電路模塊專題

1、復(fù)位電路1.手動按鈕復(fù)位2.上電復(fù)位3.積分型上電復(fù)位/微分型復(fù)位電路4.專用芯片復(fù)位電路（例MC34064、三極管欠壓復(fù)位電路、看門狗型復(fù)位電路，比較器型復(fù)位電路等）1.手動按鈕復(fù)位 手動按鈕復(fù)位需要人為在復(fù)位輸入端RST上加入高電平（圖1）。一般采用的辦法是在RST端和正電源Vcc之間接一個按鈕。當人為按下按鈕時，則Vcc的+5V電平就會直接加到RST端。手動按鈕復(fù)位的電路如所示。由于人的動作再快也會使按鈕保持接通達數(shù)十毫秒，所以，完全能夠滿足復(fù)位的時間要求。2.上電復(fù)位AT89C51的上電復(fù)位電路如圖2所示，只要在RST復(fù)位輸入引腳上接一電容至Vcc端，下接一個電阻到地即可。對于CMOS

2、型單片機，由于在RST端內(nèi)部有一個下拉電阻，故可將外部電阻去掉，而將外接電容減至1F。上電復(fù)位的工作過程是在加電時，復(fù)位電路通過電 容加給RST端一個短暫的高電平信號，此高電平信號隨著Vcc對電容的充電過程而逐漸回落，即RST端的高電平持續(xù)時間取決于電容的充電時間。為了保證系統(tǒng)能夠可靠地復(fù)位，RST端的高電平信號必須維持足夠長的時間。上電時，Vcc的上升時間約為10ms，而振蕩器的起振時間取決于振蕩頻率，如晶振頻率為10MHz，起振時間為1ms；晶振頻率為1MHz，起振時間則為10ms。在圖2的復(fù)位電路中，當Vcc掉電時，必然會使RST端電壓迅速下降到0V以下，但是，由于內(nèi)部電路的限制作用，這

3、個負電壓將不會對器件產(chǎn)生損害。另外，在復(fù)位期間，端口引腳處于隨機狀態(tài)，復(fù)位后，系統(tǒng)將端口置為全“l(fā)”態(tài)。如果系統(tǒng)在上電時得不到有效的復(fù)位，則程序計數(shù)器PC將得不到一個合適的初值，因此，CPU可能會從一個未被定義的位置開始執(zhí)行程序。注：高電平復(fù)位3.積分型上電復(fù)位 常用的上電或開關(guān)復(fù)位電路如圖3所示。上電后，由于電容C3的充電和反相門的作用，使RST持續(xù)一段時間的高電平。當單片機已在運行當中時，按下復(fù)位鍵K后松開，也能使RST為一段時間的高電平，從而實現(xiàn)上電或開關(guān)復(fù)位的操作。 根據(jù)實際操作的經(jīng)驗，下面給出這種復(fù)位電路的電容、電阻參考值。 圖3中：C11uF，Rllk，R210k4.專用芯片復(fù)位電

4、路 上電復(fù)位電路 在控制系統(tǒng)中的作用是啟動單片機開始工作。但在電源上電以及在正常工作時電壓異常或干擾時，電源會有一些不穩(wěn)定的因素，為單片機工作的穩(wěn)定性可能帶來嚴重的影響。因此，在電源上電時延時輸出給芯片輸出一復(fù)位信號。上復(fù)位電路另一個作用是，*正常工作時電源電壓。若電源有異常則會進行強制復(fù)位。復(fù)位輸出腳輸出低電平需要持續(xù)三個(12/fc s)或者更多的指令周期，復(fù)位程序開始初始化芯片內(nèi)部的初始狀態(tài)。等待接受輸入信號（若如遙控器的信號等）。上電復(fù)位電路原理分析 5V電源通過MC34064的2腳輸入，1腳便可輸出一個上升沿，觸發(fā)芯片的復(fù)位腳。電解電容C13是調(diào)節(jié)復(fù)位延時時間的。當電源關(guān)斷時，電解電

5、容C13上的殘留電荷通過D13和MC34064內(nèi)部電路構(gòu)成回路，釋放掉電荷。以備下次復(fù)位啟用。上電復(fù)位電路的關(guān)鍵性器件 關(guān)鍵性器件有：MC34064 輸入輸出特性曲線：上電復(fù)位電路關(guān)鍵點電氣參數(shù) MC34064的輸出腳1腳的輸出(穩(wěn)定之后的輸出)如下圖所示：三極管欠壓復(fù)位電路 欠壓復(fù)位電路工作原理（圖6）w 接通電源，5V電壓從“0V”開始上升，在升至3.6V之前，穩(wěn)壓二極管DH03都處于截止狀態(tài)，QH01(PNP管)也處于截止狀態(tài)，無復(fù)位電壓輸出。w 當5V電源電壓高于3.6V以后，穩(wěn)壓二極管DH03反向擊穿，將其兩端電壓“箝位”于3.6V。當5V電源電壓高于4.3V以后，QH01開始導(dǎo)通，

6、復(fù)位電壓開始形成，當5V電源電壓接近5V時，QH01已經(jīng)飽和導(dǎo)通，復(fù)位電壓達到穩(wěn)定狀態(tài)?？撮T狗型復(fù)位電路看門狗型復(fù)位電路主要利用CPU正常工作時,定時復(fù)位計數(shù)器,使得計數(shù)器的值不超過某一值;當CPU不能正常工作時,由于計數(shù)器不能被復(fù)位,因此其計數(shù)會超過某一值,從而產(chǎn)生復(fù)位脈沖,使得CPU恢復(fù)正常工作狀態(tài)。典型應(yīng)用的Watchdog復(fù)位電路如圖7所示。此復(fù)位電路的可靠性主要取決于軟件設(shè)計,即將定時向復(fù)位電路發(fā)出脈沖的程序放在何處。一般設(shè)計,將此段程序放在定時器中斷服務(wù)子程序中。然而,有時這種設(shè)計仍然會引起程序走飛或工作不正常。原因主要是：當程序“走飛”發(fā)生時定時器初始化以及開中斷之后的話,這種“

7、走飛”情況就有可能不能由Watchdog復(fù)位電路校正回來。因為定時器中斷一真在產(chǎn)生,即使程序不正常,Watchdog也能被正常復(fù)位。為此提出定時器加預(yù)設(shè)的設(shè)計方法。即在初始化時壓入堆棧一個地址,在此地址內(nèi)執(zhí)行的是一條關(guān)中斷和一條死循環(huán)語句。在所有不被程序代碼占用的地址盡可能地用子程序返回指令RET代替。這樣,當程序走飛后,其進入陷阱的可能性將大大增加。而一旦進入陷阱,定時器停止工作并且關(guān)閉中斷,從而使Watchdog復(fù)位電路會產(chǎn)生一個復(fù)位脈沖將CPU復(fù)位。當然這種技術(shù)用于實時性較強的控制或處理軟件中有一定的困難比較器型復(fù)位電路比較器型復(fù)位電路的基本原理如圖8所示。上電復(fù)位時,由于組成了一個RC

8、低通網(wǎng)絡(luò),所以比較器的正相輸入端的電壓比負相端輸入電壓延遲一定時間。而比較器的負相端網(wǎng)絡(luò)的時間常數(shù)遠遠小于正相端RC網(wǎng)絡(luò)的時間常數(shù),因此在正端電壓還沒有超過負端電壓時,比較器輸出低電平,經(jīng)反相器后產(chǎn)生高電平。復(fù)位脈沖的寬度主要取決于正常電壓上升的速度。由于負端電壓放電回路時間常數(shù)較大,因此對電源電壓的波動不敏感。但是容易產(chǎn)生以下二種不利現(xiàn)象：（1）電源二次開關(guān)間隔太短時,復(fù)位不可靠;（2）當電源電壓中有浪涌現(xiàn)象時,可能在浪涌消失后不能產(chǎn)生復(fù)位脈沖。為此,將改進比較器重定電路,如圖9所示。這個改進電路可以消除第一種現(xiàn)象,并減少第二種現(xiàn)象的產(chǎn)生。為了徹底消除這二種現(xiàn)象,可以利用數(shù)字邏輯的方法與比較

9、器配合,設(shè)計如圖9所示的比較器重定電路。此電路稍加改進即可作為上電復(fù)位與看門狗復(fù)位電路共同復(fù)位的電路,大大提高了復(fù)位的可靠性。一、復(fù)位電路的用途 單片機復(fù)位電路就好比電腦的重啟部分，當電腦在使用中出現(xiàn)死機，按下重啟按鈕電腦內(nèi)部的程序從頭開始執(zhí)行。單片機也一樣，當單片機系統(tǒng)在運行中，受到環(huán)境干擾出現(xiàn)程序跑飛的時候，按下復(fù)位按鈕內(nèi)部的程序自動從頭開始執(zhí)行。二、復(fù)位電路的工作原理 在書本上有介紹，51單片機要復(fù)位只需要在第9引腳接個高電平持續(xù)2US就可以實現(xiàn)，那這個過程是如何實現(xiàn)的呢？ 在單片機系統(tǒng)中，系統(tǒng)上電啟動的時候復(fù)位一次，當按鍵按下的時候系統(tǒng)再次復(fù)位，如果釋放后再按下，系統(tǒng)還會復(fù)位。所以可以

10、通過按鍵的斷開和閉合在運行的系統(tǒng)中控制其復(fù)位。開機的時候為什么會復(fù)位 在電路圖中，電容的的大小是10uF，電阻的大小是10k。所以根據(jù)公式，可以算出電容充電到電源電壓的0.7倍（單片機的電源是5V，所以充電到0.7倍即為3.5V），需要的時間是10K*10UF=0.1S。 也就是說在電腦啟動的0.1S內(nèi)，電容兩端的電壓時在03.5V增加。這個時候10K電阻兩端的電壓為從51.5V減少（串聯(lián)電路各處電壓之和為總電壓）。所以在0.1S內(nèi)，RST引腳所接收到的電壓是5V1.5V。在5V正常工作的51單片機中小于1.5V的電壓信號為低電平信號，而大于1.5V的電壓信號為高電平信號。所以在開機0.1S內(nèi)

11、，單片機系統(tǒng)自動復(fù)位（RST引腳接收到的高電平信號時間為0.1S左右）。按鍵按下的時候為什么會復(fù)位 在單片機啟動0.1S后，電容C兩端的電壓持續(xù)充電為5V，這是時候10K電阻兩端的電壓接近于0V，RST處于低電平所以系統(tǒng)正常工作。當按鍵按下的時候，開關(guān)導(dǎo)通，這個時候電容兩端形成了一個回路，電容被短路，所以在按鍵按下的這個過程中，電容開始釋放之前充的電量。隨著時間的推移，電容的電壓在0.1S內(nèi)，從5V釋放到變?yōu)榱?.5V，甚至更小。根據(jù)串聯(lián)電路電壓為各處之和，這個時候10K電阻兩端的電壓為3.5V，甚至更大，所以RST引腳又接收到高電平。單片機系統(tǒng)自動復(fù)位。知道它是怎么復(fù)位的嗎？你了解主板復(fù)位電

12、路的工作原理嗎？ 主板上的所有復(fù)位信號都是由芯片組產(chǎn)生，其主要由南橋產(chǎn)生（內(nèi)部有復(fù)位系統(tǒng)控制器），也就是說主板上所有的需要復(fù)位的設(shè)備和模塊都由南橋來復(fù)位。南橋要想產(chǎn)生復(fù)位信號或者說南橋要想去復(fù)位其他的設(shè)備和模塊，其首先要自身先復(fù)位或者說自身先有復(fù)位源。使南橋復(fù)位的或者說南橋的復(fù)位源是ATX電源的灰線（灰線常態(tài)為5V電平，工作后為恒定的5V，ATX電源的灰線也是PG信號），或者是系統(tǒng)電源管理芯片發(fā)出的PG信號常態(tài)。小結(jié)： 1、復(fù)位電路的原理是單片機RST引腳接收到2US以上的電平信號，只要保證電容的充放電時間大于2US，即可實現(xiàn)復(fù)位，所以電路中的電容值是可以改變的。 2、按鍵按下系統(tǒng)復(fù)位，是電容

13、處于一個短路電路中，釋放了所有的電能，電阻兩端的電壓增加引起的。OP放大器（即operational Amplifier,運算放大器）1.反向放大器2.同向放大器3.倒相加法器4.同相加法器5.減法器6.積分電路7.微分電路8.差分放大電路9.電流檢測電路10.電壓電流轉(zhuǎn)換檢測11.傳感器檢測1.反向放大器 圖一運放的同相端=0V,反向端和同向端虛短，所以也為0V, 反向輸入端輸入電阻很高，虛斷，幾乎沒有電流注入和流出，那么R1和R2相當于是串聯(lián)的，流過一個串聯(lián)電路中的每一個組件的電流是相同的，即流過R1的電流和流過R2的電流是相同的。1.反向放大器 流過 R1的電流： I1 = (Vi -

14、V-)/R1 .a 流過R2的電流： I2 =(V- -Vout)/R2.b V-=V+=0.c I1=I2.d 求解上面的初中代數(shù)方程得Vout = (-R2/R1)*Vi2.同向放大器 圖二中Vi與V-虛短，則Vi=V-.a; 因為虛斷，反向輸入端沒有電流輸入輸出，通過R1和R2 的電流相等，設(shè)此電流為I,由歐姆定律得： I =Vout/(R1+R2) .b Vi等于R2上的分壓， 即：Vi = I*R2 c 2.同向放大器 由abc式得Vout=Vi*(R1+R2)/R2 這就是傳說中的同向放大器的公式了,不難吧.呵呵呵3.反相加法器 圖三中，由虛短知： V- = V+ = 0 .a 由

15、虛斷及基爾霍夫定律知，通過R2與R1的電流之和等于通過R3的電流，故 (V1 V-)/R1 + (V2 V-)/R2 = (V- Vout)/R3 b 代入a式，b式變?yōu)閂1/R1 + V2/R2 = Vout/R33.反相加法器 拓展一下，如果取R1=R2=R3，則上式變?yōu)?Vout=V1+V2，這就是傳說中的加法器了。 很簡單吧，呵呵.4.同相加法器 請看圖四。 因為虛斷，所以，運放同向端沒有電流流過，則流過R1和R2的電流相等，同理流過R4和R3的電流也相等。 故：(V1 V+)/R1 = (V+ - V2)/R2 .a 想想為什么要這么做？ V-/R4=(Vout-V-)/R3.b4.

16、同相加法器 由虛短知： V-=V+.c由a,b,c可得：Vout=(R3+R4)/R4*(R1*V2+R2*V1)/(R1+R2)進一步拓展一下：如果R1=R2，R3=R4，則可得：Vout=V1+V2;這個加法器也不錯吧，呵呵.5.減法器 由a,b,c可得： Vout=(R3+R4)*R2*V2/(R1+R2)-R3*V1)/R4 進一步拓展一下： 如果R1=R2，R3=R4，則可得：Vout=V2-V1 這就是傳說中的減法器5.減法器 圖五由虛斷所知：通過R1的電流等于通過R2的電流，同理通過R4的電流等于通過R3的電流，故有：(V2-V+)/R1=V+/R2.a (V1-V-)/R4=(

17、V-Vout)/R3.b 由虛短可知：V+=V1.c6.積分電路 看圖六，由虛短知，反相輸入端電壓與同相端相等，等于0. 由虛斷知，通過R1的電流和通過C1的電流相等，通過R1的電流為：I=(V1-0)/R1.a; 通過C1的電流為：I=C1*dUc1/dt=C1*d(0-Vout)/dt=-C1*dVout/dt6.積分電路 所以 Vout=(-1/(R1*C1)V1dt 輸出電壓與輸入電壓對時間的積分成正比,這就是傳說中的積分電路了. 明白了嗎？再敢拓展一下？ 若V1為恒定電壓U，則上式變換為Vout = -U*t/(R1*C1) t 是時間，則Vout輸出電壓是一條從0至負電源電壓按時間

18、變化的直線。7.微分電路 看圖七： 由虛斷知：通過電容C1和電阻R2的電流是相等的； 由虛短知：運放同相端和反相端電壓是相等的。 由此可得出： Vout=-(R2*C1)*dV1/dt 這是一個微分電路7.微分電路 再拓展一下： 如果V1是一個突然加入的直流電壓，則輸出Vout對應(yīng)一個方向與V1相反的脈沖。8.差分放大電路 仔細看圖八， 由虛短知：V1=Vx.a; V2=Vy.b; 由虛斷知：運放輸入端沒有電流流過，則R1，R2，R3可視為串聯(lián)，通過每一個電阻的電流是相等的，電流I=(Vx-Vy)/R2.c; 則：Vo1-Vo2=I*(R1+R2+R3).d;8.差分放大電路 由虛斷知：流過R

19、6的電流和流過R7的電流相等，可得： (Vo2-Vw)/R6=(Vw-0)/R7.e 同理：流過R4的電流等于流過R5的電流，可得： (Vo1-Vu)/R4=(Vu-Vout)/R5.f 由虛短可知：Vw=Vu.g8.差分放大電路 由a,b,c,d,e,f,g可得：Vo1-Vo2=(V1-V2)*(R1+R2+R3)/R2.h R7*Vo2/(R6+R7)=(R5*Vo1+R4*Vout)/(R4+R5)若R6=R7，R5=R4，則可得：Vo2-Vo1=Vout 結(jié)合式h可得： Vout=(V2-V1)*(R1+R2+R3)/R28.差分放大電路 上式中：(R1+R2+R3)/R2是定值，此值

20、確定了差值（V2-V1）的放大倍數(shù)。這個電路就是傳說中的差分放大電路了，是不是看上去很簡單啊。9.電流檢測電路 看圖九，分析一個大家接觸的比較多的電路。 很多控制器接受來自各種檢測儀表的020mA或420mA電流，電路將此電流轉(zhuǎn)換成電壓后再送ADC轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，圖九就是這樣一個典型電路。9.電流檢測電路 如圖420mA電流流過采樣100電阻R1，在R1上會產(chǎn)生0.42V的電壓差。由虛斷知，運放輸入端沒有電流流過，則流過R3和R5的電流相等，流過R2和R4的電流相等。故：(V2-Vy)/R3 = Vy/R5.a9.電流檢測電路 (V1-Vx)/R2 = (Vx-Vout)/R4.b 由虛短知：

21、 Vx = Vy .c 電流從420mA變化，則V1 = V2 + (0.42) d 由cd式代入b式： (V2 + (0.42)-Vy)/R2 = (Vy-Vout)/R4.e 9.電流檢測電路 如果R3=R2，R4=R5，則由e-a得Vout = -(0.42)R4/R2 f 圖九中R4/R2=22k/10k=2.2，則f式Vout = -(0.884.4)V， 即是說，將420mA電流轉(zhuǎn)換成了-0.88 -4.4V電壓，此電壓可以送ADC去處理。9.電流檢測電路 拓展一下： 若將圖九電流反接既得 Vout = +(0.884.4)V，10.電壓電流轉(zhuǎn)換檢測 看圖十： 電流可以轉(zhuǎn)換成電壓，

22、電壓也可以轉(zhuǎn)換成電流。圖十就是這樣一個電路。 上圖的負反饋沒有通過電阻直接反饋，而是串聯(lián)了三極管Q1的發(fā)射結(jié)，大家可不要以為是一個比較器就是了，只要是放大電路，虛短虛斷的規(guī)律仍然是符合的！ 10.電壓電流轉(zhuǎn)換檢測 由虛斷知，運放輸入端沒有電流流過，則(Vi V1)/R2 = (V1 V4)/R6.a 同理(V3 V2)/R5 = V2/R4 b 由虛短知V1 = V2 .c 如果R2=R6，R4=R5，則由abc式得 V3-V4=Vi 10.電壓電流轉(zhuǎn)換檢測 上式說明R7兩端的電壓和輸入電壓Vi相等，則通過R7的電流I=Vi/R7，如果負載RL100K，則通過Rl和通過R7的電流基本相同。11.傳感器檢測11.傳感器檢測 來一個復(fù)雜的，呵呵！圖十一是一個三線制PT100前置放大電路。PT100傳感器引出三根材質(zhì)、線徑、長度完全相同的線，接法如圖所示。有2V的電壓加在由R14、R20、R15、Z1、PT100及其線電阻組成的橋電路上。