如何防止微控制器中的掉電復位

欠壓復位是提高微控制器啟動后可靠性的一項重要功能。通常用于解決電源問題，本文展示了掉電復位如何防止另一個問題。

掉電復位的回顧

微控制器的“斷電”是電源電壓部分暫時降低到可靠運行所需的水平以下。許多微控制器都有一個保護電路，可以檢測電源電壓何時低于此電平，并將設(shè)備置于復位狀態(tài)，以確保在電源恢復時正常啟動。此操作稱為“掉電復位”或 BOR。類似的功能稱為低電壓檢測 （LVD），它更復雜，增加了對多個電壓電平的檢測，并且可以在觸發(fā)復位之前產(chǎn)生中斷。

BOR 通常由控制寄存器中的位啟用。通常，當 BOR 導致復位時會設(shè)置狀態(tài)位。此狀態(tài)位在復位后仍然存在（如果電源沒有變得太低！）并允許程序檢測問題并執(zhí)行額外的恢復或記錄事件。

如果 BOR 被禁用會怎樣？這是穩(wěn)定下降的電源電壓的描述。也許這是一個惡化的電源或正在放電的電池。

V1 為正常電源電壓。V2 是微控制器可能無法可靠運行的點。我將 V3 顯示為操作完全停止的點。V2 和 V3 之間是一個“危險區(qū)域”，可能會出現(xiàn)問題并且操作不可靠。當電源進出危險區(qū)域時，該設(shè)備可以正常工作多年，然后，bam！，出現(xiàn)故障。BOR 級別設(shè)置為高于 V2，并用設(shè)備復位代替危險區(qū)域。重置不好，但（通常）總比不確定好。

接下來，我講述了電源正常運行但使用 BOR 解決不同問題的情況。

尋找掉電復位的另一種用途（艱難的方式）

我設(shè)計了一個電路，該電路包含一個 PIC 微控制器和一個模塊中的 18 個穩(wěn)壓器，用于控制 18 個光傳感器的 +5V 電源。十二個模塊控制陣列中的 204 個傳感器。這些模塊是夏威夷莫納克亞山大型天文望遠鏡自適應光學系統(tǒng)的一部分。這是模塊的內(nèi)部。

圖片由斯巴魯望遠鏡提供

微控制器靠近電路板的中心，18 個線性穩(wěn)壓器安裝在外殼的墻壁上。模塊和傳感器安裝在水冷板上，以將熱量從傳感器陣列上方的光具座中帶走。來自光傳感器的脈沖進入模塊，在那里它們被轉(zhuǎn)換為差分RS-485 信號，并在圖片中上部的連接器上輸出。此外，還有進入模塊的 RS-485 控制信號。所有 RS-485 信號都連接到大約 10 米外的機箱中的電路。重要的一點是模塊中的所有電路都使用相同的 +5V 電源。

這是微控制器和 RS-485 線路驅(qū)動器和接收器的特寫，它們是問題的核心。黑色的模塊化插孔是一個異步串行接口，增加了兩個 RS-485 I/O 信號。

這些模塊在工作臺上經(jīng)過了廣泛的測試。沒問題！他們在實驗室進行了數(shù)月的系統(tǒng)測試。完美的！重大事件是望遠鏡的第一次測試。失??！當電源關(guān)閉并重新打開時，大約一半的模塊失去了通信。我插入調(diào)試器，發(fā)現(xiàn)微控制器正在運行并執(zhí)行代碼，但是變量損壞并且串行接口無法正常工作。很奇怪。

首先，我想說的是，在 13，589 英尺（4，138 米）的海拔高度和 40°F （4°C） 的氣溫下在半夜進行調(diào)試并不好玩。但是，讓我們繼續(xù)前進。這是顯示問題的圖表。

右側(cè)是帶有連接到微控制器和 +5V 電源的 RS-485 線路接收器的模塊。左側(cè)是電纜另一端的線路驅(qū)動器，始終通電。實際上，有兩個方向的驅(qū)動程序和接收器，但我正在簡化。當模塊電源 （VCC） 關(guān)閉時，遠程線路驅(qū)動器和接收器仍處于開啟狀態(tài) （VDD）。這些信號就像電源一樣，通過模塊接口設(shè)備直接到達 +5V 電源或通過微控制器引腳上的 ESD 保護電路。有足夠的電力來防止微控制器完全斷電，并且設(shè)備處于危險區(qū)域。

當模塊上電時，微控制器沒有以正常的上電復位序列啟動。它開始運行但出現(xiàn)問題。為什么這在之前的測試中沒有出現(xiàn)？還記得水冷板嗎？望遠鏡里的冷卻劑比實驗室里的冷卻劑要冷很多。我的理論是較低的溫度足以暴露某些模塊中的問題。

修復很容易。我在代碼中添加了一條語句來啟用BOR，問題就解決了。順便說一句，我寫報告并說服項目經(jīng)理一切都好，比解決問題花費的時間要長得多。

虛假掉電

這是一個顯示一般問題的圖表。