復(fù)位電路的原理和作用

一、復(fù)位電路概述

復(fù)位信號在數(shù)字電路里面的重要性僅次于時鐘信號。對電路的復(fù)位往往是指對觸發(fā)器的復(fù)位，也就是說電路的復(fù)位中的這個“電路”，往往是指觸發(fā)器，這是需要注意的。

有的電路需要復(fù)位信號，就像是有的電路需要時鐘信號那樣，而有的電路是不需要復(fù)位信號的。復(fù)位又分為同步復(fù)位和異步復(fù)位，這兩種各有優(yōu)缺點。

下面我們主要來說說復(fù)位信號的用途和不需要復(fù)位信號的情況。

1、復(fù)位的目的

復(fù)位最基本的目的就是使電路(主要是觸發(fā)器)進入一個能穩(wěn)定操作的確定狀態(tài)(主要是觸發(fā)器在在某個確定的狀態(tài))，主要表現(xiàn)為下面兩點：

1)使電路在復(fù)位后從確定的初始狀態(tài)運行：

上電的時候，為了避免上電后進入隨機狀態(tài)而使電路紊亂，這個時候你就需要上電復(fù)位有時候，電路在某個狀態(tài)下，你想或者別人要求你從電路的初始狀態(tài)開始進行延時你的電路功能，這個時候你就要對你的電路進行復(fù)位，讓它從最初的狀態(tài)開始運行。2)使電路從錯誤狀態(tài)回到可以控制的確定狀態(tài)：

有的時候，你的電路發(fā)生了異常，比如說狀態(tài)機跑飛了、系統(tǒng)供電炸了之類的，總之就是電路運行得不正常了，這個時候你就要對電路進行復(fù)位，讓它從錯誤的狀態(tài)回到一個正常的狀態(tài)。上面說的都是和實際電路有關(guān)的，下面我們就從電路仿真的角度看一下復(fù)位信號的重要性。

2、復(fù)位電路仿真的要求

復(fù)位信號在仿真里面主要是使電路仿真時具有可知的初始值：

在仿真的時候，信號在初始狀態(tài)是未知狀態(tài)(也就是所謂的x，不過對信號初始化之后的這種情況除外，因為仿真的時候?qū)π盘柍跏蓟褪切盘栍辛顺跏贾担@就不是x了)。

對于數(shù)據(jù)通路(數(shù)字系統(tǒng)一般分為數(shù)據(jù)通路和控制通路，數(shù)據(jù)通路一般是對輸入的數(shù)據(jù)進行處理，控制通路則是對運行的情況進行操作)，在實際電路中，只要輸入是有效數(shù)據(jù)(開始的時候可能不是有效的)，輸出后的狀態(tài)也是確定的;在仿真的時候，也是輸入數(shù)據(jù)有效了，輸出也就確定了。也就是說，初始不定態(tài)對數(shù)據(jù)通路的影響不明顯。

對于控制通路，在實際電路中，只要控制通路完備(比如說控制通路的狀態(tài)機是完備的)，即使初始狀態(tài)即使是不定態(tài)，在經(jīng)過一定的循環(huán)后，還是能回到正確的狀態(tài)上;然而在仿真的時候就不行了，仿真的時候由于初始狀態(tài)為未知態(tài)，控制電路一開始就陷入了未知態(tài);仿真跟實際電路不同，仿真是“串行”的，仿真時控制信號的初始不定態(tài)會導(dǎo)致后續(xù)的控制信號結(jié)果都是不定態(tài)，也就是說，初始的不定態(tài)對控制通道是致命的。

3、不需要復(fù)位信號的一些情況

復(fù)位信號很重要，但是并不是每一部分的電路都需要復(fù)位電路，一方面是復(fù)位電路也消耗邏輯資源、占用芯片面積，另一方面是復(fù)位信號會增加電路設(shè)計的復(fù)雜性(比如要考慮復(fù)位的策略、復(fù)位的布局布線等等)。

當(dāng)某個電路的輸出在任何時刻都可以不受到復(fù)位信號的控制就有正確的值時，比如說數(shù)據(jù)通路中的對數(shù)據(jù)進行處理的部分。在某些情況下，當(dāng)流水線的寄存器(移位寄存觸發(fā)器)在高速應(yīng)用中時，應(yīng)該去掉某些寄存器的復(fù)位信號以使設(shè)計達到更高的性能，因為帶復(fù)位的觸發(fā)器比不帶復(fù)位的觸發(fā)器更復(fù)雜，反應(yīng)也更慢。

復(fù)位電路是一種用來使電路恢復(fù)到起始狀態(tài)的電路設(shè)備，它的操作原理與計算器有著異曲同工之妙，只是啟動原理和手段有所不同。

復(fù)位電路都是比較簡單的大都是只有電阻和電容組合就可以辦到了，再復(fù)雜點就有三極管等配合程序來進行了。為確保微機系統(tǒng)中電路穩(wěn)定可靠工作，復(fù)位電路是必不可少的一部分，復(fù)位電路的第一功能是上電復(fù)位。一般微機電路正常工作需要供電電源為5V±5%，即4.75～5.25V。由于微機電路是時序數(shù)字電路，它需要穩(wěn)定的時鐘信號，因此在電源上電時，只有當(dāng)VCC超過4.75V低于5.25V以及晶體振蕩器穩(wěn)定工作時，復(fù)位信號才會撤除，微機電路開始正常工作。

在上電或復(fù)位過程中，控制CPU的復(fù)位狀態(tài)：這段時間內(nèi)讓CPU保持復(fù)位狀態(tài)，而不是一上電或剛復(fù)位完畢就工作，防止CPU發(fā)出錯誤的指令、執(zhí)行錯誤操作，也可以提高電磁兼容性能。

無論用戶使用哪種類型的單片機，總要涉及到單片機復(fù)位電路的設(shè)計。而單片機復(fù)位電路設(shè)計的好壞，直接影響到整個系統(tǒng)工作的可靠性。許多用戶在設(shè)計完單片機系統(tǒng)，并在實驗室調(diào)試成功后，在現(xiàn)場卻出現(xiàn)了“死機”、“程序走飛”等現(xiàn)象，這主要是單片機的復(fù)位電路設(shè)計不可靠引起的。

單片機在啟動時都需要復(fù)位，以使CPU及系統(tǒng)各部件處于確定的初始狀態(tài)，并從初態(tài)開始工作。89系列單片機的復(fù)位信號是從RST引腳輸入到芯片內(nèi)的施密特觸發(fā)器中的。當(dāng)系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時，且振蕩器穩(wěn)定后，如果RST引腳上有一個高電平并維持2個機器周期(24個振蕩周期)以上，則CPU就可以響應(yīng)并將系統(tǒng)復(fù)位。單片機系統(tǒng)的復(fù)位方式有：手動按鈕復(fù)位和上電復(fù)位 典型復(fù)位電路圖

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(dāng)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。

復(fù)位電路由電容串聯(lián)電阻構(gòu)成,由圖并結(jié)合"電容電壓不能突變"的性質(zhì),可以知道,當(dāng)系統(tǒng)一上電,RST腳將會出現(xiàn)高電平,并且,這個高電平持續(xù)的時間由電路的RC值來決定.典型的51單片機當(dāng)RST腳的高電平持續(xù)兩個機器周期以上就將復(fù)位,所以,適當(dāng)組合RC的取值就可以保證可靠的復(fù)位.

一般教科書推薦C 取10u,R取8.2K.當(dāng)然也有其他取法的,原則就是要讓RC組合可以在RST腳上產(chǎn)生不少于2個機周期的高電平.至于如何具體定量計算,可以參考電路分析相關(guān)書籍. 晶振電路:典型的晶振取11.0592MHz(因為可以準(zhǔn)確地得到9600波特率和19200波特率,用于有串口通訊的場合)/12MHz(產(chǎn)生精確的uS級時歇,方便定時操作)

常見的復(fù)位電路

80C51單片機復(fù)位電路

單片機的復(fù)位有上電復(fù)位和按鈕手動復(fù)位兩種。如圖2(a)所示為上電復(fù)位電路，圖(b)所示為上電按鍵復(fù)位電路。