2. Контроль схем сброса.

Схема сброса микропроцессора при включении пита­ния может привести к неправильной работе. Импульс сброса, который должным образом не сформирован (слишком короткая длительность, сильно забит поме­хами, имеет растянутый фронт), может вызвать непра­вильную последовательность сброса, частичный сброс или совсем не произвести сброс. В схемах сброса, подвержен­ных помехам по цепям питания, может быть инициирован частичный сброс с неопределенным поведением микро­процессора. Выключение системы и быстрое последующее включение могут привести к такому же ее поведению, вы­зывая сбой в питании микропроцессора, когда его вход сброса удерживается в состоянии логической 1 кон­денсатором большой емкости. При этих условиях микро­процессор не сбрасывается, а его внутренние схемы нахо­дятся в неопределенных состояниях, что приводит к непредсказуемому поведению микропроцессора.

Рис. Типичная схема сброса при включении питания:

5V

5V

5V

+

При включении системы (U_пит) большая постоянная времени τ=R*C заставляет сиг­нал на входе находиться в состоянии логического 0 после того, как на микропроцессор подано номинальное электропитание, что инициирует в МП последовательность сброса при включении пита­ния, которая обычно длится около 20 тактов синхрониза­ции и инициализирует внутренние регистры МП. Например, в МП Z80 программный счетчик сбрасывается в 0, в результате чего МП начинает работать с нулевой ячейки адреса.

Продолжительность сброса и осуществляемые им действия специфичны для каждого МП. Микро­процессор остается в про­цессе сброса до тех пор, по­ка конденсатор в схеме сброса не зарядится так, что микропроцессор воспримет напряжение на нем как состояние логической 1.

Для сброса МП в процессе работы используется кнопка, параллельно конденсатору, с помощью которой конденсатор разряжается, и на входе появляется состояние логического 0.

Рассмотренная простая схема сброса может вызвать хаотичное поведение микропроцессора, если помеха при­водит к моментальному отключению питания микропро­цессора. При действии помехи конденсатор в схеме сбро­са не успевает разрядиться через резистор, сохраняя на входе состояние логической 1, а состояние реги­стров микропроцессора искажается. Когда питание вос­станавливается, микропроцессор продолжает работу с каких-то произвольных состояний внутренних регистров (сбой).

Наиболее вероятной причиной помехи в питании, до­статочной, чтобы вызвать такое поведение, является мо­ментальная неисправность в сети электропитания. Она часто называется «коричневым отключением» в отличие от более продолжительной неисправности, называемой «черным отключением». Кратковременные помехи по сети – случайные и непредсказуемые события, поэтому в больших МПС требуются схемы обнаружения отказа сети, чтобы МПС могла упорядоченно отреагировать на отказ.

Для этого в системах питания используются:

1. конденсаторы большой емкости (22000 мкф), поддерживающие номинал электропитания в течение некоторое время после отказа в сети;

2. резервное аккумуляторное питание.

В системах, где потеря информации недопустима, необходимо предусмотреть программно-аппаратные средства, чтобы μ-ЭВМ до полного отключения сетевого питания успела запомнить и сохранить информацию упорядоченным образом (прерывание по питанию и программа обработки этого прерывания).

Схемы обнаружения неисправности сети обычно под­считывают частоту сети, чтобы зафиксировать пропада­ние нескольких циклов и затем сформировать управля­ющий сигнал, инициирующий упорядоченное выключение вычислительной системы. В небольших системах допол­нительные схемы обнаружения неисправности сети обыч­но не оправданы, но их можно заменить более простыми схемами, которые контролируют напряжение питания.

При первоначальном включении питания (см. рис.) на входе поддерживается низкий уровень с помощью обычной RС-цепочки сброса.

Рис. Схема обнаружения неисправности питания

Если возникает помеха, ко­торая переводит питание на низкий уровень и затем вос­станавливает его, запускается КМОП-одновибратор, формирующий сигнал сброса в микропроцессор и ини­циирующий последовательность сброса. Одновибратор запускается нарастающим фронтом, соответствующим восстановлению питания, и имеет на входе триггер Шмитта, способный срабатывать от растянутого фронта изме­няющегося уровня напряжения в цепи питания. КМОП-одновибратор на время действия помехи остается с пи­танием благодаря диоду D₁ и заряженному конденсатору С₂. Схема на рисунке применяется для подавления отно­сительно кратковременных помех. Эту схему можно также использовать и для борьбы с более длительными помехами, если параллельно конденсатору С₂ под­ключить заряжаемый никель-кадмиевый аккуму­лятор.

Схемы сброса при включении питания можно проверить с помощью запоминающего осциллографа или логического анализатора. Постоянный низкий уровень на входе микропро­цессора фиксирует его в состоянии сброса и создает впечатление полностью нефункционирующей системы. Подобный отказ может возникнуть из-за замыкания на землю печатного проводника, идущего на вход , из-за неисправной микросхемы, подключенной к этой же линии, или из-за короткого замыкания в конден­саторе.