STM32二進(jìn)制邏輯運(yùn)算，與或非和異或

STM32內(nèi)部自帶了一個(gè)可編程電壓檢測(cè)器(PVD)，對(duì)VDD的電壓進(jìn)行監(jiān)控可以通過(guò)電源控制寄存器PLS[ 2:0 ]位來(lái)設(shè)置監(jiān)控電壓的閥值，這樣通過(guò)與VDD電壓比較達(dá)到了監(jiān)控電壓的目的。

文章被收錄于專欄：二貓の家

第一部分。單片機(jī)簡(jiǎn)介

MSC-51單片機(jī)指以8051為核心的單片機(jī)，由美國(guó)的Intel公司在1980年推出，80C51是MCS-51系列中的一個(gè)典型品種;其它廠商以8051為基核開(kāi)發(fā)出的CMOS工藝單片機(jī)產(chǎn)品統(tǒng)稱為80C51系列。

單片機(jī)：在一片集成電路芯片上集成微處理器(CPU)、存儲(chǔ)器(ROM和RAM)、I/O接口電路，從而構(gòu)成了單芯片微型計(jì)算機(jī)，即單片機(jī)(single chip Microcomputer)也叫微控制器(MCU)。

CPU( Central Processing Unit )：由運(yùn)算和控制邏輯組成，同時(shí)還包括中斷系統(tǒng)和部分外部特殊功能寄存器;

RAM( Random-Access Memory )：用以存放可以讀寫的數(shù)據(jù)，如運(yùn)算的中間結(jié)果、最終結(jié)果以及欲顯示的數(shù)據(jù);

ROM (Read-Only Memory)：用以存放程序、一些原始數(shù)據(jù)和表格;

I/O(input/output)口：四個(gè)8位并行I/O口，既可用作輸入，也可用作輸出;

T/C (timer/counter)：兩個(gè)定時(shí)/記數(shù)器，既可以工作在定時(shí)模式，也可以工作在記數(shù)模式;

數(shù)字電路中只有兩種電平：高和低

單片機(jī)為TTL電平： 高 +5V 低 0V

RS232電平：計(jì)算機(jī)的串口 高 -12V 低+12V

所以計(jì)算機(jī)與單片機(jī)之間通訊時(shí)需要加電平轉(zhuǎn)換芯片max232等其他芯片

數(shù)字電路的點(diǎn)評(píng)特性據(jù)定了他只能用二級(jí)制：

二進(jìn)制邏輯運(yùn)算，與或非和異或

電源控制狀態(tài)寄存器(PWR_CSR)中的PVDO用來(lái)表明VDD是高于還是低于PVD的電壓閥值。當(dāng)VDD下降到PVD閥值以下或VDD上升到PVD閥值之上時(shí)，通過(guò)外部中斷16線上升或下降邊沿觸發(fā)設(shè)置，產(chǎn)生PVD中斷。在中斷處理函數(shù)中做相應(yīng)的保護(hù)措施。

具體由以下圖片和表格所示。

圖1：閥值與PVD輸出關(guān)系

表：具體寄存器參數(shù)

下面對(duì)上面的圖片和表格中的數(shù)據(jù)做一個(gè)簡(jiǎn)要的解釋：

(1)

PVD = Programmable Votage Detector 可編程電壓監(jiān)測(cè)器

它的作用是監(jiān)視供電電壓，在供電電壓下降到給定的閥值以下時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)中斷，通知軟件做緊急處理。在給出表格的上半部分就是可編程的監(jiān)視閥值數(shù)據(jù)。當(dāng)供電電壓又恢復(fù)到給定的閥值以上時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生一個(gè)中斷，通知軟件供電恢復(fù)。

供電下降的閥值與供電上升的PVD閥值有一個(gè)固定的差值，這就是表中的VPVDhyst(PVD遲滯)這個(gè)參數(shù)，通過(guò)列出的PVD閥值數(shù)據(jù)可以看到這個(gè)差別。引入這個(gè)差值的目的是為了防止電壓在閥值上下小幅抖動(dòng)，而頻繁地產(chǎn)生中斷。

(2)

POR = Power On Reset 上電復(fù)位;

PDR = Power Down Reset 掉電復(fù)位。

POR的功能是在VDD電壓由低向高上升越過(guò)規(guī)定的閥值之前，保持芯片復(fù)位，當(dāng)越過(guò)這個(gè)閥值后的一小段時(shí)間后(圖中的"滯后時(shí)間"或表中的"復(fù)位遲滯")，結(jié)束復(fù)位并取復(fù)位向量，開(kāi)始執(zhí)行指令。這個(gè)閥值就是表中倒數(shù)第4行(min=1.8，typ=1.88，max=1.96)。

PDR的功能是在VDD電壓由高向低下降越過(guò)規(guī)定的閥值后，將在芯片內(nèi)部產(chǎn)生復(fù)位，這個(gè)閥值就是表中倒數(shù)第3行(min=1.84，typ=1.92，max=2.0)。

(3)

當(dāng)可以看到POR比PDR大了0.04V，這就是表中倒數(shù)第2行，VPDRhyst(PDR遲滯)=40mV。

(4)

當(dāng)VDD上升越過(guò)POR閥值時(shí)，內(nèi)部并不馬上結(jié)束復(fù)位，而是等待一小段時(shí)間(Reset temporization)，這就是表中的最后一行TRSTTEMPO，它的典型數(shù)值是2.5ms。

這個(gè)滯后時(shí)間是為了等待供電電壓能夠升高到最低可靠工作電壓以上，我們看到POR閥值最小只有1.8V，最大也只有1.96V，都低于數(shù)據(jù)手冊(cè)中給出的最低可靠工作電壓2.0V，所以這個(gè)滯后時(shí)間是十分必要的，如果供電電壓上升緩慢，尤其是從1.8V升到2.0V以上超過(guò)1~2.5ms，則很可能造成上電復(fù)位后MCU不能正常工作的情況。

(5)

BOR，即Brown-out reset，欠壓復(fù)位。

主要用于單片機(jī)因?yàn)殡娫措妷汗╇娭须妷翰▌?dòng)或者有較大負(fù)載造成過(guò)流。可以設(shè)置一個(gè)電壓閾值，當(dāng)電壓低于閾值時(shí)單片機(jī)產(chǎn)生中斷，高于閾值時(shí)也產(chǎn)生中斷，另外還有機(jī)制使閾值允許在某個(gè)范圍內(nèi)波動(dòng)，避免電壓在閾值附近波動(dòng)時(shí)造成連續(xù)中斷。以Microchip的單片機(jī)為例，在驗(yàn)證是本人用的是PIC16F877-20I/L。這該單片機(jī)是工業(yè)版本，工作溫度范圍為-40°C至+85°C。采用16MHz時(shí)鐘時(shí)，電源范圍為+4.0V至+5.5V。模塊內(nèi)部的工作電壓(V1)是+5V。顯示器顯示的是，單片機(jī)(V2)上的虛假電量電壓約為+1.5V。

還有其他兩種情況，“RAM數(shù)據(jù)保持電壓(VDR)”為+1.5V，“典型值”?！癡DD啟動(dòng)電壓”(VPOR)以確保內(nèi)部上電復(fù)位為0V，“典型值”。將所有這些情況加在一起可以告訴我們，該設(shè)備處于危險(xiǎn)區(qū)域之內(nèi)。由于電壓遠(yuǎn)高于此電壓，因此無(wú)法預(yù)期上電復(fù)位(VPOR)。此外，由于虛假電量處于RAM保持電壓下，因此也無(wú)法預(yù)期的欠壓會(huì)使設(shè)備保持活動(dòng)狀態(tài)(VDR)。誰(shuí)知道設(shè)備的其余部分在做什么?

為什么打開(kāi)BOR可以解決此問(wèn)題?欠壓復(fù)位觸發(fā)規(guī)范(VBOR)的范圍是+3.7V至+4.35V，典型值為+4.0V。虛假電量電平遠(yuǎn)低于BOR的觸發(fā)電壓。問(wèn)題解決了。但是，為什么微控制器在實(shí)驗(yàn)室中可以正常工作并以許多次電源循環(huán)正常運(yùn)行仍然是個(gè)謎。