電壓,并在電源發生故障時及時通知單片機(如通過引發中斷來實現)快速保存重要數據,且斷開外圍設備用電電源,使整個應用系統的功耗降到最少。當電源恢復正常時,取消掉電工作方式,通過復位單片機,使系統重新正常工作。
2.2 硬件實現電路圖
圖2—2給出了MAX813L在單片機系統中的典型應用線路圖。此電路可以實現上電、瞬時掉電以及程序運行出現“死機”時的自動復位和隨時的手動復位;并且可以實時地監視電源故障,以便及時地保存數據。
本電路巧妙地利用了MAX813L的手動復位輸入端。只要程序一旦跑飛引起程序“死機”,端電平由高到低,當變低超過140 ms,將引起MAX813L產生一個200 ms的復位脈沖。同時使看門狗定時器清0和使引腳變成高電平。也可以隨時使用手動復位按鈕使MAX813L產生復位脈沖,由于為產生復位脈沖端要求低電平至少保持140ms以上,故可以有效地消除開關抖動。
該電路可以實時地監視電源故障(掉電、電壓降低等)。圖2—2中R1的一端接未經穩壓的直流電源。電源正常時,確保R2上的電壓高于1.26 V,即保證MAX813L的PFI輸入端電平高于1.26 V。當電源發生故障,PFI輸入端的電平低于1.25 V時,電源故障輸出端電平由高變低,引起單片機中斷,CPU響應中斷,執行相應的中斷服務程序,保護數據,斷開外部用電電路等。
3 抗干擾程序設計
3.1 程序運行“死機”及相應對策
程序正常運行時,由主程序在小于1.6 s的時間間隔內周期性地從P1.7端向MAX813L的WDI輸入端發送一個脈沖信號,以清除芯片內部的看門狗定時器。實現指令為:
RST-PRG:SETB P1.7
NOP
CLR P1.7
若超過1.6 s該輸入端收不到脈沖信號,則內部看門狗定時器溢出,8號引腳由高電平變為低電平。引起MAX813L產生一個200 ms的復位脈沖。同時使看門狗定時器清0和使引腳變成高電平。
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