CN101710296A - 一种看门狗电路 - Google Patents

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本发明公开一种看门狗电路，包括看门狗芯片(U6)，其喂狗输出端(WDO)反馈至手动复位端(MR)，电压监控输出端(PFO)反馈至电压监控输入端(PFI)，在CPU与所述看门狗芯片(U6)之间设置控制电路(100)，包括喂狗信号间隔控制模块(110)，输入端连接CPU的I/O端口，输出端连接所述看门狗芯片(U6)的电压监控输入端(PFI)；在CPU喂狗信号超出预设计时区间时，所述喂狗信号间隔控制模块(110)输出控制脉冲，并引至所述看门狗芯片(U6)的手动复位端(MR)，使所述看门狗芯片(U6)复位动作。由于能够调整喂狗信号的时间间隔，可以灵活配置看门狗电路。

Description

一种看门狗电路
技术领域
本发明涉及电子设备领域，尤其涉及一种对中央处理器(Central ProcessingUnit，CPU)进行监控复位的看门狗(Watchdog)电路。
背景技术
在计算机、通信、自动化等领域中通常会使用看门狗，作用是保证电子设备CPU程序死机时能够自动复位恢复正常。其基本工作原理是，CPU程序死机后，CPU不会对看门狗电路进行定期的清零(俗称喂狗)，在超过一定时间后看门狗电路将对电子设备进行复位。
如图1所示，看门狗电路使用专用看门狗芯片，如SP706，主要包括手动复位(Manual Reset，MR)、喂狗输入(Watchdog Input，WDI)、喂狗输出(WatchdogOnput，WDO)及复位输出(Reset，RST)。该芯片内部定时器时间周期为1.6S，其通过CPU的I/O管脚进行喂狗，当在1.6S内检测不到喂狗信号时，将发出复位信号，使得电子设备进行复位。
上述看门狗电路的缺点是，看门狗芯片的定时器的时间周期固定，必须保证喂狗信号小于该时间周期。也就是说，喂狗的优先级必须很高，否则，CPU将被其它任务占用而停止喂狗，从而导致系统非正常重启。
但现实生活中的各种电子设备千差万别，一些场合要求喂狗时间较长，另一些场合要求喂狗时间较短，而通用看门狗芯片因其时间周期固定而不能满足这些要求。
发明内容
本发明目的在于，提供一种可以灵活配置的看门狗电路，能够调整看门狗电路的喂狗时间间隔。
为解决以上技术问题，本发明提供的技术方案是：一种看门狗电路，包括看门狗芯片(U6)，其喂狗输出端(WDO)反馈至手动复位端(MR)，电压监控输出端(PFO)反馈至电压监控输入端(PFI)，在CPU与所述看门狗芯片(U6)之间设置控制电路(100)，包括喂狗信号间隔控制模块(110)，输入端连接CPU的I/O端口，输出端连接所述看门狗芯片(U6)的电压监控输入端(PFI)；在CPU喂狗信号超出预设计时区间时，所述喂狗信号间隔控制模块(110)输出控制脉冲，并引至所述看门狗芯片(U6)的手动复位端(MR)，使所述看门狗芯片(U6)复位动作。
所述喂狗信号间隔控制模块(110)包括：
计数器(U5)，复位端(RST)连接CPU的I/O端口，通过内部振荡器和外部阻容元件产生计数脉冲；
微分电路(111)，输入端连接所述计数器(U5)的一个计数脉冲输出端或计数脉冲分频/倍频输出端，输出端连接所述看门狗芯片(U6)的电压监控输入端(PFI)。
其中，所述计数器(U5)为74HC4060。
所述微分电路(111)包括：
三极管(N1)，基极连接所述计数器(U5)的计数脉冲输出端或计数脉冲分频/倍频输出端，射极连接等电位点，集电极连接电源；
电容(C32)，一端连接所述三极管(N1)的集电极，另一端连接所述看门狗芯片(U6)的电压监控输入端(PFI)；
电阻(R33)，一端连接所述看门狗芯片(U6)的电压监控输入端(PFI)，另一端连接电源。
所述电阻(R33)并接有二级管(D4)。
同时，所述控制电路(100)包括喂狗信号脉宽控制模块(120)，输入端连接CPU的I/O端口，输出端连接所述看门狗芯片(U6)的喂狗输入端(WDI)；在CPU喂狗信号脉宽超过所述看门狗芯片(U6)的时间周期时，所述喂狗信号脉宽控制模块(120)的输出端保持低电平，使所述看门狗芯片(U6)复位动作。
所述喂狗信号脉宽控制模块(120)包括计数器(U5)，通过内部振荡器和外部阻容元件产生计数脉冲；所述计数器(U5)的复位端(RST)连接CPU的I/O端口，一个计数脉冲输出端或计数脉冲分频/倍频输出端连接所述看门狗芯片(U6)的喂狗输入端(WDI)。
其中，所述计数器(U5)为74HC4060。
此外，所述看门狗芯片(U6)的手动复位端(MR)接有反向二极管(D2)。
优选地，所述看门狗芯片(U6)为SP706。
与现有技术相比，本发明的看门狗电路设置有喂狗信号间隔控制模块，可保证喂狗的周期在预定的“窗口值”，即过大或过小的时间间隔，都会触发看门狗芯片的复位输出。特别地，还设置有喂狗信号脉宽控制模块，在喂狗信号脉宽超出看门狗芯片的时间周期时，会使看门狗芯片复位输出。
本发明采用74HC4060计数器与SP706看门狗芯片的组合方式，可灵活调整看门狗电路，能够调整看门狗电路的喂狗时间间隔，并对喂狗信号脉宽进行有效监控。该电路兼有上电复位、电压监测及人工复位功能，其结构简单，响应速度快，具有较好的应用前景。
附图说明
图1是现有看门狗电路的组成图；
图2是本发明看门狗电路的组成图；
图3是图2中CPU喂狗信号的波形示意图；
图4是本看门狗电路的实现电路示意图；
具体实施方式
本发明的基本构思是，在CPU与看门狗芯片之间设置控制电路喂狗信号间隔控制模块。
下面结合附图和实施例对本发明看门狗电路进一步描述。
参见图2，看门狗电路包括看门狗芯片U6，优选为SP706，其喂狗输出端WDO反馈至手动复位端MR，电压监控输出端PFO反馈至电压监控输入端PFI；同时，在CPU与看门狗芯片U6之间设置控制电路100，包括：
喂狗信号间隔控制模块110，输入端连接CPU的I/O端口，输出端连接看门狗芯片U6的电压监控输入端PFI；在CPU喂狗信号超出预设计时区间时，喂狗信号间隔控制模块110输出控制脉冲，并引至看门狗芯片U6的手动复位端MR，使看门狗芯片U6复位动作。
喂狗信号脉宽控制模块120，输入端连接CPU的I/O端口，输出端连接看门狗芯片U6的喂狗输入端WDI；在CPU喂狗信号脉宽超过看门狗芯片U6的时间周期时，喂狗信号脉宽控制模块120的输出端保持低电平，使看门狗芯片U6复位动作。
其中，所述喂狗信号间隔控制模块110包括：
计数器U5，优选为74HC4060，其复位端RST连接CPU的I/O端口，通过内部振荡器和外部阻容元件产生计数脉冲；
微分电路111，输入端连接计数器U5的一个计数脉冲输出端或计数脉冲分频/倍频输出端，输出端连接看门狗芯片U6的电压监控输入端PFI。
所述喂狗信号脉宽控制模块120，单用或共用计数器U5，通过内部振荡器和外部阻容元件产生计数脉冲；其复位端RST连接CPU的I/O端口，一个计数脉冲输出端或计数脉冲分频/倍频输出端连接看门狗芯片U6的喂狗输入端WDI。
参见图3，CPU喂狗信号为方波，其脉宽(高电平)为Th，CPU喂狗信号脉冲(低电平)的间隔为Tl，其必须满足一定的条件，才能使看门狗芯片不动作。下面结合一个具体实现电路进一步说明。
参见图4，该看门狗电路包括控制电路100和看门狗芯片及外围电路200，具体结构如下：
14位二进制计数器U5复位端RST通过电阻R25连接CPU的I/O端口，同时通过电阻R6连接电源VCC；引脚VCC接电源，引脚VSS接地，并在电源输入正端与地之间并接滤波电容C31、C50；计数脉冲由计数器U5内部振荡器和外接阻容元件(即连接计数脉冲引脚COUT的R5、C73和连接引脚CIN端的R32)所组成的电路产生，其振荡周期为：
Tosc＝2.2*R5*C73＝6.6ms。
振荡器产生的计数脉冲(方波)可以直接由计数脉冲引脚COUT引出，也可由计数器U5的10个输出端Q4～Q10和Q12～Q14得到不同的分频/倍频系数的方波信号输出，各方波信号的周期如下表1所示。
表1计数器输出端方波周期
Figure G2009101942413D0000051
微分电路111包括：三极管N1，基极通过电阻R42连接计数器U5的输出端Q14，射极连接等电位点，集电极通过电阻R41连接电源；电容C32，一端连接三极管N1的集电极，另一端连接看门狗芯片U6的电压监控输入端PFI；电阻R33并接二级管D4，其一端连接看门狗芯片U6的电压监控输入端PFI，另一端连接等电源VCC。
看门狗芯片及外围电路200中，看门狗芯片U6的手动复位端MR接有反向二极管D2，同时通过电阻R7接电源VCC；电压监控输出端PFO通过电阻R45反馈至电压监控输入端PFI，其还通过电阻R28引入手动复位端MR；复位输出端RST通过电阻R8与电源连接，同时通过电阻R43接继电器J4，该继电器通过电阻R39接电源VCC；喂狗输入端WDI通过电阻R26接计数器输出端Q4，也可通过电阻R27接CPU的I/O端口，同时通过电阻R9与电源连接；此外，在电源输入端与地之间并接滤波电容C33、C60，以滤除供电电源的杂波。
以下对看门狗芯片U6主要引脚信号描述如表2所示。
表2看门狗芯片的引脚信号名称及功能
  名称  功能
  CPU_WDI  喂狗输入，按图3条件输入。
  MANU_RST  人工复位输入，低电平有效。
  LNRST  复位信号输出，低电平有效。当VCC低于复位阀值或MR脚的低电平信号输入时，将触发该引脚输出200ms的低脉冲。
  计数器_WDI  根据CPU喂狗信号，计数器所输出的喂狗信号。
上述看门狗电路的工作过程如下：
如果计数器U5复位脚RST在规定时间内得不到CPU通过CPU_WDI发送过来的喂狗信号——正脉冲，则计数器的输出端Q14将在54.06S内产生一个完整周期的方波信号，而且低电平在前，高电平在后；该方波信号高电平经过三极管N1、电阻R33、电容C32组成的微分电路整形后，形成脉冲信号Qout；再经过看门狗芯片U6的电压监控输入脚PFI二次整形，形成脉宽约10ms的方波控制脉冲信号；该控制脉冲引入看门狗芯片U6的人工复位脚MR，最后使看门狗芯片U6动作，输出复位信号使CPU复位。
另外，由于计数器U5输出端Q4引至看门狗芯片U6喂狗输入端WDI。如果计数器U5的复位脚保持复位状态——高电平，即计数器U5的输出端Q4保持低电平的时间超过看门狗芯片U6定时器的时间周期1.6S，则看门狗芯片U6输出一个复位信号使CPU复位。
由以上分析可知，图3所示CPU喂狗信号必须满足以下条件，看门狗电路才不会动作：
高电平信号：Th＜1.6S；
低电平信号：53ms＜Tl＜54S。
上述看门狗电路采用计数器与看门狗芯片的组合方式，可调整看门狗电路的喂狗时间间隔，也可对喂狗信号脉宽进行有效监控，兼有上电复位、电压监测及人工复位功能，其结构简单，响应速度快，具有较好的应用前景。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种看门狗电路，包括看门狗芯片(U6)，其喂狗输出端(WDO)反馈至手动复位端(MR)，电压监控输出端(PFO)反馈至电压监控输入端(PFI)，其特征在于，在CPU与所述看门狗芯片(U6)之间设置控制电路(100)，包括喂狗信号间隔控制模块(110)，输入端连接CPU的I/O端口，输出端连接所述看门狗芯片(U6)的电压监控输入端(PFI)；在CPU喂狗信号超出预设计时区间时，所述喂狗信号间隔控制模块(110)输出控制脉冲，并引至所述看门狗芯片(U6)的手动复位端(MR)，使所述看门狗芯片(U6)复位动作。
2.如权利要求1所述的看门狗电路，其特征在于，所述喂狗信号间隔控制模块(110)包括：
计数器(U5)，复位端(RST)连接CPU的I/O端口，通过内部振荡器和外部阻容元件产生计数脉冲；
微分电路(111)，输入端连接所述计数器(U5)的一个计数脉冲输出端或计数脉冲分频/倍频输出端，输出端连接所述看门狗芯片(U6)的电压监控输入端(PFI)。
3.如权利要求2所述的看门狗电路，其特征在于，所述计数器(U5)为74HC4060。
4.如权利要求2所述的看门狗电路，其特征在于，所述微分电路(111)包括：
三极管(N1)，基极连接所述计数器(U5)的计数脉冲输出端或计数脉冲分频/倍频输出端，射极连接等电位点，集电极连接电源；
电容(C32)，一端连接所述三极管(N1)的集电极，另一端连接所述看门狗芯片(U6)的电压监控输入端(PFI)；
电阻(R33)，一端连接所述看门狗芯片(U6)的电压监控输入端(PFI)，另一端连接电源。
5.如权利要求4所述的看门狗电路，其特征在于，所述电阻(R33)并接有二级管(D4)。
6.如权利要求1所述的看门狗电路，其特征在于，所述控制电路(100)包括喂狗信号脉宽控制模块(120)，输入端连接CPU的I/O端口，输出端连接所述看门狗芯片(U6)的喂狗输入端(WDI)；在CPU喂狗信号脉宽超过所述看门狗芯片(U6)的时间周期时，所述喂狗信号脉宽控制模块(120)的输出端保持低电平，使所述看门狗芯片(U6)复位动作。
7.如权利要求6所述的看门狗电路，其特征在于，所述喂狗信号脉宽控制模块(120)包括计数器(U5)，通过内部振荡器和外部阻容元件产生计数脉冲；所述计数器(U5)的复位端(RST)连接CPU的I/O端口，一个计数脉冲输出端或计数脉冲分频/倍频输出端连接所述看门狗芯片(U6)的喂狗输入端(WDI)。
8.如权利要求7所述的看门狗电路，其特征在于，所述计数器(U5)为74HC4060。
9.如权利要求1所述的看门狗电路，其特征在于，所述看门狗芯片(U6)的手动复位端(MR)接有反向二极管(D2)。
10.如权利要求1-9任一项所述的看门狗电路，其特征在于，所述看门狗芯片(U6)为SP706。
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