μP监控

1、 μP监控

    现代科技领域对电子产品的要求越来越高，微处理器（如单片机、DSP）系统的稳定性和抗干扰能力是电子工程师面临的一大难题，监控技术就是解决这一难题的有效手段之一。在电子产品中运用监控IC已成为当今的设计潮流，而用 RC阻容元件和小规模数字集成芯片构成的监控电路逐渐被摒弃。

1.1 μP监控的功能及意义

    μP是MicroProcessor的缩写，μP监控最初仅是电压监测，后来看门狗、数据保护、电池切换等功能也归入监控电路，在国内已被很多工程师采 用，广泛应用在通信、能源、电力、工控以及消费类产品等各个领域。几乎有微处理器的应用就有相应的μP监控电路，μP监控电路已广泛应用于计算机 、工业控制、通信、家用电器、仪器仪表等领域。
    硬件监控电路从功能上包括以下几方面：
    1）上电复位：保障系统加电时能正确地启动。
    2）掉电复位：当电源失效或电压降到某一电压值以下时，产生复位信号对系统进行复位。
    3）看门狗定时器：当处理器遇干扰，程序运行混乱产生“死锁”时，对系统复位。
    4）数据保护：当电源或系统工作异常时，对数据进行必要的保护，如写保护、后备电池切换。
    5）电源监测：供电电压出现异常时给出报警指示信号/中断请求信号。
    以上第一点和第二点是构成监控电路必不可少的基本功能。
    其它的辅助功能还有温度监测、短路测试等等。随着半导体技术的发展，这些功能用一片集成电路就能完全解决。例如XICOR、ADI、MAXIM、IMP等著名半导体厂商均提供相关产品。

1.2 μP监控电路与RC阻容复位电路的复位性能比较

    监控芯片在不同宽度的电源电压失效情况下，均能提供正确的复位脉冲。由阻容元件和门电路组成的复位电路则无法保证复位脉冲的宽度，在电源的瞬态跌落和一些 电路冲击带来的干扰的情况下则可能产生不了复位脉冲，这一时间过程足以导致处理器内部状态发生混乱，使处理器失控造成严重后果。表
1对阻容和监控器复位电路的特性进行了比较，可以看出监控器各项性能均优于阻容电路。
    分立元件特别是电容受温度、湿度、压力等外界的影响很大，这也是RC复位不可靠的重要原因。另外其抗电磁干扰特性（EMI）较差、占用板面积也较大。

   

 

　

表1 阻容和监控器复位电路功能特性比较

    特性

电路

特性比较

上电复位

掉电复位

波形

触发门限

脉冲宽度

外部元件

占用体积

可靠性

其它功能

阻容电路

有

无

不好

不易确定

不易确定

多

大

低

无

监控器

有

有

好

确定

确定

无

小

高

有

1.3 数字化世界里的模拟技术

    一些微处理器厂商也曾做过这样的尝试：将简单的监控电路集成到微处理器中，但效果不甚理想。目前，很多模拟电路尚不能同数字电路完全集成在一起。因为制造 数字集成电路的工艺同制造模拟器件的工艺差别很大，数字电路通常采用低电压的CMOS工艺，而模拟器件需要高电压、高线性度的不同制作工艺，特别是高性能 的模拟电路还需要利用双极工艺制造的高频晶体管。同时，逻辑器件产生的噪声很大，很难同高性能的模拟电路“和平共处”。另外，微处理器内置监控有时无法达 到监控目的，比如内置Watchdog的正确工作依赖MCU本身的软件设计和正常工作，是非独立的。
    μP监控电路目前发展方向是低功耗、多功能集成。如随着数字系统工作电压的降低也相应地降低了复位门限，最低的复位门限电压已低至0.6V。

　

2、 实时时钟

2.1 实时时钟的功能及分类

    实时时钟RTC（Real Time Clock）基本功能是向MCU提供时、分、秒、日历等时间信息，在系统掉电以后由片内或片外的备用电池供电，继续保持片内时钟的运行，因而广泛应用于需 要实时时钟的场合如数码相机、PDA、电子计费、计算机、手机、通用电子、家用电器、工厂自动化等。
    实时时钟芯片分类可以按功能分类及按接口方式分类。以下是实时时钟分类结构及典型产品。单一时钟功能只提供年、月、时、分、秒等基本时间信息；多功能实时 时钟除了提供时间之外，通常都具有定时报警功能，此外不同厂家的产品还集成了其它功能如增加EEPROM、SRAM监控电路等。

    实时时钟通常提供并口或串口（I²C 或3线）与单片机进行通信，单片机可以很方便地对其进行读写控制。对于提供并行数据接口的RTC，可直接连接到单片机的数据总线上，也可用单片机的I/O 端口；对于提供串行接口的RTC，一般是用单片机的I/O口线模拟串行口，实现对RTC的读写操作。对实时时钟的读操作通常是读出当前的时间、日历，写操 作则用来设置新的时间，以及对时钟频率微调进行时间校准等。

2.2 实时时钟的应用

    实时时钟最基本的用途是为系统提供实时的时间，一般系统掉电后仍能保持时钟的运行。从另一角度出发，在较长时间（以秒为单位）定时应用的场合，实时时钟功 能具有与单片机片内定时器相似的功能，其定时报警即类似于定时器的定时中断。在实时性要求不是很强的系统中，可以用实时时间作为系统任务调度的时间基准。 目前XICOR公司推出的X1286/1288最小定时周期可达到10ms，可以用作更精确的多任务系统的任务调度时间基准，提高任务响应的实时性。
    随着实际应用的需要，片内集成了其它功能的时钟芯片应用越来越广泛。如XICOR公司的片内集成了看门狗、EEPROM、电压监控的实时时钟芯片X12××系列产品为您提供了丰富的时钟以外的功能，大大简化了系统硬件设计。