浅谈单片机外部复位电路的可靠性设计

显示全部楼层 · 2024-4-20 08:50:40

Hello,大家好！单片机复位电路作为最小系统中核心三要素（电源、时钟、复位）之一，在整个硬件电路设计中虽不起眼，但却至关重要；其或多或少地决定了系统能否正常、稳定的工作；今天我们就一篇文章来说明白了。

单片机复位电路的类型

高电平复位

高电平复位是指单片机在正常工作状态下复位引脚是保持低电平的，只有在上电瞬间，或者复位按键按下的瞬间，电平会被短暂拉高，单片机识别到高电平后，清空内部寄存器进行状态归零的过程。典型的是51单片机；高电平复位电路如下图所示：

下面使用multsim 搭建仿真电路如下：

仿真电压波形如下：

低电平复位

同样地，低电平复位是指单片机在正常工作状态下复位引脚是保持高电平的，只有在上电瞬间，或者复位按键按下的瞬间，电平会被短暂拉低，单片机识别到低电平后，清空内部寄存器进行状态归零的过程，典型的是stm32单片机；低电平复位电路如下图所示：

multsim 仿真电路如下：

仿真电路电压波形如下图所示：

RST引脚的复位时间

以stm32单片机为例，根据查询手册，其复位时间最低为20us，引脚低电平触发阈值（VIL最大值）为0.8V，假设电源电压为3.3V，带入数据到电容充放电公式进行计算。

众所周知，RC相乘所得的时间常数，就是电容两端电压从0V充电到0.7倍的VCC电压值；比如R= 10K,C=10UF，通过计算可以得到，单片机在上电启动时，电容两端的电压从0V经过0.1S充电增加到2.3V。0.1S 远大于20us,所以在开机0.1S内，单片机系统自动复位（RST引脚接收到的高电平信号时间为0.1S左右）。

稳定性设计

基于以上的复位电路工作原理，理想情况下，单片机正常工作没有毛病。但是面对现实中各种复杂工况，单纯按照以上电路进行设计，很难保证系统工作的可靠性与稳定性；

1、不稳定因素

系统电源

当电源发生供电不稳的时候，严重时会影响到复位电路的稳定性，造成异常复位；

外部干扰

外部干扰会以传导或者辐射的方式侵入到单片机的复位电路，影响到复位电路的稳定性，造成系统异常复位；

2、原理图设计措施

如上图所示，以低电平复位电路为例，在原理图设计中需要考虑的几个点

1）、复位电路中的电容并联ESD二极管；

当静电干扰从电源或地干扰复位引脚时，通过添加ESD二极管进行防护，ESD二极管要满足耐压要求并且应尽可能选择双向的，这样可以很好的泄放不同极性的干扰；

2）、复位电路中与地之间串联磁珠

当有干扰从地线进入复位引脚时，通过磁珠对该高频信号进行衰减；

3）、RST引脚与复位电路之间串联磁珠

与2）相同，使用磁珠消耗外部干扰；

3、PCB设计措施

1）、走线尽可能短，复位电路的阻容器件靠近单片机RST引脚；RST复位回路，作为敏感信号路径，走线越短，那么可能受到的干扰就越少，所以应该尽量缩短走线；如下图所示：

2）、远离PCB板边，金属件、高速信号线等强干扰复杂环境。如果条件允许，或者考虑到周围电磁环境干扰相对较多，可以对其进行包地处理；

3）、如果有ESD防护器件，信号路径应该先过防护器件再连接到单片机RST引脚；干扰的泄放路径应该优先于正常的信号路径，泄放的路径走线宽度也应该大于正常的信号路径；

此外，单片机复位也可以通过软件指令进行复位，还有欠压复位，看门狗复位等。使用软件指令复位是在单片机代码中调用一条复位指令进行复位的，在一些特定的功能或者调试中比较常用。在大多数的单片机中还集成了欠压复位，当电压不稳或短暂降低后，就会触发欠压复位；看门狗复位是由于程序bug或者外部环境的干扰，造成系统程序跑飞，在一定的周期内，没有执行喂狗程序，此时就会触发产生复位动作；以上这些，大家可以学习查阅其他资料，这里不再详细说明；

单片机外部复位电路的可靠性设计，包括但不限于以上提到的设计思路。理想状态下，电路越简洁越好，只要符合物理原理就可以正常工作。但是现实情况并不尽如人意，所以在电路设计中，要流出足够宽的“护城河”。如果在测试中发现有些设计是冗余的，后期可以不焊；但是如果没有相应的考虑，一旦出现问题，那将是始料未及的；就像我们的国家一样，我们热爱和平，但是并不能没有应对战争的能力。

以上内容是本人学习思考与工作实践的总结梳理，分享出来供大家学习思考，也欢迎关注，标星，留言讨论。如有不妥，欢迎留言指出，一起学习，共同进步！

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