CN101165656A - 一种外部看门狗电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种外部看门狗电路，涉及一种处理器的复位电路。该电路包括看门狗芯片(U1)，其喂狗信号输入端(WDI)用于连接喂狗信号源，其复位输出端(RST)用于输出复位信号，还包括连接在看门狗芯片(U1)掉电检测输入端(PFI)的一阶RC电路，用于调节看门狗芯片(U1)掉电检测输入端(PFI)的输入电压到达基准电压的时间；所述看门狗芯片(U1)的掉电检测输出端(PFO)和复位输入端(MR)电连接，所述掉电检测输出端(PFO)和复位输入端(MR)的状态同为高电平或低电平。本发明能够调节看门狗输出的复位脉冲宽度，能够在CPU上电启动的时候，将看门狗禁止。

Description

一种外部看门狗电路

[技术领域]

本发明涉及一种比较通用的处理器看门狗复位电路，特别涉及一种复位脉冲宽度可调节的外部看门狗电路。

[背景技术]

由于32bit RISC CPU(Reduced Instruction Set Computing精简指令集计算CPU)的广泛应用，其上的Firmware(固件)也越来越复杂，这对该嵌入式系统的可靠性提出了更高的要求，于是外部的看门狗也被广泛应用于电路设计中。目前常用的看门狗器件是ADI公司的ADM706和MAXIM公司的MAX706，这两颗芯片的引脚封装兼容，输出复位脉冲宽度都是200ms，他们间最大的差别在于ADM706可以通过设置WDI引脚为高阻态而被disable(不使能或禁止)，但是MAX706没有这个功能。在32bit RISC CPU的嵌入式系统应用中，当系统在启动的时候一般是不希望将看门狗使能的，其原因是：嵌入式系统在启动的时候一般会执行程序的解压缩动作，CPU需要较长的时间执行这种解压算法，而不能进行周期性的喂狗动作，所以嵌入式系统启动的时候一般不希望将看门狗使能；否则，由于CPU不喂狗，看门狗将不断给出复位信号，使程序解压不能正常执行；因此，现有的一些看门狗芯片不能满足该要求。

另外，随着CPU集成度和复杂度的不断增加，在启动时CPU需要更长的复位时间让系统进入一个稳定的状态，例如一个带实时时钟的CPU的32.768K晶体的起振电路的稳定时间就接近一秒钟；因此对复位脉冲的宽度也提出了新的要求，比如ATMEL公司的AT91RM9200/9261就要求大于900ms的复位脉冲宽度。

[发明内容]

本发明要解决的技术问题是提供一种外部看门狗电路，能够调节看门狗输出的复位脉冲宽度。

本发明进一步要解决的问题是提供一种外部看门狗电路，能够在CPU上电启动的时候，将看门狗禁止。

本发明的技术方案是：

一种外部看门狗电路，包括看门狗芯片，其喂狗信号输入端用于连接喂狗信号源，其复位输出端用于输出复位信号；

还包括连接在看门狗芯片掉电检测输入端的一阶RC电路，用于调节看门狗芯片掉电检测输入端的输入电压到达基准电压的时间；所述看门狗芯片的掉电检测输出端和复位输入端电连接，所述掉电检测输出端和复位输入端的状态同为高电平或低电平。

所述RC电路包括第一电阻和第一电容，所述第一电阻的一端接电源，其另一端通过第一电容接地，所述第一电阻和第一电容的连接点接看门狗芯片掉电检测输入端。

所述RC电路还包括与所述第一电阻并联的第一二极管，其阳极接所述第一电阻和第一电容的连接点。

所述的一种外部看门狗电路，还包括第二电阻和第二二极管，所述第二二极管的阴极和阳极分别连接于所述看门狗芯片的掉电检测输出端和复位输入端上，所述第二电阻的一端连接所述看门狗芯片的复位输入端，其另一端接电源。

用第八电阻代替所述第二二极管，其两端分别连接于所述看门狗芯片的掉电检测输出端和复位输入端上。

所述的一种外部看门狗电路，还包括带控制端的开关单元，所述开关单元的第一端和第二端分别连接在所述看门狗芯片的喂狗信号输出端和复位输入端上，其控制端与控制信号源电连接，所述开关单元的控制端根据控制信号，相应控制其第一端和第二端之间的导通或关断。

所述开关单元包括可控开关和第三二极管，所述第三二极管的阳极作为开关单元的第二端，其阴极与所述可控开关的第二端相连，所述可控开关的第一端和控制端分别作为开关单元的第一端和控制端。

所述开关单元还包括第五电阻、第六电阻和第三反向门，所述第五电阻的两端接在所述可控开关的第一端和控制端上，所述控制信号源连接第三反向门的输入端，第三反向门的输出端通过第六电阻连接所述可控开关的控制端。

用第九电阻代替所述第三二极管，其两端分别连接于所述看门狗芯片的复位输入端和所述可控开关的第二端上。

所述可控开关为MOS管、晶体管或者带可控端的数字开关。

本发明的有益效果是：

本发明通过在看门狗芯片的掉电检测输入端(PFI)连接一RC电路，以及其掉电检测输出端(PFO)和复位输入端(MR)电连接，通过调节RC电路中的电阻和电容参数，从而实现调节看门狗输出的复位脉冲宽度的功能；进一步的，在RC电路中还增加了用于消耗电容上电荷的放电元件，可保证系统下电后，RC电路中的电容上的电荷能够尽快放尽，不影响下次上电时的复位时间。

另外，本发明在看门狗芯片的喂狗信号输出端(WDO)和复位输入端(MR)之间连接一受控制信号源控制的开关单元，通过控制开关单元的导通或关断，进而使看门狗使能或禁止，从而能够在CPU上电启动的时候，将看门狗默认禁止。

[附图说明]

图1是本发明实施例一的外部看门狗电路原理图(一)。

图2是本发明实施例一的外部看门狗电路原理图(二)。

图3是本发明实施例一的外部看门狗电路原理图(三)。

图4是本发明实施例一的外部看门狗电路原理图(四)。

图5是本发明实施例二的外部看门狗电路原理图。

[具体实施方式]

下面结合附图和实施例对本发明进行进一步阐述：

实施例一：

图1是本发明实施例一的外部看门狗电路原理图(一)，该图中采用RC电路对看门狗芯片U1输出的复位脉冲宽度进行调节，本发明的外部看门狗电路包括看门狗芯片U1、RC电路、第二电阻R2、第二二极管D2，及包括第三二极管D3和MOS管Q1的开关单元，其中，MOS管Q1作为可控开关；看门狗芯片U1的喂狗信号输入端WDI用于连接喂狗信号源(如CPU的喂狗信号)，其复位信号输出端RST用于输出复位信号NRST。

所述RC电路包括第一电阻R1、第一电容C1和第一二极管D1，第一电阻R1和第一电容C1构成一阶阻容电路，所述第一电阻R1的一端接电源3.3V，其另一端通过第一电容C1接地，所述第一电阻R1和第一电容C1的连接点接看门狗芯片U1掉电检测输入端PFI；第一二极管D1与所述第一电阻R1并联，其阳极接所述第一电阻R1和第一电容C1的连接点。

所述第二二极管D2的阴极和阳极分别连接于所述看门狗芯片U1的掉电检测输出端PFO和复位输入端MR上，所述第二电阻R2的一端连接所述看门狗芯片U1的复位输入端MR，其另一端接电源3.3V。

所述第三二极管D3的阳极作为开关单元的第二端，该端连接看门狗芯片U1的复位输入端MR，其阴极与所述MOS管Q1的漏极相连，所述MOS管Q1的源极和栅极分别作为开关单元的第一端和控制端，分别连接看门狗芯片U1的掉电检测输出端PFO和控制信号源(一般由CPU发出控制信号)，MOS管Q1的栅极根据其收到的控制信号，相应使MOS管Q1的源极和漏极接通或断开，从而实现开关功能。

电源3.3V电压经过包括第一电阻R1、第一电容C1和第一二极管D1的RC电路后，输入看门狗芯片U1的掉电检测输入端PFI，与基准电压1.25V进行比较，如果该端的输入电压低于基准电压，则看门狗芯片U1的掉电检测输出端PFO输出低电平，而电源3.3V通过第二电阻R2加在第二二极管D2的阳极上，使得第二二极管D2的阳极电压相对于其阴极的电压足够大，此时，第二二极管D2导通，从而看门狗芯片U1的掉电检测输出端PFO输出的低电平通过第二二极管D2反馈到看门狗芯片U1的复位输入端MR，进而将看门狗芯片U1的复位信号输出端RST的输出拉低，即输出低电平。因此可以通过改变第一电阻R1和第一电容C1的参数，以调节对第一电容C1两端电压(即看门狗芯片U1的掉电检测输入端PFI的输入电压)到达基准电压的充电时间，就可以实现看门狗芯片输出复位脉冲宽度的调节(大于200ms)。看门狗芯片U1的掉电检测输入端PFI是比较器的一个输入端，如果该端的输入电压高于基准电压，则看门狗芯片U1的掉电检测输出端PFO输出高电平，则第二二极管D2处于关断状态，此时，看门狗芯片U1的复位输入端MR为高电平，不会引起看门狗复位；由此可知，在任何时候，掉电检测输出端PFO和复位输入端MR的状态同为高电平或低电平。

第一二极管D1与第一电阻R1并联是为了保证系统下电后，第一电容C1上的电荷能够尽快放尽，不影响下次上电时的复位时间；当系统下电时，第一电容C1上的电荷依次通过第一二极管D1的阳极和阴极，流经第一电阻R1，之后，大部分的电荷由第一电阻R1消耗掉。

图中PIO_1为喂狗信号的输入，正常工作状态下，CPU必须在一定的间隔时间(对于706芯片来说，典型值是1.6s)内给看门狗芯片U1输入喂狗信号。通过MOS管Q1和第三二极管D3来控制看门狗芯片U1的喂狗信号输出端WDO到复位输入端MR的反馈路径，当不需要看门狗功能的时候，使Q1关断，此时看门狗芯片U1的复位输入端MR为高电平，从而不会因为CPU没有周期性的喂狗而导致看门狗芯片U1输出复位信号；看门狗芯片内部有个计数器，会自动累计，如果溢出则看门狗复位，喂狗信号就是将这个计数器周期性的清零，以此证明CPU正常工作，程序没有跑飞。由于看门狗芯片U1的喂狗信号输出端WDO是低有效信号，MOS管Q1的栅极必须是高电平的时候该MOS管Q1才能导通，因此当系统启动上电，不希望看门狗芯片U1使能时，可以在MOS管Q1的栅极上加低电平信号(PIO_2信号为低电平信号)，就可以实现看门狗功能禁止；MOS管Q1仅仅是一个开关，控制着看门狗计数器(看门狗芯片掉电检测输出端PFO)和看门狗芯片复位端之间的反馈路径，如果关断，则既使计数器溢出了，看门狗也不会复位，所以可以实现看门狗的使能控制。

需要说明的是，PIO_1和PIO_2都是同一个CPU送来的，PIO_1是喂狗信号，由CPU周期性触发，PIO_2是看门狗使能信号，由CPU控制看门狗的使能；二者间没有必然联系，当然如果看门狗禁止了，就不必喂狗了。

为了增加图1所示电路的可靠性，本发明可以采用图2所示的电路原理图。

其中，开关单元中增加了第五电阻R5和第六电阻R6，所述第五电阻R5的两端跨接在MOS管Q1的栅极和源极上，第六电阻R6的一端接MOS管Q1的栅极，另一端接CPU输出的看门狗使能信号PIO_2，第六电阻R6起到保护MOS管Q1的作用。

其中，在看门狗芯片的喂狗信号输入端WDI和复位信号输出端RST之间增加了复位信号输出电路，该电路包括第三电阻R3、第四电阻R4、第四二极管D4、第一反向门A1和第二反向门A2，其中，第三电阻R3的一端接看门狗芯片U1的喂狗信号输入端WDI，其另一端接3.3V电源，3.3V电源还依次通过第四电阻R4及第四二极管D4的阳极和阴极连接到看门狗芯片的复位信号输出端RST，第四电阻R4和第四二极管D4的连接点通过依次通过第一反向门A1和第二反向门A2输出看门狗的复位信号；第三电阻R3的增加提高电路的抗干扰性，第四电阻R4的增加提高了电路的可靠性，第一反向门A1和第二反向门A2的作用是加强复位信号的驱动能力。

另外，在第四二极管D4的阳极上提供了一个外部复位信号的输入端口NRST_O，如果在外部将该端口拉低，NRST就输出低复位信号，进行系统复位。

为了使上电复位后I/O引脚拉高的CPU能够更方便地实现看门狗的禁止功能，可以在上述的开关单元的控制端上增加反向电路，参见图3，图中的开关单元进一步增加了第三反向门A3和第七电阻R7，其中，看门狗使能信号PIO_2接第三反向门A3的输入端，第三反向门A3的输出端通过第六电阻R6与MOS管Q1的栅极相连，3.3V电源通过第七电阻R7加在第三反向门A3的输入端上。当系统上电时，且CPU输出的看门狗使能信号PIO_2为高电平，则通过第三反向门A3后，向MOS管Q1的栅极上输入低电平，此时MOS管Q1处于关断状态，从而在系统上电且CPU输出的看门狗使能信号PIO_2为高电平时，该电路就能够实现看门狗的禁止功能。

图4与图3所示电路原理图的区别在于，图4中增加了第一反向门A1和第二反向门A2，以及在第四二极管D4的阳极上提供了一个外部复位信号的输入端口NRST_O，相对于图3所示电路来说，图4所示的电路看门狗复位信号的驱动能力得到加强，而且可以通过外部复位信号对系统进行复位。

实施例二：

图5所示电路原理图与图1所示电路原理图的区别在于，图5中用第八电阻R8代替图1中的第二二极管D2，以及用图5中的第九电阻R9代替图1中的第三二极管D3，其中，第八电阻R8的两端分别连接于所述看门狗芯片U1的掉电检测输出端PFO和复位输入端MR上；第九电阻R9的两端分别连接于所述看门狗芯片U1的复位输入端MR和所述MOS管Q1的漏极上。通过第二电阻R2和第八电阻R8形成的分压电路，使看门狗芯片U1的掉电检测输出端PFO拉低或拉高其复位信号输入端MR，通过第二电阻R2和第九电阻R9形成的分压电路，使看门狗芯片U1的喂狗信号输出端WDO拉低或拉高其复位信号输入端MR，同样能够实现本发明的目的。

另外，本发明中作为可控开关的MOS管(其源极、漏极和栅极分别作为可控开关的第一端、第二端和控制端)，可以用晶体管或者其他带可控端的数字开关代替；本发明的电路可以使用5V电源，其中各个元件的参数可以根据具体情况进行计算选定。

综上所述，本发明通过在看门狗芯片的掉电检测输入端PFI连接一RC电路，以及其掉电检测输出端PFO和复位输入端MR电连接，通过调节RC电路中的电阻和电容参数，从而实现调节看门狗输出的复位脉冲宽度的功能；本发明在看门狗芯片的喂狗信号输出端WDO和复位输入端MR之间连接一受控制信号源控制的开关单元，通过控制开关单元的导通或关断，即通过CPU的I/O口控制使能与否，在系统上电启动期间默认看门狗禁止。

Claims (10)

1.一种外部看门狗电路，包括看门狗芯片(U1)，其喂狗信号输入端(WDI)用于连接喂狗信号源，其复位输出端(RST)用于输出复位信号，其特征在于：

还包括连接在看门狗芯片(U1)掉电检测输入端(PFI)的一阶RC电路，用于调节看门狗芯片(U1)掉电检测输入端(PFI)的输入电压到达基准电压的时间；所述看门狗芯片(U1)的掉电检测输出端(PFO)和复位输入端(MR)电连接，所述掉电检测输出端(PFO)和复位输入端(MR)的状态同为高电平或低电平。

2.根据权利要求1所述的一种外部看门狗电路，其特征在于：所述RC电路包括第一电阻(R1)和第一电容(C1)，所述第一电阻(R1)的一端接电源，其另一端通过第一电容(C1)接地，所述第一电阻(R1)和第一电容(C1)的连接点接看门狗芯片(U1)掉电检测输入端(PFI)。

3.根据权利要求2所述的一种外部看门狗电路，其特征在于：所述RC电路还包括与所述第一电阻(R1)并联的第一二极管(D1)，其阳极接所述第一电阻(R1)和第一电容(C1)的连接点。

4.根据权利要求1所述的一种外部看门狗电路，其特征在于：还包括第二电阻(R2)和第二二极管(D2)，所述第二二极管(D2)的阴极和阳极分别连接于所述看门狗芯片(U1)的掉电检测输出端(PFO)和复位输入端(MR)上，所述第二电阻(R2)的一端连接所述看门狗芯片(U1)的复位输入端(MR)，其另一端接电源。

5.根据权利要求4所述的一种外部看门狗电路，其特征在于：用第八电阻(R8)代替所述第二二极管(D2)，其两端分别连接于所述看门狗芯片(U1)的掉电检测输出端(PFO)和复位输入端(MR)上。

6.根据权利要求1至5任一所述的一种外部看门狗电路，其特征在于：还包括带控制端的开关单元，所述开关单元的第一端和第二端分别连接在所述看门狗芯片(U1)的喂狗信号输出端(WDO)和复位输入端(MR)上，其控制端与控制信号源电连接，所述开关单元的控制端根据控制信号，相应控制其第一端和第二端之间的导通或关断。

7.根据权利要求6所述的一种外部看门狗电路，其特征在于：所述开关单元包括可控开关和第三二极管(D3)，所述第三二极管(D3)的阳极作为开关单元的第二端，其阴极与所述可控开关的第二端相连，所述可控开关的第一端和控制端分别作为开关单元的第一端和控制端。

8.根据权利要求7所述的一种外部看门狗电路，其特征在于：所述开关单元还包括第五电阻(R5)、第六电阻(R6)和第三反向门(A3)，所述第五电阻(R5)的两端接在所述可控开关的第一端和控制端上，所述控制信号源连接第三反向门(A3)的输入端，第三反向门(A3)的输出端通过第六电阻(R6)连接所述可控开关的控制端。

9.根据权利要求7所述的一种外部看门狗电路，其特征在于：用第九电阻(R9)代替所述第三二极管(D3)，其两端分别连接于所述看门狗芯片(U1)的复位输入端(MR)和所述可控开关的第二端上。

10.根据权利要求7所述的一种外部看门狗电路，其特征在于：所述可控开关为MOS管、晶体管或者带可控端的数字开关。

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