リセット回路 と RC時間計算

CPUにおける「リセット：RESET」回路とは、どんな役割があるんでしょう？

それは、大雑把に云って２つあります。 （本当はもう１つある）

　① 最初に 電源が投入された時、Vcc（＋５V）が安定するのと、かつ クロックの信号が安定して供給されるのを待つための時間調整。

　　→ 要は電源を入れてもしばらくの間 RESET=Lowを保ち、

　　　 周りの他の回路が安定してから やわらCPUが動き出す。

　② プログラムが走っていようと、暴走していようと、RESET信号が入力されたら、それこそCPUが リセットされ、アドレス０番地から実行し直される。

　この2点 です。

電源が投入されても しばらくは Lowに保たれる回路の 最も簡単な構成は、R（抵抗）を使って C（コンデンサ）に電気をゆっくり貯める ↓ こんな回路でしょう。

Vccは ５Vとし、仮に抵抗を１KΩ、コンデンサを 10uF とします（計算し易いように！）　

 では、あなたは この時 （緑の点の電圧が） Lowに保たれる 時間 を 自分で計算できますか？

この回路が（コンデンサが）「充電される時」と「放電される時」の電圧波形は、↓ こんな 感じになるはずです。

 上の赤いのがVcc（５V）で、下の青いのが コンデンサのプラス側の電圧です。　電源電圧に対して その63.2%まで充電される時の時定数を τ (タウ) と言って、トランジスタの場合 ０．６９を使うのが普通でした。

つまり、

T　＝　 τ・Ｒ・Ｃ

が時間Ｔを計算する時の計算式で τ (タウ) ＝0.69 で計算すると だいたい合っていたのです。　Ｔ＝時間、Ｒ＝抵抗値、Ｃ＝コンデンサ容量

なんか難しくて分かりづらいですよね？　それと単位は？何でしょう？？

具体例をあげてみます。

 抵抗Ｒの単位をＫΩ ・・・ つまり １ＫΩなら そのまま １

コンデンサＣ単位をuF (=マイクロ・ファラッド) ・・・ 10uFなら １０

とすると、

Ｔ ＝ 0.69 ｘ 1 ｘ 10

＝６．９　　

この時の Ｔの単位が ｍＳ（ミリ秒）とするのが 一番 分かり易いでしょう。

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では、肝心の ８０８５ＡのＣＰＵの場合、最低でどの位の時間（長さ）Ｌｏｗにしておかないといけないのでしょう？

三菱の8085A のデータシート ↓ を見ると、

 at least 少なくとも ３倍のクロック・サイクル時間は必要・・・となっています。　で、「１クロック・サイクル」って何ｍSなの？ となりますが、

次の資料 ↓で、

短くとも 320uS= 0.32mS、長くとも ２ｍSとありますので、長い方を取れば

 ２ｍS ｘ 3倍 = ６ｍS

（短い方だと 0.32x3=0.96 ＝約1mS。 これ以下のLowパルスだと リセットされないのか？）

 本家Intelのデータシートにこんな記述を見つけました。

電源Vccが最低動作可能な電圧に達してから、↑ 少なくとも10mSは Lowに保たなければいけない。

ちなみに、電圧の63.2%まで充電される時を １τ(タウ) とすると、

　電圧の86.5%まで充電される時を  2τ(タウ) と言い、時間は倍になります。

充電が進むにつれて、どんどん充電速度が落ちて行き、充電されにくくなるんですね？

電源電圧５Vとして、その１τ(タウ) の 電圧で、本当に正しいのでしょうか？

５V ｘ 0.632 = 3.16V 

C-MOSレベルなら良いのでしょうが、TTLではもっと早く Hi と判断されてしまうはずです。　実際、こんな ↓ データがありました。

　　　VIH（リセット入力端子にかぎり）＝ 最低でも 2.4V

　　　VIL（リセット入力端子にかぎり）＝ 最高でも 0.8V

つまり、通常のTTLの入力レベル 2.0Vよりは 少し高い・・・でも、最低でも2.4Vを超えたら RESET信号は終了した と 判断されてしまうんですね？

要するに このRCでは 6.9mSよりもっと 短く判断されてしまうんです！

そこで、抵抗を 3倍 に 増やして余裕を持たせてみました。↓ R1 が 1K⇒3KΩ

いっそのこと 10KΩ くらいでも良いでしょう （T = 約70ｍS）

D1のダイオードは、放電が速くなるように付けたもので、100Ωはコンデンサショートの時の保護です。 （0.8V 以下まで落ちれば良いので）

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ここで、回路設計に慣れている人の中には、

　コンデンサが ゆっくり電圧があがっていくのだから、（HC14のような）ヒステリシス回路を入れないと心配だ！ っと思う人もいるでしょう。

 Hi と Lowの切り替わりの ギリギリの所で RESET信号が 「Hiと認識」「Lowと認識」を 激しく繰り返すのでは？   と。

 それを防ぐために おそらく ↓ こんな回路を設計しがち。

でも、おそらく こんな ヒステリシス内臓のインバイータ（14）を 2個も追加しなくとも大丈夫です。　（無駄なICは入れない！ いつもの「習慣」だけで設計しない！！）

8085Aの RESET入力端子は、（最低でも 0.25V 差のある）ヒステリシス特性のある シュミット・トリガ回路（STの部分）を内蔵しています。　安全のため（0.6mA以上流さないと電圧が下がらないように）３KΩ相当のプルアップも内蔵されているようですね？

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さて、こういった RCによる時間の計算が面倒だ！という人には、インターネット上で簡単に時間計算ができるサイトがあります。

　最初の単純な例： 1KΩ、10μF で やってみると

　このサイトでは Min 7.6mS （~ 12.6mS）だったり、

また別のサイトでは、

10mSだったりします。　ここも ↓

実際はこれより短く判定されるので、余裕をもって長めにしておいた方が安全です。　そして こんな RC回路では まったく正確な時間は作れず、部品のバラツキ、誤差の方が大きいのです。　そんな認識でいてください。

ちなみに、TK-85  では、

　   R=10KΩ、C=22μF

他の SBC-8085 では、

　   R=47KΩ、C=10μF

でした。

（どのくらいの時間になるか ネットで計算してみてください）

さらに、

本家 Intelにデータシートには、具体的なリセット回路が載っていました。

　   R=75KΩ、C=１μF

これだと 約50mS のリセット時間となります。

これを そのまま真似しても良いのですが、75KΩ は手に入りにくいので 考えた末、↓  二転三転しましたが、最終的に こんな値に落ち着きました。

　   R=10KΩ、C=10μF

これで 約70mS のリセット時間となります。

　　　これなら部品も入手しやすいし、 

　　　７０ｍSもあれば時間的にもかなり余裕があるはずです。