CN113325779B - 一种复位信号安全输出电路及实现方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种复位信号安全输出电路及实现方法，电路中控制单元的生命信号输入端与被控电子设备的生命信号端口相连，控制单元产生方波的I/O接口经一阶动态安全输出电路与快速开关器件的输入端连接，快速开关器件的第一输出端与被控电子设备的复位端口相连；方法为：电路中控制单元的一个I/O口发送占空比为50%的方波，并接入一阶动态安全输出电路的输入端；如果一阶动态安全输出电路输出高电平信号，则快速开关器件输出端的两个引脚闭合，被控电子设备复位引脚的电平逻辑状态由复位信号安全输出电路中用于控制电子设备复位与否的I/O口的电平逻辑状态进行控制。本发明可使电子设备不受复位信号安全输出电路损坏的影响而继续正常工作。

Description

一种复位信号安全输出电路及实现方法
技术领域
本发明涉及一种复位信号的安全输出技术，具体为一种复位信号安全输出电路及实现方法。
背景技术
基于微处理器的电子设备在上电后都需要一个复位信号（持续一段时间低电平然后变成高电平的信号或持续一段时间高电平然后变成低电平的信号）输入到微处理器的复位引脚，以便使微处理器进入初始状态并引导固化在微处理器中的应用程序从头开始运行。当电子设备的微处理器出现“死机”或者固化在微处理器中的应用程序“跑飞”时，将复位信号输入到微处理器的复位引脚同样可以使微处理器进入初始状态并引导固化在微处理器中的应用程序从头开始运行，如果此时微处理器没有出现损坏，则电子设备会重新开始正常运行。
目前基于微处理器的电子设备为保证微处理器出现“死机”或者固化在微处理器中的应用程序“跑飞”时可以重新恢复正常工作状态，大多采用“生命状态”检测的处理方式，既电子设备不间断对外发送方波“生命信号”或脉冲“生命信号”给监控方（监控芯片或监控电路），当“生命信号”无法被监控方检测到时，监控方发送复位信号以使电子设备的微处理器进入初始状态并引导固化在微处理器中的应用程序从头开始运行。对于不需要烧录操作系统（Windows、Linux等）的基于微处理器的电子设备由于需要的复位信号电平时间短（几us到几ms），多采用通用性强的“看门狗”芯片进行“生命状态”检测及复位信号的发出，而对于需要烧录较大操作系统（Windows、Linux等）的基于微处理器的电子设备由于需要的复位信号电平时间长（几s到十几s）且时长不确定，多采用基于MCU的可编程复位信号输出电路进行“生命状态”检测及复位信号的发出。复位信号输出电路一般采用复位信号输出电路上MCU的I/O口进行对外复位信号的输出，并要求当电子设备正常工作时不输出复位信号，例如某电子设备是低电平复位，因此当电子设备不能正常发送“生命信号”时复位信号输出电路上MCU的I/O口要输出足够时间的低电平促使电子设备复位并“重启”，而当电子设备正常发送“生命信号”时复位信号输出电路上MCU的I/O口不能输出低电平，必须保持高电平或者为高阻态以保证电子设备正常工作。但由于某种原因（如静电、浪涌等击穿）导致复位信号输出电路上MCU损坏时复位信号输出电路上MCU的I/O口输出状态无法控制且无法预料，而此时电子设备正常工作状态下，复位信号输出电路一旦输出复位电平就会导致被控电子设备无法正常工作。
发明内容
针对现有技术中复位信号输出电路上MCU损坏时复位信号输出电路上MCU的I/O口输出状态无法控制且无法预料可能输出复位电平的问题，本发明所要解决的技术问题是提供一种复位信号安全输出电路及实现方法，以保证复位信号输出电路的MCU正常时复位信号安全输出电路能正常工作。
本发明提供一种复位信号安全输出电路，包括一阶动态安全输出电路、快速开关器件以及控制单元，其中控制单元的生命信号输入端与被控电子设备的生命信号端口相连，控制单元产生方波的I/O接口经一阶动态安全输出电路与快速开关器件的输入端连接，快速开关器件的第一输出端与被控电子设备的复位端口相连。
快速开关器件包括MOSFET光电耦合器和上拉电阻，其中MOSFET光电耦合器中的输入端正极与一阶动态安全输出电路输出端的第六电阻R6连接，快速开关器件的输入端负极接地，MOSFET光电耦合器的第一输出端与被控电子设备的复位端口连接，同时通过上拉电阻接至固定电平；MOSFET光电耦合器的第二输出端接至控制单元的控制电子设备复位的I/O口。
本发明还提供一种复位信号安全输出电路的实现方法，包括以下步骤：
1）将复位信号安全输出电路与被控电子设备进行连接；
2）复位信号安全输出电路开始工作，使复位信号安全输出电路中控制单元MCU的一个I/O口不间断发送占空比为50%的方波，并将占空比为50%的方波接入一阶动态安全输出电路的输入端；
3）判断复位信号安全输出电路中一阶动态安全输出电路的输出端是否为高电平信号；
4）如果一阶动态安全输出电路输出高电平信号，则快速开关器件输出端的两个引脚闭合，此时被控电子设备复位引脚的电平逻辑状态由复位信号安全输出电路中用于控制电子设备复位与否的I/O口的电平逻辑状态进行控制；
5）一次输出过程结束。
步骤4）中，如果一阶动态安全输出电路输出低电平信号，则快速开关器件输出端的两个引脚断开，与被控电子设备复位端相连的快速开关器件的输出端引脚被保持在固定电平，即复位信号安全输出电路输出固定电平到被控电子设备的复位端口，一次输出过程结束。
所述电平逻辑状态与被控电子设备复位电平逻辑状态相反。
本发明具有以下有益效果及优点：
1.本发明提供一种复位信号安全输出的实现方法，解决了由于某种原因（如静电、浪涌等击穿）导致复位信号安全输出电路上MCU损坏时复位信号安全输出电路上MCU的I/O口输出状态无法控制且无法预料的问题。
2.采用本发明方法可以保证在复位信号安全输出电路的MCU损坏时，复位信号安全输出电路会输出固定电平并且该固定电平不会导致电子设备复位，这样电子设备不会受复位信号安全输出电路损坏的影响从而继续正常工作。
附图说明
图1为本发明复位信号安全输出的实现方法流程图；
图2为复位信号安全输出电路原理框图；
图3是复位信号安全输出电路原理图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图2所示，为了获取复位信号安全输出电路的工况（正常工作或者损坏），本发明提供一种复位信号安全输出电路，包括一阶动态安全输出电路、快速开关器件以及控制单元，其中控制单元的生命信号输入端与被控电子设备的生命信号端口相连，控制单元产生方波的I/O接口经一阶动态安全输出电路与快速开关器件的输入端连接，快速开关器件的第一输出端与被控电子设备的复位端口相连。
如图2~3所示，快速开关器件包括MOSFET光电耦合器和上拉电阻，其中MOSFET光电耦合器中的输入端正极与一阶动态安全输出电路输出端的第六电阻R6连接，快速开关器件的输入端负极接地，MOSFET光电耦合器的第一输出端与被控电子设备的复位端口连接，同时通过上拉电阻接至固定电平；MOSFET光电耦合器的第二输出端接至控制单元的控制电子设备复位的I/O口。
一阶动态安全输出电路如图3所示，采用常规设计。控制单元采用MCU。
复位信号安全输出电路的设计可实现本发明中复位信号安全输出的方法。假设电子设备为低电平复位，以下结合附图3对复位信号安全输出电路如何实现复位信号安全输出进行说明。
第七电阻R7接高电平。高电平复位的电子设备与低电平复位的电子设备的电路设计雷同，在此不做赘述。当复位信号安全输出电路中的MCU正常工作时，其产生方波的I/O口不间断的发送占空比为50%的方波，并通过第一电阻R1进入到一阶动态安全输出电路，此时一阶动态安全输出电路输出高电平（高电平伏值取决电路设计）并通过第六电阻R6限流后进入到MOSFET光电耦合器AQW214输入端的1脚，此时MOSFET光电耦合器AQW214输入端的光电二极管导通使得MOSFET光电耦合器AQW214输出端的管脚7和管脚8导通，致使复位信号安全输出电路中MCU控制电子设备复位与否的I/O口接入到电子设备复位端口，此时复位信号安全输出电路中MCU控制电子设备复位与否的I/O口可控制电子设备是否进行复位。当复位信号安全输出电路的MCU损坏时其产生方波的I/O无法输出方波信号到一阶动态安全输出电路时，一阶动态安全输出电路输出低电平，此时无法使MOSFET光电耦合器AQW214输入端的光电二极管被打通，使得MOSFET光电耦合器AQW214输出端的管脚7和管脚8保持断开，此时复位信号安全输出电路中MCU控制电子设备复位与否的I/O口不能控制电子设备是否进行复位同时复位用信号通过第七电阻R7被限定在了高电平，因此无论复位信号安全输出电路中MCU控制电子设备复位与否的I/O口是何种状态，电子设备的复位端口始终使高电平，这样就不会因为复位信号安全输出电路中MCU的损坏导致复位信号安全输出电路上MCU控制电子设备复位与否的I/O口输出状态无法控制且无法预料、而电子设备正常工作时复位信号安全输出电路一旦输出复位电平导致电子设备无法正常工作的情况发生。
如图1所示，为了获取复位信号安全输出电路的工况（正常工作或者损坏），本发明提供一种复位信号安全输出的实现方法，包括以下步骤：
1）将复位信号安全输出电路与被控电子设备进行连接；
2）复位信号安全输出电路开始工作，使复位信号安全输出电路中控制单元MCU的一个I/O口不间断发送占空比为50%的方波，并将占空比为50%的方波接入一阶动态安全输出电路的输入端；
3）判断复位信号安全输出电路中一阶动态安全输出电路的输出端是否为高电平信号；
4）如果一阶动态安全输出电路输出高电平信号，则快速开关器件输出端的两个引脚闭合，此时被控电子设备复位引脚的电平逻辑状态由复位信号安全输出电路中用于控制电子设备复位与否的I/O口的电平逻辑状态进行控制；
5）一次输出过程结束。
步骤4）中，如果一阶动态安全输出电路输出低电平信号，则快速开关器件输出端的两个引脚断开，与被控电子设备复位端相连的快速开关器件的输出端引脚被保持在固定电平，即复位信号安全输出电路输出固定电平到被控电子设备的复位端口，一次输出过程结束。电平逻辑状态与被控电子设备复位电平逻辑状态相反。
本发明方法采用对复位信号安全输出电路中MCU的I/O口工作状态检测的方式，使复位信号安全输出电路中MCU的一个I/O口（非复位信号输出用I/O口）不间断发送占空比为50%的方波，以方波的输出与否来判定MCU是否损坏。将一阶动态安全输出电路引入本发明方法，利用其能够安全输出固定电平的特性控制快速开关器件以达到控制复位信号安全输出电路中复位用I/O口是否接入电子设备的目的，以此达到复位信号的安全输出。
当复位信号安全输出电路中的MCU正常工作时不间断发送方波进入一阶动态安全输出电路致使一阶动态安全输出电路会输出高电平。当复位信号安全输出电路中的MCU损坏时由于没有方波输入一阶动态安全输出电路致使一阶动态安全输出电路输出低电平。当一阶动态安全输出电路输出高电平时，与一阶动态安全输出电路输出端连接的快速开关器件开始动作使快速开关器件输出端的两个接点由断开转为闭合。由于这两个接点一个连接MCU中控制电子设备复位与否的I/O口，一个连接电子设备的复位端口，两个接点闭合后MCU中控制电子设备复位与否的I/O口随之也接入了电子设备的复位端口。这时复位信号安全输出电路中MCU上复位用的I/O口就可输出相应电平信号控制电子设备复位与否。
当一阶动态安全输出电路输出低电平时，与一阶动态安全输出电路输出端连接的快速开关器件无法动作致使快速开关器件输出端的两个接点依然保持断开，此时连接电子设备复位端口不受复位信号安全输出电路中MCU上控制电子设备复位与否的I/O口的控制，同时由于连接电子设备复位端口的快速开关器件的输出接点通过一个电阻被限制在一个固定的电平（该电平逻辑状态与被控电子设备复位电平逻辑状态相反），因此复位信号安全输出电路中的MCU损坏时复位信号安全输出电路能输出固定电平并且该固定电平不会导致电子设备复位。

Claims (1)

1.一种复位信号安全输出电路，其特征在于：包括一阶动态安全输出电路、快速开关器件以及控制单元，其中控制单元的生命信号输入端与被控电子设备的生命信号端口相连，控制单元产生方波的I/O接口经一阶动态安全输出电路与快速开关器件的输入端连接，快速开关器件的第一输出端与被控电子设备的复位端口相连；
快速开关器件包括MOSFET光电耦合器和上拉电阻，其中MOSFET光电耦合器中的输入端正极与一阶动态安全输出电路输出端的第六电阻R6连接，快速开关器件的输入端负极接地，MOSFET光电耦合器的第一输出端与被控电子设备的复位端口连接，同时通过上拉电阻接至固定电平；MOSFET光电耦合器的第二输出端接至控制单元的控制电子设备复位的I/O口；
上述电路通过以下步骤实现其功能：
1）将复位信号安全输出电路与被控电子设备进行连接；
2）复位信号安全输出电路开始工作，使复位信号安全输出电路中控制单元MCU的一个I/O口不间断发送占空比为50%的方波，并将占空比为50%的方波接入一阶动态安全输出电路的输入端；
3）判断复位信号安全输出电路中一阶动态安全输出电路的输出端是否为高电平信号；
4）如果一阶动态安全输出电路输出高电平信号，则快速开关器件输出端的两个引脚闭合，此时被控电子设备复位引脚的电平逻辑状态由复位信号安全输出电路中用于控制电子设备复位与否的I/O口的电平逻辑状态进行控制；
5）一次输出过程结束；
步骤4）中，如果一阶动态安全输出电路输出低电平信号，则快速开关器件输出端的两个引脚断开，与被控电子设备复位端相连的快速开关器件的输出端引脚被保持在固定电平，即复位信号安全输出电路输出固定电平到被控电子设备的复位端口，一次输出过程结束；
所述电平逻辑状态与被控电子设备复位电平逻辑状态相反。
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