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  • 解析RC電路用作芯片復位電路原理
    • 發(fā)布時間:2020-08-10 18:04:51
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    解析RC電路用作芯片復位電路原理
    本文主要介紹了利用RC電路作為芯片復位的原理,分為上電復位和按鍵復位。下面一起來看看:
    1 電容充電過程
    當電容器接通電源以后,在電場力的作用下,與電源正極相接電容器極板的自由電子將經(jīng)過電源移到與電源負極相接的極板下,正極由于失去負電荷而帶正電,負極由于獲得負電荷而帶負電,正、負極板所帶電荷大小相等,符號相反。電荷定向移動形成電流,由于同性電荷的排斥作用,所以開始電流最大,以后逐漸減小,在電荷移動過程中,電容器極板儲存的電荷不斷增加,電容器兩極板間電壓 Uc等于電源電壓 U時電荷停止移動,電流為0。
    Figure1. 電容充電過程--自由電子流過電源的移動
    如Figure 1所示,當給U一個電壓值的一瞬間,電路必須要滿足基爾霍夫電壓定律,因而電容兩端電壓發(fā)生強迫跳變,其值變?yōu)閁。所以,F(xiàn)igure 1的電路充電時間極短,幾乎為0。
    RC電路
    2 RC電路作為芯片復位電路
    (1) RC電路充電
    RC電路
    Figure2. RC電路電容充電過程
    [1] U = 0時,電路無通路。nRst點與任何一點都不存在電位差。
    [2] 在給U一個電壓的瞬間,電容正極板上有電子通過點電源到達負極板從而形成回路,此時電源電壓U的值將分配在電阻R和電容C之上。nRst點的電壓與電容正極板的電壓值相等。
    [3] 隨著自由電子的移動,電容充電完畢,不再有電流即電路中又無通路。此時V = U,電阻相當于導線。nRst點與電容負極的電位差為U。
    RC電路電容的充電過程也很短,但比純C電路的過程要長。這個時間可以通過基爾霍夫定律算出來:
    R * I(t) + V(T) = U
    I(t) = C * dV(t) / dt
    R * C dV(t) / dt + V(T) = U (1)
    這是一個一階線性非齊次(U !=0)微分方程。
    首先,先討論(1)中對應的齊次方程
    R * C dV(t) / dt + V(T) = 0
    分離變量得
    dV(t) / V(t) = - dt / RC
    對兩邊積分得
    lnV(t) = (- 1 / RC) Sdt + lnc
    V(t) = e-(t/RC) + lnc
    = A * e-(t/RC)
    對方程兩邊進行微分,得:
    dV(t) / dt = -(A/RC) * e-(t/RC)
    然后將上式帶入(1)中得
    V(t) = U + A * e-(t/RC)
    連抄再請教,終于將這個方程解出來了。當V(t) = U時,表示電容充電過程完畢。這個時間跟R * C值有關(guān)。
    (2) RC電路用作芯片復位電路
    通過復位引腳對芯片(如STM32103)進行復位要滿足兩點[具體要求以芯片的手冊為準]:
    復位引腳為低電平(電壓小于3.3V)
    保持足夠長的時間(具體時間可查看其手冊)
    RC電路
    Figure3. RC電路用于復位電路圖
    [1]當3.3v電源加到圖示位置時,RC電路導通,nRST與地的電位差為電容與地的電位差。nRST與地的電位差只有電容充電完畢后才會達到3.3V,所以在電容的充電過程中,給芯片引腳的信號都是低電平。根據(jù)RC電路充電方程式V(t) = U + A * e-(t/RC),只要合理的選擇好R跟C的值就可以保證充電時間大于芯片復位所要求的時間。查看e-(t/RC)的衰減曲線:
    RC電路
    Figure4. A * e-(t/RC)衰減過程
    盡管A應該是負值,但上圖可以表示其衰減過程??梢钥吹?,當t = 4RC時,整個表達式的值就已經(jīng)很接近于0。所以,只要電路中的4RC乘積大于芯片要求復位時間即可??紤]在電容充電過程中應盡量將U電壓分配到電阻R上,所以應將電阻R的值選得大一些。圖示中4RC = 4 * 10000 * 10^-5 s = 0.4s。這個比按鍵復位還有保障。
    [2] 電路上電后即電容充電完畢后,若再想對芯片復位則只要按下P33即可,按下P33的過程中nRST接地。人按鍵的速度大于10ms(按鍵程序用10m s消抖動),而一般芯片復位要求的時間都比較小,應該遠小于10ms。所以,按鍵復位能夠保證芯片的復位。
    這就是常見的利用RC電路作為芯片復位的原理。分為上電復位和按鍵復位。
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