专用测试设备单片机随机重启故障处理

刘 清，朱朝阳，韩 刚，赵 涛

（西安北方光电科技防务有限公司检测计量中心，陕西西安 710043）

0 引言

以单片机AT89S52作为检测控制核心的某专用测试设备，主要用于某产品电装调试、系统检测及交验过程的关键测试设备。近期，在对某产品进行厂检、军检的交验过程中，频繁出现随机的系统重启故障，严重影响了该产品的生产检测，对生产造成了极大的困难。

1 故障原因分析

1.1 单片机AT89S52简介

AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K系统可编程F1ash存储器。使用 Atme1公司高密度非异失性存储器技术制造，与80C51产品指令和引脚完全兼容。片上F1ach允许程序存储器在系统内编程，也适用于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程，使得AT89S52在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛应用。AT89S52具有以下标准功能：8K字节F1ash，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，3个16位定时器辕计数器，1个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。

1.2 芯片MAX814简介

芯片MAX814是Maxim公司生产的依1%精度、低功耗、+3 V与5 V微处理器监控和复位电路。它主要用于台式机、便携式计算机和笔记本电脑、测试盒测量仪器、便携式电池供电设备和多输出电源。主要技术参数有：1个电源监控器，手动复位，程控时钟，8引脚表贴安装，最大监控电压5 V，最小监控电压3 V。

1.3 故障现象分析

（1）引起单片机重启的主要原因。单片机重启就是在单片机正常工作过程中被复位导致程序重新运行的一种现象。引起单片机重启的原因有很多，比如电源电压不稳定、复位电路不合理引起的重启（单片机RST引脚受到干抗而引起的重启）等。只有通过各种方法进行试验，尽量恢复故障现场，然后才能够有针对性的解决问题。

（2）故障分析过程。该专用测试设备主控板采用AT89S52单片机作为控制核心，在使用过程中频繁出现随机重启的故障现象。

首先怀疑是单片机电源供电不稳定造成的频繁随机重启的现象。于是采用示波器24 h不间断地对其供电的+5 V电源进行监测。通过两天的连续不间断的监测，没有发现异常情况。怀疑是单片机RST引脚受到干扰而引起的单片机随机重启。因为，当单片机RST引脚出现大于2个机器周期的高电平时，便会引起单片机重启。本专用测试设备主控板单片机的晶振频率为12 MHz，该高电平应该保持2滋s时就能够引起单片机AT89S52复位，从而造成重启。因此，用示波器测量该引的信号，希望能够有所收获。由于是随机的重启，只有抓住故障时的信号才好分析引起重启的具体原因。因此只能通过示波器进行全天候的监测，期望抓住故障时的信号。经过一天的监测，终于在出现随机重启时成功测量到该非正常重启信号。经过测量，该复位脉冲宽度在350 ms左右，这样足以让单片机可靠复位了。为此，在RST管脚和地之间增加一个二极管以防止干扰。

经过上述处理后，故障依旧。便考虑可能是由于单片机AT89S52所使用的复位电路MAX814引起的故障。首先怀疑该芯片不可靠导致故障的发生，于是更换一块新的MAX814芯片，结果故障依旧。

通过查阅芯片MAX814的手册（表1），发现其4脚电源监控端PFI在电源供电为+5 V时，要求输入电压范围为（2.45～2.55）V。本专用测试设备中AT89S52单片机供电为垣5V，其通过电阻R1，R2分压后连接到芯片MAX814的电源监控端PFI（图1），以便监控供电电源VCC（+5 V）的变化。因此，考虑故障现象可能是由于+5 V电源波动过大造成的。于是，使用示波器监测芯片的MAM814的4脚PFI端。最终在故障发生时测量到电压值突然波动到2.4 V。由此可以得出结论，该系统单片机频繁随机重启是由于其供电电压+5 V波动过大而造成的。

2 故障处理

通过查找单片机AT89S52手册可知其工作电源范围为（3.5～5.5）V，其抗电源波动较强，于是解决方案是不要监测VCC（+5 V）电源的功能，这样便不会出现垣5 V电源微小的波动而导致其复位了。芯片MAX814的资料关于PFI引脚功能的描述为“Power-Fail Input.The PFI threshold voltage is 1.70V on the MAX816 and on MAX814/MAX815 parts with the T suffix.It is 2.50V on MAX814/MAX815 parts with K，L，and N suf原fixes.Connect PFI to GND or VCC when not used.”。 即MAX814电源故障输入引脚PFI，当不使用时将PFI连接到GND或VCC。因此，将本系统中MAX814的 PFI引脚连接到公共地（GND）端，使其不起监控电源故障的功能。

表 1 MAX814/MAX815（K，L，N）+5 V 供电时的电气特性

图1 主控板中MAX814引脚连接

3 结束语

由于电源波动导致电源监控芯片输出单片机复位信号，从而导致单片机非正常重启而引发的故障。找到原因后，通过将PFI引脚连接到公共地（GND）端后，本系统不再出现频繁随机启动的现象了。至此完美的解决了该系统的频繁重启故障，恢复了该设备的正常工作。