CN112578888B - 一种单片机自主复位电路 - Google Patents

Abstract

一种单片机自主复位电路，包括单片机、单片机工作状态检测电路和输出控制电路，单片机工作状态检测电路的输入端与单片机的PWM信号输出端电连接，单片机工作状态检测电路的输出端与输出控制电路的输入端电连接，其特征在于：单片机工作状态检测电路包括第一电容、第二电容、第一二极管、第二二极管、第一电阻，第一电容的一端与PWM信号输出端电连接，另一端分别与第一二极管的阳极以及第二二极管的阴极电连接，第二电容与第一电阻并联，并联后的一端与第一二极管的阴极和输出控制电路的输入端电连接，另一端与第二二极管的阳极和地端电连接。该电路采用纯硬件电路检测单片机工作状态并控制后续输出控制电路。

Description

一种单片机自主复位电路

技术领域

本发明涉及单片机技术领域，具体涉及一种单片机自主复位电路。

背景技术

在工业生产条件下，设备工作环境恶劣，工作时间较长，工作温度较高，单片机容易出现跑飞、死机、损坏等情况，这些都会影响单片机的可靠性和稳定性。经研究发现，当单片机出现跑飞、死机、损坏等情况时，单片机的输出引脚电平往往是固定不变的。由于单片机同时控制负载电源开关和各个外设的指令，在单片机出现跑飞、死机、损坏时，固定的引脚电平会导致负载开关和外设同时失控，最终造成单片机和后端负载都出现烧毁的情况。

为解决上述技术问题，目前出现了单片机自主复位电路，例如申请公布号为CN111090548A的中国发明专利申请，其公开了一种MCU复位重启方法及电路，利用了看门狗加输出控制电路相结合的软硬件控制电路，实现单片机PWM异常信号的检测，并控制单片机与其自身供电电源的断开以及单片机的复位重启。

但是现有的单片机自主复位电路仍然存在以下技术问题：采用看门狗加输出控制电路相结合的单片机的自主复位电路，输出控制电路采用纯硬件电路，控制单片机与其自身供电电源的断开以及单片机的复位重启，但通过看门狗芯片判断单片机的PWM信号是否消失来检测单片机的工作状态是否正常，以及利用看门狗芯片对后续输出控制电路的控制，是一种软件的方式，相比纯硬件电路，在可靠性方面还是相对差一些。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种采用纯硬件电路检测单片机工作状态并控制后续输出控制电路的单片机自主复位电路。

本发明的技术解决方案是：一种单片机自主复位电路，包括单片机、单片机工作状态检测电路和输出控制电路，所述单片机工作状态检测电路的输入端与单片机的PWM信号输出端电连接，所述单片机工作状态检测电路的输出端与输出控制电路的输入端电连接，所述输出控制电路的输出端与单片机复位端电连接，所述单片机工作状态检测电路用于检测单片机的PWM信号是否异常并输出控制信号至输出控制电路，所述输出控制电路用于在PWM信号异常时控制单片机复位，其特征在于：所述单片机工作状态检测电路包括第一电容、第二电容、第一二极管、第二二极管、第一电阻，所述第一电容的一端与单片机的PWM信号输出端电连接，另一端分别与第一二极管的阳极以及第二二极管的阴极电连接，所述第二电容与第一电阻并联，且并联后的一端与第一二极管的阴极和输出控制电路的输入端均电连接，另一端与第二二极管的阳极和地端均电连接。

本发明单片机自主复位电路的工作原理如下：

在单片机正常工作状态下，单片机的GPIO端口要求向单片机工作状态检测电路输入一个频率为50Hz、占空比为50％的PWM波，该波形由单片机运行产生，程序每循环一次，单片机的PWM信号输出端电平翻转一次，该PWM信号经过第一电容、第一二极管给第二电容充电，由第一二极管、第二二极管和第二电容构成一个小整流回路，保证第一二极管的阴极与第二电容的连接处为高电平状态，即在单片机正常工作状态下，单片机工作状态检测电路输出高电平；而在单片机出现跑飞、死机、损坏等异常状态时，单片机程序不再运行，GPIO端口不翻转，GPIO端口出现固定电平，即输出直流电平，根据电容通交流、隔直流的特性，GPIO端口的固定电平无法通过第一电容传输至后级，此时第二电容通过第一电阻放电，第一二极管的两端均为低电平，即在单片机异常工作状态下，单片机工作状态检测电路输出低电平；当单片机工作状态检测电路输出高电平并经输出控制电路后，输出控制电路输出的信号不会使能单片机复位端，单片机正常工作，而当单片机工作状态检测电路输出低电平并经输出控制电路后，输出控制电路输出的信号使能单片机复位端，单片机复位。

采用上述结构后，本发明具有以下优点：

本发明单片机自主复位电路采用的单片机工作状态检测电路，只包括了由第一电容、第二电容、第一二极管、第二二极管、第一电阻所构成的纯硬件电路，相比看门狗检测采用的软件方式，更可靠，而且该单片机工作状态检测电路采用纯硬件电路,也能很好地检测单片机输出的PWM信号是否正常，并能根据检测到的不同情况，向输出控制电路输出不同电平的控制信号，从而很好地实现了利用纯硬件电路检测单片机工作状态并控制后续输出控制电路。

作为优选，还包括负载电源控制电路，所述负载电源控制电路的输入端也与单片机工作状态检测电路的输出端电连接，所述负载电源控制电路的输出端与负载供电端电连接。该设置还解决了单片机异常情况下负载供电电源的通断问题。

作为优选，所述输出控制电路包括第二电阻、第三电阻、第四电阻、第三电容、第四电容、第五电容、第六电容、第一三极管、第三二极管和第四二极管，所述负载电源控制电路包括第五电阻、第六电阻、第二三极管和PMOS管，所述第六电阻的一端与第一二极管的阴极电连接，另一端与第二三极管的基极电连接，所述第六电容的一端与第二三极管的集电极、第五电阻的一端、PMOS管的栅极均电连接，所述第六电容的另一端与第三二极管的阳极和第四二极管的阴极均电连接，所述第五电阻的另一端和PMOS管的源极均与供电电源正极电连接，所述PMOS管的漏极与负载的供电端电连接，所述第三二极管的阴极与第三电阻的一端和第五电容的一端均电连接，所述第三电阻的另一端与第三电容的一端、第四电阻的一端和第一三极管的基极均电连接，所述第一三极管的集电极与第二电阻的一端、第四电容的一端和单片机复位端均电连接，所述第二电阻的另一端与供电电源正极电连接，所述第二三极管的发射极、第四二极管的阳极、第五电容的另一端、第三电容的另一端、第四电阻的另一端、第一三极管的发射极以及第四电容的另一端均与地端电连接。该设置使得输出控制电路和负载电源控制电路也为纯硬件电路，工作更可靠。

附图说明：

图1为本发明单片机自主复位电路的原理框图；

图2为本发明单片机自主复位电路的电路图；

图中：C1-第一电容，C2-第二电容，C3-第三电容，C4-第四电容，C5-第五电容，C6-第六电容，R1-第一电阻，R2-第二电阻，R3-第三电阻，R4-第四电阻，R5-第五电阻，R6-第六电阻，D1-第一二极管，D2-第二二极管，D3-第三二极管，D4-第四二极管，Q1-第一三极管，Q2-第二三极管，Q3A-PMOS管，VCC-供电电源正极，GND-地端，GPIO-PWM信号输出端，RST-单片机复位端，LOADI-负载供电端。

具体实施方式

下面结合附图，并结合实施例对本发明做进一步的说明。

实施例：

一种单片机自主复位电路，包括单片机、单片机工作状态检测电路和输出控制电路，所述单片机工作状态检测电路的输入端与单片机的PWM信号输出端GPIO电连接，所述单片机工作状态检测电路的输出端与输出控制电路的输入端电连接，所述输出控制电路的输出端与单片机复位端RST电连接，所述单片机工作状态检测电路用于检测单片机的PWM信号是否异常并输出控制信号至输出控制电路，所述输出控制电路用于在PWM信号异常时控制单片机复位，所述单片机工作状态检测电路包括第一电容C1、第二电容C2、第一二极管D1、第二二极管D2、第一电阻R1，所述第一电容C1的一端与单片机的PWM信号输出端GPIO电连接，另一端分别与第一二极管D1的阳极以及第二二极管D2的阴极电连接，所述第二电容C2与第一电阻R1并联，且并联后的一端与第一二极管D1的阴极和输出控制电路的输入端均电连接，另一端与第二二极管D2的阳极和地端GND均电连接。

作为优选，还包括负载电源控制电路，所述负载电源控制电路的输入端也与单片机工作状态检测电路的输出端电连接，所述负载电源控制电路的输出端与负载供电端LOADI电连接。该设置还解决了单片机异常情况下负载供电电源的通断问题。

作为优选，所述输出控制电路包括第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6、第一三极管Q1、第三二极管D3和第四二极管D4，所述负载电源控制电路包括第五电阻R5、第六电阻R6、第二三极管Q2和PMOS管Q3A，所述第六电阻R6的一端与第一二极管D1的阴极电连接，另一端与第二三极管Q2的基极电连接，所述第六电容C6的一端与第二三极管Q2的集电极、第五电阻R5的一端、PMOS管Q3A的栅极均电连接，所述第六电容C6的另一端与第三二极管D3的阳极和第四二极管D4的阴极均电连接，所述第五电阻R5的另一端和PMOS管Q3A的源极均与供电电源正极VCC电连接，所述PMOS管Q3A的漏极与负载供电端LOADI电连接，所述第三二极管D3的阴极与第三电阻R3的一端和第五电容C5的一端均电连接，所述第三电阻R3的另一端与第三电容C3的一端、第四电阻R4的一端和第一三极管Q1的基极均电连接，所述第一三极管Q1的集电极与第二电阻R2的一端、第四电容C4的一端和单片机复位端RST均电连接，所述第二电阻R2的另一端与供电电源正极VCC电连接，所述第二三极管Q2的发射极、第四二极管D4的阳极、第五电容C5的另一端、第三电容C3的另一端、第四电阻R4的另一端、第一三极管Q1的发射极以及第四电容C4的另一端均与地端GND电连接。该设置使得输出控制电路和负载电源控制电路也为纯硬件电路，工作更可靠。

本发明单片机自主复位电路的工作原理如下：

在单片机正常工作状态下，单片机的GPIO端口要求向单片机工作状态检测电路输入一个频率为50Hz、占空比为50％的PWM波，该波形由单片机运行产生，程序每循环一次，单片机的PWM信号输出端GPIO电平翻转一次，该PWM信号经过第一电容C1、第一二极管D1给第二电容C2充电，由第一二极管D1、第二二极管D2和第二电容C2构成一个小整流回路，保证第一二极管D1的阴极与第二电容C2的连接处为高电平状态，即在单片机正常工作状态下，单片机工作状态检测电路输出高电平；而在单片机出现跑飞、死机、损坏等异常状态时，单片机程序不再运行，GPIO端口不翻转，GPIO端口出现固定电平，即输出直流电平，根据电容通交流、隔直流的特性，GPIO端口的固定电平无法通过第一电容C1传输至后级，此时第二电容C2通过第一电阻R1放电，第一二极管D1的两端均为低电平，即在单片机异常工作状态下，单片机工作状态检测电路输出低电平；

在单片机正常工作状态下，单片机工作状态检测电路输出高电平，该高电平经过第六电阻R6，可得第二三极管Q2的基极为高电平，即第二三极管Q2处于导通状态，取供电电源电压为5V时，此时第二三极管Q2的集电极对发射极导通，第二三极管Q2的集电极为低电平，即PMOS管Q3A的栅极为低电平；输出控制电路部分中的第六电容C6起通交隔直作用，此时PMOS管Q3A的栅极电平无法传输至后级，第三电容C3和第五电容C5经第三电阻R3和第四电阻R4放电，第三电阻R3两端电压均为0V，即第一三极管Q1的基极为低电平，第一三极管Q1处于关断状态，此时，第一三极管Q1的集电极为高电平，输出控制电路输出到单片机复位端RST的信号为高电平，单片机不复位；而负载电源控制电路部分，根据PMOS管导通条件要求，Vgs<0V时，PMOS管导通，此时，PMOS管Q3A的栅极为低电平，PMOS管Q3A的源极为高电平，满足导通条件，PMOS管Q3A导通，PMOS管Q3A导通后，供电电源给负载提供正常的工作电压，负载正常工作；

在单片机出现跑飞、死机、损坏等异常状态时，单片机的GPIO端口的直流电平无法传输至后级，单片机工作状态检测电路输出低电平，第二电容C2通过第一电阻R1和第六电阻R6放电，使第二三极管Q2的基极出现低电平，由此使第二三极管Q2关断，第二三极管Q2关断后，第二三极管Q2的集电极由低电平跳变为高电平，即PMOS管Q3A的栅极电平由低电平跳变为高电平；该跳变经过第六电容C6和第三二极管D3后，给第五电容C5充电，经过第三电阻R3和第三电容C3滤波后，给第一三极管Q1的基极输出一个0.7V的高脉冲，使第一三极管Q1的Vbe＝0.7V，达到三极管导通条件，此后第一三极管Q1导通，输出控制电路输出低电平，即单片机复位端RST由高电平跳变为低电平，此时，单片机识别到复位端RST由高电平跳变至低电平，单片机进入自主复位；与此同时，负载电源控制电路部分，PMOS管Q3A的栅极电平由低电平跳变为高电平，此时Vgs由负电压跳变至零电压，不再满足PMOS管导通条件，PMOS管Q3A自主关断，由于PMOS管Q3A关断，供电电源也不再给负载提供工作电源，直至单片机复位启动并正常运行程序后，单片机工作状态检测电路再次识别到一个频率为50Hz、占空比为50％的PWM波，负载开关PMOS管Q3A才会再次导通，给负载正常供电。

Claims (3)

1.一种单片机自主复位电路，包括单片机、单片机工作状态检测电路和输出控制电路，所述单片机工作状态检测电路的输入端与单片机的PWM信号输出端(GPIO)电连接，所述单片机工作状态检测电路的输出端与输出控制电路的输入端电连接，所述输出控制电路的输出端与单片机复位端(RST)电连接，所述单片机工作状态检测电路用于检测单片机的PWM信号是否异常并输出控制信号至输出控制电路，所述输出控制电路用于在PWM信号异常时控制单片机复位，其特征在于：所述单片机工作状态检测电路包括第一电容(C1)、第二电容(C2)、第一二极管(D1)、第二二极管(D2)、第一电阻(R1)，所述第一电容(C1)的一端与单片机的PWM信号输出端(GPIO)电连接，另一端分别与第一二极管(D1)的阳极以及第二二极管(D2)的阴极电连接，所述第二电容(C2)与第一电阻(R1)并联，且并联后的一端与第一二极管(D1)的阴极和输出控制电路的输入端均电连接，另一端与第二二极管(D2)的阳极和地端(GND)均电连接。

2.根据权利要求1所述的一种单片机自主复位电路，其特征在于：还包括负载电源控制电路，所述负载电源控制电路的输入端也与单片机工作状态检测电路的输出端电连接，所述负载电源控制电路的输出端与负载供电端(LOADI)电连接。

3.根据权利要求2所述的一种单片机自主复位电路，其特征在于：所述输出控制电路包括第二电阻(R2)、第三电阻(R3)、第四电阻(R4)、第三电容(C3)、第四电容(C4)、第五电容(C5)、第六电容(C6)、第一三极管(Q1)、第三二极管(D3)和第四二极管(D4)，所述负载电源控制电路包括第五电阻(R5)、第六电阻(R6)、第二三极管(Q2)和PMOS管(Q3A)，所述第六电阻(R6)的一端与第一二极管(D1)的阴极电连接，另一端与第二三极管(Q2)的基极电连接，所述第六电容(C6)的一端与第二三极管(Q2)的集电极、第五电阻(R5)的一端、PMOS管(Q3A)的栅极均电连接，所述第六电容(C6)的另一端与第三二极管(D3)的阳极和第四二极管(D4)的阴极均电连接，所述第五电阻(R5)的另一端和PMOS管(Q3A)的源极均与供电电源正极(VCC)电连接，所述PMOS管(Q3A)的漏极与负载供电端(LOADI)电连接，所述第三二极管(D3)的阴极与第三电阻(R3)的一端和第五电容(C5)的一端均电连接，所述第三电阻(R3)的另一端与第三电容(C3)的一端、第四电阻(R4)的一端和第一三极管(Q1)的基极均电连接，所述第一三极管(Q1)的集电极与第二电阻(R2)的一端、第四电容(C4)的一端和单片机复位端(RST)均电连接，所述第二电阻(R2)的另一端与供电电源正极(VCC)电连接，所述第二三极管(Q2)的发射极、第四二极管(D4)的阳极、第五电容(C5)的另一端、第三电容(C3)的另一端、第四电阻(R4)的另一端、第一三极管(Q1)的发射极以及第四电容(C4)的另一端均与地端(GND)电连接。

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