CN103676728B - 汽车电控单元用看门狗电路系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及汽车用电控单元技术领域，特别涉及一种汽车电控单元用看门狗电路系统，包括充放电定时电路、复位循环电路，所述的充放电定时电路的输入端通过电容C1与主芯片的WATCHDOG引脚相连，充放电定时电路的输入端还通过电阻R1、跳线开关J1接+5V电源VDD，充放电定时电路的输出端与晶体管Q3的基极相连，晶体管Q3的集电极接地，晶体管Q3的发射极与主芯片的RESET引脚以及复位循环电路的输入端相连，复位循环电路的输出端与充放电定时电路的输入端相连；充放电定时电路接收到的低电平信号的持续时间超过看门狗复位时间即输出高电平信号。该系统能多种模式功能，采用充放电定时电路设计，实现硬件看门狗复位时间可调整功能，该电路系统功耗低，成本低，易于实施。
Description
技术领域
本发明涉及汽车用电控单元技术领域，特别涉及一种汽车电控单元用看门狗电路系统。
背景技术
随着汽车技术的发展，越来越多的电控单元部件被应用在汽车上，如发动机电控单元、整车电控单元、自动变速器电控单元，以及新能源车上应用的电机控制单元和电池管理电控单元等等。为了满足系统的可靠性设计要求，通常会在电控单元主板上采用看门狗电路实时监控主芯片（单片机或DSP）的运行状态并在检测到软件异常时产生复位信号使系统复位恢复正常运行，从而避免在主芯片上运行的软件由于某些外在或内在因素的影响，如电磁场干扰等，出现程序跑飞或陷入死循环的异常，导致整个电控单元功能丧失或异常引起行车安全。
看门狗电路和主芯片的一个I/O引脚相连，主芯片在执行应用程序代码的过程中，会不断执行一个喂狗操作的指令，通过该I/O引脚定时向看门狗电路的一个喂狗输入引脚送入喂狗信号，这一喂狗操作指令包括在主芯片所执行的应用程序的代码之中，一旦主芯片由于干扰而陷入某一代码段，进入死循环状态时，喂狗操作指令便不能被执行，在这种情况下，看门狗电路会得不到主芯片送来的喂狗信号，便在它和主芯片的复位引脚相连的引脚上送出一个复位信号，使主芯片发生复位，即应用程序从程序存储器的起始位置重新开始执行，这样便实现了主芯片的自动复位。
现有看门狗电路主要是针对复位时间延长、时间可调整、多个复位输出等问题提出的解决方案，大都通过采用FPGA、CPLD或其他看门狗复位芯片实现。其存在如下不足：1、在汽车电控单元应用中，主芯片需要进入休眠模式以降低系统功耗，休眠的时间大都超过看门狗电路的最大复位时间，此时看门狗电路会误认为程序进入死循环而执行复位；2、另外由于看门狗电路的存在，主芯片在程序烧写过程中容易受到其复位信号影响而失败。因此，需要设计一种在电控单元进入程序烧写模式、休眠模式等情况下屏蔽看门狗电路功能且在电控单元正常运行时恢复看门狗电路功能的看门狗电路系统。
发明内容
本发明的目的在于提供一种汽车电控单元用看门狗电路系统，起到保护电控单元的同时还能满足特殊模式下的屏蔽功能。
为实现以上目的，本发明采用的技术方案为：一种汽车电控单元用看门狗电路系统，包括充放电定时电路、复位循环电路，所述的充放电定时电路的输入端通过电容C1与主芯片的WATCHDOG引脚相连，充放电定时电路的输入端还通过电阻R1、跳线开关J1接+5V电源VDD，充放电定时电路的输出端与晶体管Q3的基极相连，晶体管Q3的集电极接地，晶体管Q3的发射极与主芯片的RESET引脚以及复位循环电路的输入端相连，所述的复位循环电路的输出端与充放电定时电路的输入端相连；所述的充放电定时电路接收到的低电平信号的持续时间超过看门狗复位时间即输出高电平信号。
与现有技术相比，本发明存在以下技术效果：该系统能实时监控主芯片的运行状态并在检测到软件异常时产生复位信号使系统复位恢复正常运行，同时也能满足电控单元进入程序烧写模式、休眠模式等情况下屏蔽硬件看门狗功能；该系统采用充放电定时电路设计，实现硬件看门狗复位时间可调整功能，该电路系统功耗低，成本低，易于实施。
附图说明
图1是本发明的电路原理图；
图2是充放电定时电路的电路图；
图3是信号校验电路的电路图；
图4是RC延时电路的电路图。
具体实施方式
下面结合图1至图4，对本发明做进一步详细叙述。
参阅图1，一种汽车电控单元用看门狗电路系统，包括充放电定时电路21、复位循环电路23，所述的充放电定时电路21的输入端通过电容C1与主芯片10的WATCHDOG引脚相连，其中主芯片10的WATCHDOG引脚即背景技术中所述的I/O引脚，此处就以WATCHDOG引脚进行叙述，充放电定时电路21的输入端还通过电阻R1、跳线开关J1接+5V电源VDD，充放电定时电路21的输出端与晶体管Q3的基极相连，晶体管Q3的集电极接地，晶体管Q3的发射极与主芯片10的RESET引脚以及复位循环电路23的输入端相连，所述的复位循环电路23的输出端与充放电定时电路21的输入端相连，复位循环电路23用于将晶体管Q3复位至高阻状态。在主芯片10正常工作时，主芯片10的WATCHDOG引脚隔一段时间就输出一个高电平信号，当主芯片10的WATCHDOG引脚输出低电平时，充放电定时电路21就开始充电，充电完成后就输出高电平,晶体管Q3导通输出低电平，主芯片10的RESET引脚信号为低电平，主芯片10就会被复位。本发明中正是利用充放电定时电路21充电未完成时，WATCHDOG引脚输出一个高电平，充放电定时电路21快速放电，充放电定时电路21即输出低电平，主芯片10不会被复位。所述的充放电定时电路21接收到的低电平信号的持续时间超过看门狗复位时间即输出高电平信号，如果在这个持续时间内输出一个高电平，让充放电定时电路21放电就不会输出高电平信号，因此这里设置好充放电定时电路21的充放电时间后就能满足主芯片10的正常工作模式。
这里的复位循环电路23在这里的作用就是当主芯片10被复位时，同时将充放电定时电路也进行复位。跳线开关J1的断开/闭合用于应对不同的模式。
考虑到充放电定时电路21的输出波形的可靠性和信号完整性，作为本发明的优选方案，所述的充放电定时电路21的输出端通过信号处理单元22与晶体管Q3的基极相连，信号处理单元22对充放电定时电路21的输出信号进行翻转校验、整形和延时处理。设置信号处理单元22之后，使得整个系统工作更为可靠。
参阅图2，这里提供一种较为优选的充放电定时电路21，所述的充放电定时电路21包括三极管Q1，三极管Q1的基极作为充放电定时电路21的输入端，三极管Q1的发射极接地，电阻R2的两端分别连接三极管Q1的基极和发射极，三极管Q1的集电极通过电阻R3接+5V电源VDD，电容C2、C3并联后的一端接地，另一端通过电阻R4与三极管Q1的集电极相连，所述的电阻R4和电容C3间引出一条支路作为充放电定时电路21的输出端。充放电定时电路21的输入信号这里记为Singal1，输出信号记为Singal2，电容C2、C3为充放电电容，R4为放电电阻，R3、R4为充电电阻，通过改变电容C2、C3以及电阻R3、R4的参数即可调节充放电时间T2、T3，其中充电时间T3就是看门狗复位时间。
充放电定时电路21的工作原理简述如下：当输入信号Singal1为低电平时，NPN三极管Q1未导通，此时+5V电源VDD通过充电电阻R3、R4给电容C2、C3充电，经充电时间T3后输出信号Singal2为高电平，当输入信号Singal1为高电平时，NPN三极管Q1导通，此时放电电容C2、C3通过放电电阻R4经过NPN三极管Q1的集电极和发射极与地导通快速放电，经放电时间T2后输出信号Singal2为低电平。
参阅图3、图4，作为本发明的优选方案，所述的信号处理单元22包括信号校验电路221以及RC延时电路222，信号校验电路221由反相器U1A、U1B构成，反相器U1A的输入端作为信号处理单元22的输入端，反相器U1A的输出端与反相器U1B的输入端相连，反相器U1B的输出端通过电容C4与RC延迟电路222相连。通过反相器U1A和U1B在这里共同作用来给充放电定时电路21输出的波形翻转校验和整形，利于后续电路准确可靠的进行处理。所述的RC延时电路222包括三极管Q2，三极管Q2的基极通过电阻R5与所述的电容C4相连，三极管Q2的发射极接地，电阻R6的两端分别连接三极管Q2的基极和发射极，三极管Q2的集电极通过电阻R7接+5V电源VDD，电容C5的一端接地，另一端通过电阻R8与三极管Q2的集电极相连，所述的电阻R8和电容C5间引出一条支路与反相器U1C的输入端相连，反相器U1C的输出端作为信号处理单元22的输出端与晶体管Q3的基极相连。考虑到主芯片10在执行喂狗操作时，其每一个喂狗指令的间隔时间并不一定非常稳定的，而是略有浮动，RC延时电路222中的电容C5通过R8放电的过程中，如果还没有喂狗指令过来，就说明主芯片10确实是陷入死循环或程序跑飞异常，再执行复位动作，这样就不会产生误判，RC延时电路222使得使得整个系统更为可靠。
另外，考虑到在主芯片10复位后，也需要对看门狗电路系统进行复位，避免晶体管Q3一直处于导通状态，主芯片10不停地被复位。这里提供一种较为优选的实施例，所述的复位循环电路23包括反相器U1D和二极管D1，反相器U1D的输入端作为复位循环电路23的输入端与晶体管Q3的发射极相连，反相器U1D的输出端与二极管D1的正极相连，二极管D1的负极作为复位循环电路23的输出端与充放电定时电路21的输入端相连。
另外，进行主芯片10烧写程序时，需要人工调节跳线开关J1。所述的主芯片10为正常工作状态或休眠状态时，跳线开关J1的引脚1、2断开；主芯片10在烧写程序时，跳线开关J1的引脚1、2短路。
下面针对本发明提供的实施例，对各个模式的工作过程进行详细说明：
当主芯片10正常运行时，其软件会执行喂狗操作的指令，通过主芯片10的WATCHDOG引脚定时向边沿触发电容C1引脚送入高电平信号，此时跳线开关J1为打开状态，当输入边沿触发电容C1的信号为上升沿时，其输出信号Singal1为高电平，NPN三极管Q1导通，此时电容C2、C3通过放电电阻R4经NPN三极管Q1的集电极和发射极与地导通快速放电，经过放电时间T2后输出信号Singal2为低电平；当输入边沿触发电容C1的信号为下降沿时，其输出信号Singal1为低电平，NPN三极管Q1不导通，此时+5V电源VDD通过充电电阻R3、R4给电容C2、C3充电，经充电时间T3后输出信号Singal2为高电平，主芯片10正常运行时每两次喂狗信号上升沿时间间隔T1会小于充电定时T3，每次电容C2、C3还未充电完成，就会放电，此时充放电定时电路21输出信号Singal2低电平。低电平信号Singal2经信号处理单元22后输出信号Singal5也为低电平信号，此时输出晶体管Q3不导通输出高阻状态，即看门狗电路输入到主芯片10复位引脚的RESET信号为高阻状态，主芯片10不复位正常运行。同时该高阻信号经反相器U1D后为低电平状态，被二极管D1截止，不影响充放电输入信号Singal1的状态。
当主芯片10异常运行软件进入死循环状态时，喂狗操作指令便不能被执行，主芯片10的引脚WATCHDOG向边沿触发电容C1引脚一直送入低电平信号，输入给充放电定时电路21的信号Singal1为低电平，NPN三极管Q1不导通，此时+5V电源VDD通过充电电阻R3、R4给电容C2、C3充电，经充电时间T3后输出信号Singal2为高电平，而此时芯片每两次喂狗信号上升沿时间间隔T1无穷大，肯定大于充电定时T3，充放电定时电路21输出信号Singal2高电平，高电平信号经信号处理单元22后输出信号Singal5也为高电平信号，输出晶体管Q3导通输出低电平，即看门狗电路系统输入到主芯片10复位引脚的RESET信号为低电平，主芯片10被复位，即应用程序从程序存储器的起始位置重新开始执行，这样便实现了主芯片10的自动复位；同时该低电平信号经反相器U1D后为高电平状态，经二极管D1与充放电定时电路21输入端导通，将充放电定时电路21输入信号Singal1由低电平改为高电平状态，实现硬件看门狗电路系统的自动重启，保证了主芯片10在自动复位后，看门狗电路系统充放电定时电路21已完成自动初始化清零，正常运行。
当主芯片10在烧写程序时，把跳线开关J1的1、2引脚短路，即将充放电定时电路21的输入信号Singal1经限流电阻R1连接到了+5V电源VDD，此时充放电定时电路21的输入信号Singal1会一直为高电平状态，即主芯片10的WATCHDOG引脚的喂狗信号被屏蔽了，NPN三极管Q1导通，此时电容C2、C3通过放电电阻R4经NPN三极管Q1的集电极和发射极与地导通快速放电，经过放电时间T2后输出信号Singal2为低电平，低电平信号Singal2经信号处理单元22后输出信号Singal5也为低电平信号，此时输出晶体管Q3不导通输出高阻状态，即看门狗电路输入到主芯片10复位引脚的RESET信号为高阻状态，此时看门狗电路复位功能失效，主芯片10可烧写程序。同时该高阻信号经反相器U1D后为低电平状态，被二极管D1截止，不影响充放电输入信号Singal1的状态。
当主芯片10进入休眠模式时，通过WATCHDOG引脚一直向边沿触发电容C1引脚送入高电平信号，此时充放电定时电路21的输入信号Singal1也会一直为高电平状态，即主芯片10的WATCHDOG引脚的喂狗信号被屏蔽了，NPN三极管Q1导通，此时电容C2、C3通过放电电阻R4经NPN三极管Q1的集电极和发射极与地导通快速放电，经过放电时间T2后输出信号Singal2为低电平，低电平信号Singal2经信号处理单元22后输出信号Singal5也为低电平信号，此时输出晶体管Q3不导通输出高阻状态，即看门狗电路输入到主芯片10复位引脚的RESET信号为高阻状态，此时看门狗电路复位功能失效，主芯片不会被复位重启，可进入休眠模式，同时该高阻信号经反相器U1D后为低电平状态，被二极管D1截止，不影响充放电输入信号Singal1的状态。
Claims (7)
1.一种汽车电控单元用看门狗电路系统，其特征在于：包括充放电定时电路（21）、复位循环电路（23），所述的充放电定时电路（21）的输入端通过电容C1与主芯片（10）的WATCHDOG引脚相连，充放电定时电路（21）的输入端还通过电阻R1、跳线开关J1接+5V电源VDD，充放电定时电路（21）的输出端与晶体管Q3的基极相连，晶体管Q3的集电极接地，晶体管Q3的发射极与主芯片（10）的RESET引脚以及复位循环电路（23）的输入端相连，所述的复位循环电路（23）的输出端与充放电定时电路（21）的输入端相连；所述的充放电定时电路（21）接收到的低电平信号的持续时间超过看门狗复位时间即输出高电平信号。
2.如权利要求1所述的汽车电控单元用看门狗电路系统，其特征在于：所述的充放电定时电路（21）的输出端通过信号处理单元（22）与晶体管Q3的基极相连，信号处理单元（22）对充放电定时电路（21）的输出信号进行翻转校验、整形和延时处理。
3.如权利要求2所述的汽车电控单元用看门狗电路系统，其特征在于：所述的充放电定时电路（21）包括三极管Q1，三极管Q1的基极作为充放电定时电路（21）的输入端，三极管Q1的发射极接地，电阻R2的两端分别连接三极管Q1的基极和发射极，三极管Q1的集电极通过电阻R3接+5V电源VDD，电容C2、C3并联后的一端接地，另一端通过电阻R4与三极管Q1的集电极相连，所述的电阻R4和电容C3间引出一条支路作为充放电定时电路（21）的输出端。
4.如权利要求2所述的汽车电控单元用看门狗电路系统，其特征在于：所述的信号处理单元（22）包括信号校验电路（221）以及RC延时电路（222），信号校验电路（221）由反相器U1A、U1B构成，反相器U1A的输入端作为信号处理单元（22）的输入端，反相器U1A的输出端与反相器U1B的输入端相连，反相器U1B的输出端通过电容C4与RC延迟电路（222）相连。
5.如权利要求4所述的汽车电控单元用看门狗电路系统，其特征在于：所述的RC延时电路（222）包括三极管Q2，三极管Q2的基极通过电阻R5与所述的电容C4相连，三极管Q2的发射极接地，电阻R6的两端分别连接三极管Q2的基极和发射极，三极管Q2的集电极通过电阻R7接+5V电源VDD，电容C5的一端接地，另一端通过电阻R8与三极管Q2的集电极相连，所述的电阻R8和电容C5间引出一条支路与反相器U1C的输入端相连，反相器U1C的输出端作为信号处理单元（22）的输出端与晶体管Q3的基极相连。
6.如权利要求1～5任一项所述的汽车电控单元用看门狗电路系统，其特征在于：所述的复位循环电路（23）包括反相器U1D和二极管D1，反相器U1D的输入端作为复位循环电路（23）的输入端与晶体管Q3的发射极相连，反相器U1D的输出端与二极管D1的正极相连，二极管D1的负极作为复位循环电路（23）的输出端与充放电定时电路（21）的输入端相连。
7.如权利要求6所述的汽车电控单元用看门狗电路系统，其特征在于：所述的主芯片（10）为正常工作状态或休眠状态时，跳线开关J1的引脚1、2断开；主芯片（10）在烧写程序时，跳线开关J1的引脚1、2短路。
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- 2013-11-27 CN CN201310616560.5A patent/CN103676728B/zh active Active
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