rc并联电路微分方程

2019.04设计与研发

150 引言在计算机、通信及自动化领域，由单片机、嵌入式等构成的微型计算机系统的电子电路中，由于常常会受到来自外界电磁场的干扰，造成芯片内部各种寄存器和内存的数据混乱、错误，导致程序及电子电路运行错误，整个系统无法继续正常工作，会从而造成整个系统的陷入停滞状态，发生不可预料的后果。看门狗电路（watchdog）用来监视MCU内部程序运行状态，在程序跑飞或死锁等异常情况下，可以自动复位，确保系统的稳定可靠性。看门狗电路的工作原理是：当系统工作正常时，CPU将每隔一定时间输出一个脉冲给看门狗，即“喂狗”(对定时器清零)，若程序运行出现问题或硬件出现故障时而无法按时“喂狗”时，看门狗电路将迫使系统自动复位而重新运行程序。看门狗电路是电路中监控CPU异常的重要手段，是电路自行监控、正常运行的重要保证，所以在电路中被充分利用。看门狗电路是电路中监控CPU异常的重要手段，是电路自行监控、正常运行的重要保证，所以在电路中被充分利用，但目前市场上的看门狗芯片喂狗时间较短，不太适合在启动时间较长的嵌入式系统中使用，为此，本文介绍一种新型的适应喂狗间隔时间较长的看门狗硬件电路。1 硬件看门狗电路总体介绍计数器芯片CD4060是14位二进制串行计数器，内部由一震荡器和14级二进制串行计数器组成，CPU的喂狗信号通过微分电路连接至计数器芯片CD4060的复位控制脚（RST），一旦在喂狗周期内，CPU的喂狗信号没有正脉冲信号输出时计数器芯片CD4060的多级输出脚的一路通过微分电路接电压检测芯片SP708的手动复位脚（MR），实现计数器芯片输出的电平信号转换成脉冲信号致使电压检测芯片SP708输出复位信号，完成复位动作，同时电压检测芯片SP708的高电平有效的输出脚（RESET）反馈信号到计数器芯片CD4060的复位控制脚（RST），使复位的同时也对计数器芯片CD4060复位，使其与系统同步。详细电路如图1所示[1]。2 硬件看门狗电路功能2.1 看门狗电路的时钟电路计数器芯片CD4060既支持晶振做高精度的震荡源，也支持RC电路做实用型的震荡源。由于晶振成本高，故障率高，通常情况下都是用RC电路，图2是计数器芯片CD4060的RC时钟电路[1]。根据计数器芯片CD4060内部电路特性，假定计数器芯片CD4060的震荡信号周期T，则T=2.2*R2*C1基于CD4060及RC微分电路的硬件看门狗电路杨成英（广东工业大学华立学院，广东广州，511325）摘要:本文介绍了基于计数器芯片CD4060及电压检测芯片SP708原理，结合RC微分电路，设计的一款带手动复位功能的硬件看门狗电路；该看门狗电路不仅具备电压监控功能，还拥有喂狗间隔时间长，狗叫动作时间种类多等优点，特别是融合了RC微分电路的喂狗电路以及狗叫电路能够兼容处理嵌入式系统的各类异常情况，非常适合在对电源电压敏感以及需要较长喂狗间隔时间的电路系统中使用。关键词:CD4060；SP708；RC电路；看门狗电路Hardware Watchdog Circuit Based on CD4060 and RC Differential CircuitYang Chengying(Huali College of Guangdong University of Technology, Guangzhou Guangdong, 511325)Abstract:This paper introduces a hardware watchdog circuit with manual reset function based on the principle of counter chip CD4060 and voltage detection chip SP708, which combines RC differential circuit� The watchdog circuit not only has the function of voltage monitoring, but also has the advantages of long feeding interval and many kinds of barking action time, especially the feeding dog circuit which combines RC differential circuit and the other advantages� Dog barking circuit can deal with all kinds of abnormal situations in embedded system, and it is very suitable for the circuit system which is sensitive to power supply voltage and needs a long interval between feeding dogs�Key words: CD4060；SP708；RC circuit；watchdog circuit

一、RC一阶微积分电路仿真实验

一、电路课程设计目的

1、测定RC一阶电路的积分、微分电路；

2、掌握有关微分电路和积分电路的概念。

二、仿真电路设计原理

1．RC电路的矩形脉冲响应

若将矩形脉冲序列信号加在电压初值为零的RC串联电路上，电路的瞬变过程就周期性地发生了。显然，RC电路的脉冲响应就是连续的电容充放电过程。如图所示。

若矩形脉冲的幅度为U，脉宽为tp。电容上的电压可表示为：

电阻上的电压可表示为：

210100)(0)1()(ttteUtutteUtutt

即当 0到t1时，电容被充电；当t1到t2 时，电容器经电阻R放电。

2110)(0)(ttteUtutteUtutRtR

（也可以这样解释：电容两端电压不能突变，电流可以，所以反映在图中就是电阻两端的电压发生了突变。）

2．RC微分电路

取RC串联电路中的电阻两端为输出端，并选择适当的电路参数使时间常数τ<

dttduRCdtduRCiRtuiCC)()(0 上式说明，输出电压uo(t)近似地与输入电压ui(t)成微分关系，所以这种电路称微分电路。

3．RC积分电路

如果将RC电路的电容两端作为输出端，电路参数满足τ>>tp的条件，则成为积分电路。由于这种电路电容器充放电进行得很慢，因此电阻R上的电压ur(t)近似等于输入电压ui(t)，其输出电压uo(t)为：

dttuRCdtRtuCdttiCtutuRRCC)(1)(1)(1)()(0

上式表明，输出电压uo(t)与输入电压ui(t)近似地成积分关系。

4．时间常数

RC电路中，时间常数=R*C ；

RL电路中，时间常数=L/R。

三、仿真实验电路搭建与测试

1、一阶RC微分电路： 1u

cu 2、一阶RC积分电路

四、结论分析

1、一阶RC微分电路

当足够小，即/2T ，就构成微分电路，从电阻端输出的电压与输入电源电压之间呈微分关系

1．RC电路的矩形脉冲响应

若将矩形脉冲序列信号加在电压初值为零的RC串联电路上，电路的瞬变过程就周期性地发生了。显然，RC电路的脉冲响应就是连续的电容充放电过程。如图所示。

若矩形脉冲的幅度为U，脉宽为tp。电容上的电压可表示为：

电阻上的电压可表示为：

即当 0到t1时，电容被充电；当t1到t2 时，电容器经电阻R放电。

（也可以这样解释：电容两端电压不能突变，电流可以，所以反映在图中就是电阻两端的电压发生了突变。）

2．RC微分电路

取RC串联电路中的电阻两端为输出端，并选择适当的电路参数使时间常数τ<

上式说明，输出电压uo(t)近似地与输入电压ui(t)成微分关系，所以这种电路称微分电路。

3．RC积分电路

如果将RC电路的电容两端作为输出端，电路参数满足τ>>tp的条件，则成为积分电路。由于这种电路电容器充放电进行得很慢，因此电阻R上的电压ur(t)近似等于输入电压ui(t)，其输出电压uo(t)为：

上式表明，输出电压uo(t)与输入电压ui(t)近似地成积分关系。

4．时间常数

RC电路中，时间常数=R*C ；

RL电路中，时间常数=L/R。

===================================

RC电路中：

积分电路，电路输出为电容两端，时间常数大；

微分电路，电路输出为电压两端，时间常数小。

RC积分、微分电路实验报告

姓名：

学号：

班号：

一、微分电路

1、实验目的：掌握微分电路的工作原理和测试方法，学会使用示波器、信号发生器等仪器。

2、实验器材：EE1641C型函数信号发生器/计数器、示波器（OSCILLOSCOPE

MOS-626）、实验线路板、电容、电阻、导线。

3、实验原理： 如图1所示，电阻R和电容C串联后接入输入信号Vi，由电阻R输出信号Vo，当RC数值与输入方波宽度tw之间满足：Rc<

在t=t1时，VI由0→Vm，因电容上电压不能突变（来不及充电，相当于短路，VC＝0），输入电压VI全降在电阻R上，即VO＝VR＝VI＝Vm 。随后（t>t1），电容C的电压按指数规律快速充电上升，输出电压随之按指数规率下降（因VO＝VI－VC＝Vm－VC），经过大约3τ（τ＝R×C）时，VCVm，VO0，τ（RC）的值愈小，此过程愈快，输出正脉冲愈窄。

t=t2时，VI由Vm→0,相当于输入端被短路，电容原先充有左正右负的电压Vm开始按指数规律经电阻R放电，刚开始，电容C来不及放电，他的左端（正电）接地，所以VO＝－Vm，之后VO随电容的放电也按指数规律减小，同样经过大约3τ后，放电完毕，输出一个负脉冲。

只要脉冲宽度tW>(5~10）τ，在tW时间内，电容C已完成充电或放电（约需3τ），输出端就能输出正负尖脉冲，才能成为微分电路，因而电路的充放电时间常数τ必须满足：τ＜（1/5~1/10）tW，这是微分电路的必要条件

4、实验电路：

5、实验内容：

1）、按图示连接好电路

2）、调整仪器参数

3）、设置R和C，进行实验、并记录实验数据

6、实验数据：

R=51Ω C=0.22μF

R=100Ω C=0.22μF

R=200Ω C=0.22μF