單片機（MCU）中的電路保護

正確的電路保護方法可以大大提高產品或設計的可靠性。不幸的是，并非所有電路保護都以保險絲和瞬態電壓抑制之類的硬件形式出現。某些形式的電路保護可能來自軟件，這可能會造成混亂。在本文中，我們將探討單片機如何在電路保護中發揮作用。

一、 基本的單片機保護

在設計用于單片機的電路保護電路時，必須首先考慮基礎知識。這意味著，連接到導體且暴露于外界的任何數字引腳（例如連接器）均需使用齊納二極管和限流電阻器進行適當保護。如果模擬輸入也連接到外部導體，則還必須具有齊納二極管和限流措施。

由于其CMOS特性，單片機設計也對嘈雜的電源軌敏感（嘈雜的電源線會導致邏輯門無法正確操作）。因此，使用正確類型的去耦電容器很重要。大容量電容器（例如極化電容器）可用于處理外圍設備和大功率設備的突然功率需求。另一方面，小型無極性電容器可用于減少電源軌上的開關噪聲。

通常需要在單片機的每對電源引腳上放置等效串聯電阻（ESR）值低的小型無極性電容器。例如，PIC18F45K22具有兩對輸入電源（VDD和VSS），每對輸入電源應直接連接一個低值陶瓷電容（例如10nF）。

二、電路保護的類型

到目前為止，上述保護方法通常是被動的，只能應對電涌。其他形式的電路保護又如何呢？

盡管電壓和電流浪涌會損壞單片機，但不可靠的電源和電源中斷無疑會造成更大的損壞（只是物理意義上而言）。通常，在降低的電壓下工作時，電路很少受到損壞，但是涉及數字邏輯的電路的行為可能會出乎意料。

從局外人的角度來看，以單片機為基礎的電路在降低的電壓下運行仍然可以驅動顯示器并運行固件（因此似乎可以正常工作），但是來自外部源（例如I2C設備）的數據可能會變得不可靠，因為它們會不能在正確的電壓水平下運行。這會導致錯誤的可靠性感。如果電路在控制安全設備，則只有一半電路在工作，否則有造成嚴重傷害的危險。

那么，如何保護電路免受功率降低呢？

三、單片機中的掉電檢測

雖然通?？梢酝ㄟ^使用外部分立元件（例如保險絲和二極管）來減輕過電壓和電流，但降低功率（稱為掉電）的難度卻更大。

一種方法是設計專用電路，該電路可以在小電壓電平下運行并主動監視電源軌。這種方法的問題在于，它可能會增加設計價格以及最終PCB的復雜性。但是，通常有很多資源可能會減輕設計師的成本。那就是單片機本身?；趩纹瑱C的設計通常具有備用的外設，引腳，存儲器和處理時間。這意味著設計人員無需在設計中包括其他組件即可執行有源電路健康狀況監視。一些單片機包含掉電外設，這可能導致復位并設置標志以向固件指示已檢測到掉電。

那么，如何用單片機實現基本的電路監控系統呢？

1.單片機輸入電壓

下面為基于單片機的電路保護的基本布局，僅需要兩個硬件即可。備用模擬輸入和內部帶隙基準。當帶隙基準電壓源提供基準電壓時，需要使用模擬輸入來測量外部VDD電壓。由于ADC通常是如何工作的，因此不能低估帶隙基準的重要性。ADC將產生一個二進制輸出，其值與ADC和ADC的兩個參考電壓成正比。如果ADC參考為電源軌，則VDD電源軌的ADC讀數將始終為最大值。帶隙基準的使用為ADC提供了一個電壓基準，該基準與電源電壓無關，因此允許單片機測量電源電壓。

2.掉電檢測電路

另外，我們可以使用掉電檢測電路，但這只在電源足以運行單片機而非外部硬件的情況下有用。遺憾的是，該方法無法保護單片機以免掉電。在掉電情況下，需要專用的掉電檢測電路或具有自己的掉電檢測系統的單片機。對于許多設計人員而言，在產品成本，組件數量和PCB面積方面，使用額外的外部電路通常過于昂貴。因此，最好使用帶有內置掉電檢測外設的單片機。

現在，單片機都帶有掉電檢測，一旦檢測到掉電，就會復位MCU，并設置一個特殊的CPU標志來通知用戶發生了掉電復位。由于MCU執行復位操作，因此必須首先執行特殊的處理程序，該處理程序檢查CPU標志（包括掉電標志）。如果設置了該標志，則可以采取特定的措施，例如關閉外圍設備并顯示警告燈。

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