1 上電復(fù)位時(shí)序
在單片機(jī)及其應(yīng)用電路每次上電的過程中，由于電源回路中通常存在一些容量大小不等的濾波電容,，使得單片機(jī)芯片在其電源引腳VCC和VSS之間所感受到的電源電壓值VDD,，是從低到高逐漸上升的。該過程所持續(xù)的時(shí)間一般為1～100 ms（記作taddrise）。上電延時(shí)taddrise的定義是電源電壓從10% VDD上升到90% VDD所需的時(shí)間,，如圖1所示,。
圖1 上電延時(shí)taddrise和起振延時(shí)tosc實(shí)測結(jié)果
在單片機(jī)電源電壓上升到適合內(nèi)部振蕩電路運(yùn)行的范圍并且穩(wěn)定下來之后，時(shí)鐘振蕩器開始了啟動(dòng)過程（具體包括偏置,、起振,、鎖定和穩(wěn)定幾個(gè)過程）。該過程所持續(xù)的時(shí)間一般為1～50 ms（記作tosc）,。起振延時(shí)tosc的定義是時(shí)鐘振蕩器輸出信號的高電平達(dá)到Vih1所需的時(shí)間。從圖1所示的實(shí)際測量圖中也可以看得很清楚,。這里的Vih1是單片機(jī)電氣特性中的一個(gè)普通參數(shù),，代表XTAL1和RST引腳上的輸入邏輯高電平。例如,，對于常見的單片機(jī)型號AT89C51和AT89S51,，廠家給出的Vih1值為0.7VDD～VDD+0.5 V。
從理論上講,，單片機(jī)每次上電復(fù)位所需的最短延時(shí)應(yīng)該不小于treset,。這里，treset等于上電延時(shí)taddrise與起振延時(shí)tosc之和,，如圖1所示,。從實(shí)際上講，延遲一個(gè)treset往往還不夠,，不能夠保障單片機(jī)有一個(gè)良好的工作開端,。
在單片機(jī)每次初始加電時(shí)，首先投入工作的功能部件是復(fù)位電路,。復(fù)位電路把單片機(jī)鎖定在復(fù)位狀態(tài)上并且維持一個(gè)延時(shí)（記作TRST），以便給予電源電壓從上升到穩(wěn)定的一個(gè)等待時(shí)間；在電源電壓穩(wěn)定之后,，再插入一個(gè)延時(shí),，給予時(shí)鐘振蕩器從起振到穩(wěn)定的一個(gè)等待時(shí)間；在單片機(jī)開始進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)之前,，還要至少推遲2個(gè)機(jī)器周期的延時(shí),，如圖2所示。
圖2 復(fù)位信號釋放的時(shí)機(jī)
2 上電復(fù)位電路3款
上述一系列的延時(shí),，都是利用在單片機(jī)RST引腳上外接一個(gè)RC支路的充電時(shí)間而形成的,。典型復(fù)位電路如圖3（a）所示，其中的阻容值是原始手冊中提供的,。在經(jīng)歷了一系列延時(shí)之后,，單片機(jī)才開始按照時(shí)鐘源的工作頻率，進(jìn)入到正常的程序運(yùn)行狀態(tài)。從圖2所示的實(shí)測曲線中可以同時(shí)看到4條曲線： VDD,、Vrst,、XTAL2和ALE。在電源電壓以及振蕩器輸出信號穩(wěn)定之后,，又等待了一段較長的延時(shí)才釋放RST信號,，使得CPU脫離復(fù)位鎖定狀態(tài)；而RST信號一旦被釋放,，立刻在ALE引腳上就可檢測到持續(xù)的脈沖信號,。
圖3 上電復(fù)位延時(shí)電路
由于標(biāo)準(zhǔn)80C51的復(fù)位邏輯相對簡單，復(fù)位源只有RST一個(gè)（相對新型單片機(jī)來說,，復(fù)位源比較單一）,，因此各種原因所導(dǎo)致的復(fù)位活動(dòng)以及復(fù)位狀態(tài)的進(jìn)入，都要依靠在外接引腳RST上施加一定時(shí)間寬度的高電平信號來實(shí)現(xiàn),。
標(biāo)準(zhǔn)80C51不僅復(fù)位源比較單一,，而且還沒有設(shè)計(jì)內(nèi)部上電復(fù)位的延時(shí)功能，因此必須借助于外接阻容支路來增加延時(shí)環(huán)節(jié),，如圖3(a)所示,。其實(shí)，外接電阻R還是可以省略的,，理由是一些CMOS單片機(jī)芯片內(nèi)部存在一個(gè)現(xiàn)成的下拉電阻Rrst,。例如，AT89系列的Rrst阻值約為50～200 kΩ,；P89V51Rx2系列的Rrst阻值約為40～225 kΩ,，如圖4所示。因此,，在圖3(a)基礎(chǔ)上,，上電復(fù)位延時(shí)電路還可以精簡為圖3(b)所示的簡化電路（其中電容C的容量也相應(yīng)減小了）。
圖4 復(fù)位引腳RST內(nèi)部電路
在每次單片機(jī)斷電之后,，須使延時(shí)電容C上的電荷立刻放掉,，以便為隨后可能在很短的時(shí)間內(nèi)再次加電作好準(zhǔn)備。否則,，在斷電后C還沒有充分放電的情況下,，如果很快又加電，那么RC支路就失去了它應(yīng)有的延遲功能,。因此,，在圖3(a)的基礎(chǔ)上添加一個(gè)放電二極管D，上電復(fù)位延時(shí)電路就變成了如圖3(c)所示的改進(jìn)電路,。也就是說,，只有RC支路的充電過程對電路是有用的，放電過程不僅無用，而且會(huì)帶來潛在的危害,。于是附加一個(gè)放電二極管D來大力縮短放電持續(xù)時(shí)間,，以便消除隱患。二極管D只有在單片機(jī)斷電的瞬間（即VCC趨近于0 V,，可以看作VCC對地短路）正向?qū)?，平時(shí)一直處于反偏截止?fàn)顟B(tài)。
3 上電復(fù)位失敗的2種案例分析
假如上電復(fù)位延遲時(shí)間不夠或者根本沒有延時(shí)過程,，則單片機(jī)可能面臨以下2種危險(xiǎn),，從而導(dǎo)致CPU開始執(zhí)行程序時(shí)沒有一個(gè)良好的初始化，甚至陷入錯(cuò)亂狀態(tài),。
?、僭跁r(shí)鐘振蕩器輸出的時(shí)鐘脈沖還沒有穩(wěn)定，甚至還沒有起振之前,，就因釋放RST信號的鎖定狀態(tài)而放縱CPU開始執(zhí)行程序。這將會(huì)導(dǎo)致程序計(jì)數(shù)器PC中首次抓取的地址碼很可能是0000H之外的隨機(jī)值,，進(jìn)而引導(dǎo)CPU陷入混亂狀態(tài),。參考圖5所示的實(shí)測信號曲線。
圖5 在時(shí)鐘未穩(wěn)定前釋放RST的情況
?、谠陔娫措妷哼€沒有上升到合適范圍之前（自然也是時(shí)鐘尚未穩(wěn)定之前）,，就釋放RST信號的鎖定狀態(tài)，將會(huì)使單片機(jī)永遠(yuǎn)感受不到復(fù)位信號,、經(jīng)歷不到復(fù)位過程,、包含PC在內(nèi)的各個(gè)SFR內(nèi)容沒有被初始化而保留了隨機(jī)值，從而導(dǎo)致CPU從一個(gè)隨機(jī)地址開始執(zhí)行程序,，進(jìn)而也陷入混亂狀態(tài),。參考圖6所示的實(shí)測信號曲線。
圖6 在電源和時(shí)鐘均未穩(wěn)定前釋放RST的情況
4 外接監(jiān)控器MAX810x
為了提高單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的穩(wěn)定性,，以及保障單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的可靠復(fù)位,，許多世界著名的半導(dǎo)體公司，陸續(xù)推出了種類繁多,、功能各異,、封裝微小的專用集成電路。本文僅以帶有電源電壓跌落復(fù)位和上電延遲復(fù)位功能的3腳芯片MAX810x為例,，簡單說明,。
MAX810x（x = L、M,、J,、T、S或R）是美國Maxim公司研制的一組CMOS電源監(jiān)控電路，能夠?yàn)榈凸?font class="f14">微控制器MCU(或μC),、微處理器MPU(或μP)或數(shù)字系統(tǒng)監(jiān)視3~5 V的電源電壓,。在電源上電、斷電和跌落期間產(chǎn)生脈寬不低于140 ms的復(fù)位脈沖,。與采用分立元件或通用芯片構(gòu)成的欠壓檢測電路相比,，將電壓檢測和復(fù)位延時(shí)等功能集成到一片3引腳封裝的小芯片內(nèi)，大大降低了系統(tǒng)電路的復(fù)雜性,，減少了元器件的數(shù)量,，顯著提高了系統(tǒng)可靠性和精確度。應(yīng)用電路如圖7所示,。
圖7 外接帶延時(shí)功能的電壓檢測復(fù)位電路
MAX810x系列產(chǎn)品提供高電平復(fù)位信號,，并且還能提供6種固定的檢測門限(4.63 V、4.38 V,、4.00 V,、3.08 V、2.93 V和2.63 V),。例如,，MAX810M的檢測門限電壓就是4.38 V，回差電壓約為0.16 V,。
對于MAX810,，在電源上電、斷電或跌落期間,，只要VCC還高于1.1 V,，就能保證RESET引腳輸出高電壓。在VCC上升期間RESET維持高電平,，直到電源電壓升至復(fù)位門限以上,。在超過此門限后，內(nèi)部定時(shí)器大約再維持240 ms后釋放RESET,，使其返回低電平,。無論何時(shí)只要電源電壓降低到復(fù)位門限以下（即電源跌落），RESET引腳就會(huì)立刻變高,。
關(guān)于MAX810芯片的更多信息,，可以參考該器件的產(chǎn)品手冊。