六型表典型电路.docx

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六型表典型电路

一．六型表典型电路

1．看门狗

当单片机受到干扰而失控，引起程序乱飞，也可能使程序进入“死循环”。

指令冗余、软件陷阱技术不能使失控的程序摆脱“死循环”的困境，这时就通常采用程序监视技术又称之为“看门狗”技术（watchdog），使程序脱离“死循环”。

测控系统的应用程序往往不断采用循环运行的方式，每一次循环运行的时间基本固定。

“看门狗”技术就是不断监视程序循环运行时间，若发现时间超过已知的循环设定时间，则认为系统陷入“死循环”，然后强迫程序逻辑返回到0000H入口，在0000H处安排一段出错处理程序，使系统运行纳入正规。

“看门狗”技术可由硬件实现也可由软件实现，或者两者结合起来。

下面介绍硬件与软件“看门狗”。

1．1硬件“看门狗”

看门狗电路图

（一）

电路简析：

TL7705电容C67确定电源上电过程中的RESET延时Td，其延时时间为：

Td=1.3×104×CT.

=1.3×104×0.1×10-6=1.3（毫秒）。

C66为内部2.5V基准电压的滤波电容，复位输入RI接为高电平（外部复位禁止）。

监视电压SEN接入VCC（+5V）电源电压，当电源电压降低时（典型值为4.55V），TL7705产生掉电检测信号RESET（高电平）与/RESET（低电平），/RESET（低电平）供CPU检测以告之CPU进行必要的掉电处理，另一方面通过二极管D6进一步对Q14的输出钳位为低电平，以防掉电期间CPU复位。

RESET（高电平）接入4060的12脚对4060芯片的输出进行复位（清零），同样以防掉电期间CPU复位。

CD4060的振荡周期为：

T=2.2RxCx=2.2×R132×C70=2.2×20×103×4700×10-12=206.8（微秒）

监视时间（最大喂狗时间）为206.8×214=206.8×16384=3388211.2微秒=3.3882112秒,即CPU在最大3.3882112秒时间内必须进行一次喂狗（即发高电平喂狗信号WDOG）,否则将对CPU复位。

C88、C89电解电容以极性相反方式串联以变为无极性的大电容，C88、C89与R134组成放电回路，其放电时间的大小确定CD4060复位的延迟时间。

D7二极管起保护作用，以防止12脚出现负电压。

Q14为CD4060的分频输出，其分频系数为16384倍。

目前六型表电路WDOG的喂狗时间为31.25ms。

看门狗电路图

（二）

本电路的掉电检测功能禁止（PFI接为地），本芯片组成上电、下电复位及看门狗功能。

上电复位过程大致过程为：

在上电至1.2V以上时，/RESET确保为低电平，当电压上至复位门限电压以上时，/RESET复位仍保持约200ms有效，以对芯片进行可靠复位。

下电复位过程大致过程为：

当电源电压降至复位复位门限电压以下时，/RESET脉冲接低。

在下至1.2V以下时，输出低电平不确定。

WDI如不接至/MR，则看门狗输出（/WDO）有效时不会产生复位信号，故如要看门狗输出（WDO）有效时产生复位信号则必须把/WDO接至/MR。

本芯片的监视时间（最大喂狗时间）为1.6秒。

计量芯片的喂狗时间PD4为20ms（atmeg8515）,320毫秒至660毫秒之间（AT90S8515）。

1．2软件“看门狗”

为简化电路，也可建立一个纯软件的“看门狗”。

当系统掉进死循环后，只有比这个死循环更高级的中断子程序才能夺走对CPU的控制权。

为此可用一个定时器来做WATCHDOG，将其溢出中断设为高级中断，系统中的其他中断设为低级中断。

例如可用T0作WATCHDOG，定时约为16ms，这样可以在初始化程序时写入如下指令程序：

MOVTMOD,#01H；设T0为16位定时器

SETBET0；允许T0中断

SETBPT0；设T0为高级中断

MOVTH0，#0E0H；定时设为约16ms（6MHZ晶振，定时时间T=（65536-57599）×2=15876微秒）

SETBTR0；启动T0开始定时计数

SETBEA；开总中断

当程序掉入死循环后，16ms之内即可引起一次T0定时溢出，产生高级中断，从而退出死循环。

T0中断可直接转向出错处理程序，在中断向量区放置一条LJMPERR指令即可。

由出错处理程序来完成各种修补工作，并用软件方法使系统复位。

2．掉电检测

电网瞬间断电或电压突然下降将使单片机供电电源下降，使单片机系统因电源下降陷入混乱状态，电网电压恢复正常后，单片机系统难以恢复正常。

对付这一类事故的有效方法就是掉电保护。

掉电信号由硬件电路检测到，加到单片机的外部中断输入端。

软件中将掉电中断信号规定为高优先级中断，使系统能够及时对掉电作出反映。

在掉电中断的子程序中，首先进行现场保护，把当时的一些重要状态参数、中间结果一一从片外RAM中调入单片机内部的RAM中。

某些片内专用寄存器的内容也转移到片内通用RAM中。

其次是对有关外设作出妥善处理，如关闭各输入输出口，使外设处于某一个非工作状态等。

最后还必须在片内RAM的某一个或两个单元作上特定的标记，例如0AAH或66H这类的代码，作为掉电标记。

完成这些应急措施后即可进入掉电保护工作状态。

为保证掉电子程序能顺利进行，掉电检测电路必须在电压下降到CPU最低工作电压之前就提出中断申请，提前时间一般为数百微秒至数毫秒。

掉电后，外围电路失电，但CPU不能失电，以保持CPU内部RAM数据及时钟正常计时，故CPU必须要有备用电源，另外还必须让CPU处于低功耗的睡眠状态以降低电池功耗。

附注：

原理图及电路分析参见硬件看门狗。

二：

基本电路

1．集成稳压电路、阻容稳压电路

1）与稳压有关的概念

稳压电路由于输出直流电压VO随输入直流电压VI、输出电流IO和环境温度T（℃）的变动而变动，即输出电压VO=f（VI,IO,T）,因而输出电压变化量的一般式可表示为

△VO=KV△VI+RO△IO+ST△T

（1）输入调整因数:

KV反映了输入电压波动对输出电压的影响,在实际中常用输入电压变

化△VI时引起输出电压的相对变化来表示,称为电压调整率（电压调整率也有定义为:

在温度和负载恒定的

条件下,输入电压变化10%时,输出电压的变化,单位为mV）,即

有时也以输出电压和输入电压的相对变化之比来表征稳压性能,称为稳压系数,其定义可写为

（2）输出电阻:

（Ω）Ro反映负载电流Io变化对Vo的影响

（3）温度系数:

（mV/℃）温度系数越小,输出电压愈稳定。

（ST常用输出电压Vo的相

对变化量表示。

（4）纹波抑制比RR（RippleRejection）=20lg式中分子和分母分别为输入纹波电压和输出纹波电压的峰-峰值。

（5）电流调整率SI是指在温度不变的条件下，Io从零变到最大值时，输出电压的相对变化。

有时也定义为恒温下，负载电流变化10%时引起的输出电压的变化，单位为mV。

（6）纹波电压是指稳压电路输出端交流分量的有效值，一般为毫伏数量级，它表示输出电压的微小波动。

2）集成稳压电源（略）

示例：

输出电压Uo=（1+R1/R2）Uz

3）阻容稳压电路

（1）本电路主要利用电容（C12）分压构成低成本的电源，在正常工作过程中，大部分电压降落在C12两端，该电容为0.47微法，耐压为275V的金属聚酯薄膜电容。

C12的容抗决定电源的视在功率即伏安数，电阻R42决定电源空载的有功功率数。

以本例为例：

电容C12的容抗值约为6776Ω（按f=50Hz），电源电路输入阻抗值Z约6792Ω，电源电路电流约为220/6792=0.03239安。

视在功率S≈0.03239×0.03239×6776=7.1（伏安）

有功功率P≈0.03239×0.03239×470=0.49（瓦）

故电容C12增大则视在功率增大，根据国标要求视在功率为不大于10伏安。

（2）本电路中各器件的主要作用

RV1压敏电阻（过压保护作用），C12聚酯薄膜电容（交流降压），R42（限流电阻），Z1（钳压作用），D3（半波整流），C13、C14（滤波），R43、Z2（提供稳压基准），C15、T1（提供电子有源滤波），C17（+5V输出高频滤波），LED4（电源指示），D1（保护LED4不受反向电压击穿），R44（限流）。

（3）电子有源滤波简介

设基极交流纹波电流为ib,T1三极管的电流放大倍数为β,则T1基极上所建立的纹波电压为Ub=ib×（1/ωC15），假若C15不接于基极而接在发射极，并用电容C表示，则在发射极上的纹波电压为Ue=ie×（1/ωC），由于Ub≈Ue,ie=（1+β）ib,则（1+β）ib×（1/ωC）≈ib×（1/ωC15），即C=（1+β）C15

3．集成运放、比较电路

1）集成运放的主要参数

A．输入参数

（1）输入失调电压UIO

集成运放由于输入差动级的不完全对称，当输入为零时，输出不为零，输入失调电压就是为使输出为零而在两输入端之间必须外加的补偿电压。

即UIO=（UI+-UI-）UO=0

UIO的大小反映了运放制造中电路的对称性情况和电位的配合情况，显然UIO越小越好，一般为1至10mv。

在实际使用中，为保证当输入为零时，输出为零，一般需要采用调零的办法进行补偿。

（2）输入失调电压温漂dUIO/dT

当环境温度变化时，输入失调电压随着变化，通常将输入失调电压对温度的平均变化率称为输入失调电压温度漂移。

要求dUIO/dT越小越好。

一般以μv/℃为单位。

UIO可以通过适当的调零装置进行补偿，但dUIO/dT并不必然的等于零。

因此器件的失调电压温漂指标就是衡量“高精度”运算放大器的一项重要指标。

（3）输入偏置电流IIB

IIB衡量差动对管输入偏置电流绝对值的大小。

其定义为不加输入信号时流入差动输入级的两个静态基极电流的平均值，即：

IIB=1/2（IIB++IIB-）

其值的大小主要和输入级差动对管的β有关。

显然，IIB越小越好，IIB越小，信号源内阻变化引起的输出电压变化也越小。

一般为nA至μA数量级。

（4）输入失调电流IIO

当输出电压为零时，流入差动级的静态基级电流之差称为输入失调电流。

即IIO=IIB+-IIB-UO=0

其值的大小主要是由于输入级差动对管的β不对称所引起的。

由于信号源的内阻的存在，IIO的存在会引起误差输入电压，所以希望IIO越小越好。

（5）输入失调电流温漂dIIo/dT

该定义与输入失调电压温漂相同。

B.差模特性参数

（1）开环差模电压增益AUd

AUd是在标称电源电压下，接上规定负载电阻RL（通常为2KΩ）但不加反馈时，输出信号电压与所加差模输入信号电压之比。

即AUd=UO/Uid

它是影响运算精度的重要指标。

通常用dB（分贝）表示为AUd=20lgAUd[dB],一般均在100dB以上。

（2）最大差模输入电压UIDM

UIDM是两个输入端之间所允许施加的最大差值电压。

超过该值，输入级某一侧的晶体管将出现PN结的反向出穿。

（3）差模输入电阻rid

rid一般都是指对差模信号呈现的动态电阻，即rid=Uid/iid

它反映了差动对管向信号源取用电流的大小。

通常以MΩ为单位。

C．共模特性参数

（1）共模抑制比KCMRR

KCMRR的定义与差动放大电路相同。

它的大小表征了集成运放抑制共模干扰信号能力的大小，典型值为80∽100dB。

（2）最大共模输入电压UICM

UICM是在标称电源电压下允许加在输入端的最大共模电压，当超过此值时，会引起运放内部某些晶体管截止或饱和，运放将不能正常工作或KCMRR将明显下降。

2）理想运算放大器及其分析方法

（1）理想运算放大器具有如下理想参数：

a.开环电压增益AUd=∞

b.输入电阻rid=∞

c.输出电阻ro=0

d.共模抑制比KCMRR=∞

e.输入失调电压UIO，输入失调电流IIO均为零

（2）工作在线性区理想运算放大器的分析特点：

a.虚短

由于理想运放的开环电压增益AUd=∞，当运算放大器的工作电源为一定值时，输出电压U0将是一个有限的数值，根据U+-U-=U0/AUd=0,即U+=U-

该式表明同相输入端U+与反相输入端U-之间的电位差为0，相当于接于同一点上，但不是真正的短路（必竟有些差别，只是非常微小罢了），故称之为“虚短”。

b.虚断

由于理想运算放大器的差模输入电压U+-U-=0，且差模输入电阻rid=∞，所以两输入端不从外电路取用电流，其电流等于零，该支路相当于断开一样，但不是真正的断开，故称之为“虚断”。

综上所述，理想运算放大器从外部来看同相输入端与反相输入端相当于接于一点，具有相同的电位，从内部来同相输入端与反相输入端的电流流动情况，相当于没有电流从同相输入端与反相输入端流入运算放大器内部。

（3）工作在非线性区运算放大器的分析特点

当U+>U-时，U0=+U0（sat）

当U+

此时输入端的电位U+和U-不一定相等，即“虚短”原则上不成立，但仍然可认为两个输入端的输入电流等于零，即“虚断”的条件原则上仍然成立。

3）集成运算放大器的主要应用

线性应用：

a.反相放大器（反号器）

b.同相放大器（电压跟随器）

c.差动比例放大器

d.积分器

e.微分器

f.有源校正电路

g.电压源

h.电流源

i.有源滤波器

非线性应用

a.电压比较器（迟滞比较器即施密特触发器）

b.精密整流

六：

元器件/通用IC/CPU

15．74123（双可再触发的单稳态多谐振荡器）

●简介：

该芯片可用三种方法改变单稳脉冲的宽度。

（1）选取外部电阻和外部电容确定单稳脉冲的基本宽度

（2）再次触发，重新触发门控输入A（下降沿触发）或门控输入B（上升沿触发）可使单稳脉冲的基本宽度变宽（3）使用手控清除端（overridingclear）可使单稳脉冲的基本宽度变窄。

●

管脚说明

1脚（1组触发A，下降沿触发）

2脚（1组触发B，上升沿触发）

3脚（1组清除端，低电平有效）

4脚，13脚（1组互补输出/Q，Q）

6脚（1组电容接入端）

7脚（1组电阻，电容公共接入端）

8脚，16脚（电源GND与VCC）

9脚（2组触发A，下降沿触发）

10脚（2组触发B，上升沿触发）

11脚（2组清除端，低电平有效）

5脚，12脚（2组互补输出Q，/Q）

14脚（2组电容接入端）

15脚（2组电阻，电容公共接入端）

●功能表（见附图）

22．4060（14级带进位二进制边沿触发计数器/分频器及振荡器）

●主要特点：

1）15V时钟频率达12MHZ

2）同时复位

3）全静态工作

4）输入和输出带缓冲

5）带施密特触发器的脉冲输入

●管脚说明：

11脚（时钟输入），9脚（同相时钟输出），10脚（反相时钟输出），12脚（复位信号，高电平有效）

8脚、16脚（电源GND与VCC），1、2、3、4、5、6、7、13、14、15脚（计数器/分频器输出）

●RC振荡器周期计算：

T=2.2RxCx（Rs大小为2Rx至10Rx）

●Qn输出频率=Fclk/2n

26．TL7705

●简介：

TL7705为专用于微型机算机及微处理器的复位控制芯片，该电源电压监视芯片监视Sense输入管脚上的电压欠压情况。

（1）上电过程

在上电过程中，当VCC电压上升到约为3.6V电压时，/RESET输出有效（低电平），且在上升过程中继续保持在低电平。

在这点（假设该点sense输入脚电压高于VIT+），延时定时器功能激活一定时延时（延时时间为Td）之后，/RESET与RESET输出信号才无效（即分别为H，L）。

在正常工作过程中如发生欠压，则/RESET与RESET输出有效。

为确保复位可靠，在sense输入脚上的电压超过正上限门槛电压（VIT+）后，复位输出信号仍在一段延时时间内保持低电平有效。

延时时间由外接电容CT值确定，Td=1.3×104×CT.。

（2）下电过程

在下电过程中（假若sense输入脚电压低于VIT-），输出保持有效直至VCC下降到低于2V（最大值），此后，输出状态不确定。

●主要特点：

1）上电复位发生器2）电压下降后自动产生复位3）工作电压范围宽4）带温度补偿的基准电压

5）互补复位信号输出6）可外部调脉冲持续时间（指延时时间Td）

●管脚说明：

1脚（内部基准电压2.5V输出），2脚（复位信号输入，低电平有效）

3脚（外接积分电容），4脚，8脚（电源GND与VCC）

5脚（复位信号低电平输出），6脚（复位信号高电平输出）

7脚（监视电压输入）

引脚排列图

功能框图

定时时序图

27．MAX706

●

功能框图（见右图）：

●管脚说明：

1脚（手动复位输入）

2脚，3脚（电源VCC与GND）

4脚（掉电检测信号输入）

5脚（掉电检测信号输出）

6脚（看门狗信号输入）

7脚（低有效复位信号输出）

8脚（看门狗信号输出）

三：

基本电路

4．石英晶体振荡电路

a．基本概念

品质因数：

其定义为，Q=

，Q值越大，频率稳定度越高。

频率稳定度：

频率稳定度一般用频率的相对变化量Δf/f0来表示，f0振荡频率，Δf为频率

偏移。

频率稳定度有时附加时间条件，如一小时或一日内的频率相对变化量。

b.石英晶体等效电路与电抗特

石英晶体的一个特点在于它具有很高的质量与弹性的比值（等效于L/C），因而它的品质因数Q

高达10000∽500000的范围内。

例如一个4MHZ的石英晶体的典型参数为：

L=100mH,C=0.015PF.C0=5PF,R=100Ω,Q=25000

由等效电路可知，石英晶体有两个谐振频率，即

1）当R、L、C支路发生串联谐振时，其串联谐振频率为

由于C0很小，它的容抗比R大得多，因此，串联谐振的等效阻抗近似为R，呈纯阻性，且其阻值很小。

2）当频率高于fs时，R、L、C支路呈感性，当与C0发生并联谐振时，其振荡频率为

由于C<

通常石英晶体所给出的标称频率既不是fs也不是fp，而是外接一小电容CS时校正的振荡频率，CS与石英晶体串接如下图所示。

利用CS可使石英晶体的谐振频率在一个小范围内调整。

CS的值应选择得比C大。

根据串接CS的石英晶体导出新的电抗如下

令上式中的分子为零，得到新的串联谐振频率

由于C<<（C0+CS）

上式进一步化简近似得

可见频率的相对变化量为：

由上可知，串入CS之后，并不影响并联谐振频率，

当CS=0时，

，而当CS=∞时，

。

实用时，CS是

一个微调电容，使

在

与

之间的一个狭窄范围内变动。

C.石英晶体振荡器电路（并联型）

由“并联晶体振荡电路图”与“上图C（电抗-频率响应特性）”可知，从相位平衡的条件可得出该电

路的振荡频率必须在石英晶体的

与

之间，此时石英晶体在电路中起电感作用。

并联晶体振荡

电路属于电容三点式LC振荡电路。

振荡频率由谐振回路的参数（C1、C2、CS和石英晶体的等效电感

L）决定。

由于C1、C2>>CS，所以振荡频率主要取决于石英晶体与CS的谐振频率。

石英晶体作为一个

等效电感L很大，而CS以很小，使得等效Q值极高。

故频率稳定性极高。

由于石英晶体振荡电路的输出为正弦波，而数字电路的所需的时钟为方波脉冲信号，故振荡电路输

出的正弦波必须整形为方波脉冲。

、、

三：

基本电路

2．精密整流电路

利用二极管的单向导电性可组成整流电路，但由于硅二极管的正向导通电压约为0.7V,因此，在应用二极管组成的整流电路中，当输入信号电压与二级管的正向导通电压为同一数量级时将会造成很大误差。

而对小于二极管正向导通电压的信号，将无法整流。

利用二极管与集成运放组成的精密整流电路不仅可对小于二极管正向压降的信号进行整流，而且由于负反馈的作用使整流特性接近于理想。

图示为反向输入的精密半波整流电路，其工作原理如下：

设输入信号Ui为正弦波，当Ui>0时，由于运放工作在反相输入组态，输出电压UO1为负，所以二极管D1导通，D2截止，输出端UO与运放输出UO1隔开，而经反馈电阻RF接于反相输入端。

由于D1导通，运放工作在深度负反馈状态，反向输入端U-为虚地，RF中无电流流过，故UO为反相输入端电位U-，即UO=U-=0。

当Ui<0时，则运放输出电压UO1为正，所以D1截止，D2导通，运放为反相输入比例器工作方式，输出电压UO=-（RF/R1）×Ui其输入波形如图b所示。

图C为该整流电路的电压传输特性。

当Ui<0时，输出电压UO=-（RF/R1）×Ui，即该整流电路还具有放大作用，当RF=R1时，UO=-Ui。

由图a可以看出，只要运放的输出电压U01大于二极管的正向压降UD，就能使D1，D2分别处于导通或静止状态，完成整流任务。

所以这个电路能整流的最小输入电压为UD/AUd。

如果运放的开环放大倍数AUd为6×104，UD=0.6V，则当Ui大于10µV时，二极管D便会导通，可见整流特性是很精密的。

六：

元器件/通用IC/CPU

1．共模电感

图

图1：

共模电感线路图图2：

共模电感实图

a.当无共模信号时，线圈中的负载电流因方向相反，所形成的磁场互相抵消，不会出现磁饱和。

同样，

当出现串模噪声时，也会因极性相反而使磁通互相抵消，因而基本上不起电感作用。

b.当出现共模噪声时，两个线圈所产生的磁通方向相同，使电感作用加倍，因而对线路与地线间的共模

噪声起到很强的抑制作用。

8．三端稳压块7805/7905/317/337

a．以LM78xx为例，详细说明三端稳压块的技术指标

b．引脚封装

图1：

7805封装图图2：

7905封装图

图3：

317封装图图4：

337封装图

c．以LM317为例的简单应用

4．串行存贮器（以FM24C64--64K位铁电非易失性随机存贮器为例）

（1）基本信息

a.

存贮容量8192×8位。

b.

读/写操作可达10亿次。

c.高温85℃情况下，数据

可保持10年。

d.写操作无需延时。

e.采用高度可靠的铁电

先进工艺。

f.采用二线串行接口。

g.总线频率最高可达1MHZ。

h.可直接取代E2PROM硬件。

i.低功耗：

真5V工作、工作电流（100KHZ）150μA、闲态电流

10μA。

10．全失压电流检测（异常电流检测）

注意要点：

（1）在上电状态，VPP2电压无，不进行全失压电流检测

（2）在下电液晶不显示时，如电流回路中如无电流，则TSTI检测端有一间隔时间为30秒，电压幅值取决于超级电容两端电压及3.6V电池电压，脉宽为180ms的脉冲波。

（3）在下电液晶不显示而电流回路有异常电流有情况下，如在此情况下唤醒液晶显示后去除异常电流，则电表仍判电表有异常电流（因此时唤醒液晶后不进行异常电流检测）。

（4）电表只在下电且液晶不显示的情况下才对异常电流进行检测。

（5）当检测到异常电流状态发生变化时，启动3次5秒检测，此后每30秒一次。

全失压电流检测相关电原理图