DE3332383A1

DE3332383A1 - Schaltungsanordnung zur ueberwachung eines programmlaufs eines mikroprozessors

Info

Publication number: DE3332383A1
Application number: DE19833332383
Authority: DE
Inventors: Ulrich Dipl.-Ing. 6370 Oberursel Brüggemann
Original assignee: Mannesmann VDO AG
Current assignee: Mannesmann VDO AG
Priority date: 1983-09-08
Filing date: 1983-09-08
Publication date: 1985-03-28
Also published as: DE3332383C2

Description

17- August 1983 Schaltungsanordnung zur Überwachung des Programm-

laufs eines Mikroprozessors

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Überwachung des Programmlaufs eines Mikroprozessors nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Solche Mikroprozessoren werden u.a. in der Steuer- und Regelungstechnik, aber neuerdings auch in Kombinationsinstrumenten für Fahrzeuge eingesetzt. In solchen Mikroprozessoren läuft aas Programm in der Regel wie folgt, ab: Nach dem Einschalten einer Versorgungsspannung wird der Mikroprozessor durch eine Rücksetzschaltungsanordnung in eine Ausgangsstellung gebracht, aus der das Programm geordnet anlaufen kann. Zunächst läuft ein Grundprogramm ab, auf das ein schleifenförmiges Hauptprogramm folgt. Das Hauptprogramm ist ausserdem in der Regel mit Verzweigungen und Unterprogrammen aufgebaut. Durch Störsignale und aus anderen Gründen kann jedoch der ordnungsgemässe Programmablauf gestört sein, so dass der Mikroprozessor beginnt, immer nur in einer Schleife zu arbeiten und nicht auf die nächste Schleife überzugehen.

Deswegen ist es erwünscht, mit Überwachungsschaltungsanordnungen zu kontrollieren, dass das Programm ungestört abläuft. Dazu werden von dem Mikroprozessor während des zyklischen Programmlaufs abgegebene Impulse oder Impulsfolgen in einer

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Überwachungsschaltungsanordnung ausgewertet. Beim Ausbleiben eines dieser Impulse über ein vorgegebenes maximales Zeitintervall wird erkannt, dass der Programmlauf gestört ist. Es kann dann durch eine Rücksetz-Schaltungsanordnung der Mikroprozessor in seinen Ursprungszustand zurückgesetzt werden und erneut anlaufen.

Eine Rücksetz-Schaltungsanordnung, die nach dem Stand der Technik aufgebaut ist, weist im wesentlichen eine Widerstands-Kondensator-Kombination auf, mit der ein genügend langer ! Rücksetzimpuls beim Einschalten der Versorgungsspannung er- j zeugt wird. J

Generell gehört es zum Stand der Technik, die maximal vorgegebenen, sich zyklisch wiederholenden Zeitintervalle und die Rücksetzimpulse vorbestimmter Dauer von beispielsweise 50 bis 100 msec durch zeitbestimmende erste Mittel und zeitbestimmende zweite Mittel zu definieren. In hierzu vorgesehenen Komparatoren wird eine vorzugsweise linear ansteigende Spannung mit einer Gleichspannung verglichen, und es wird ein Signal ausgelöst, wenn die zeitlich ansteigende Spannung die Gleichspannung erreicht. Dieses Signal kann der Beginn ! des Rücksetzimpulses sein, wenn während eines zu langen j Zeitintervalls kein Mikroprozessorimpuls erschienen ist. j Somit wird mit dem ersten mit einem Komparator aufgebauten ι Zeitglied die Zeit des schleifenförmigen Programmdurchlaufs überwacht, bis zu der spätestens wieder ein Mikroprozessorimpuls in die Überwachungsschaltung einläuft. Mit dem zweiten ebenfalls mit einem Komparator aufgebauten Zeitglied wird die Länge des Rücksetzimpulses bestimmt. - Wenn ausserdem die Betriebsspannung der Überwachungsschaltungsanordnung überwacht werden soll, wird hierzu ein dritter Komparator verwendet.

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Solche Schaltungsanordnungen sind insbesondere wegen der vorzusehenden beiden Zeitglieder mit zwei Komparatoren aufwendig. ■ » .

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Schaltungsanordnung zur Überwachung des Programmlaufs eines Mikroprozessors der eingangs genannten Gattung zu schaffen, bei der dieser Aufwand herabgesetzt ist.

Diese Aufgabe wird durch die in dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebene Erfindung gelöst.

Erfindungsgemäss ist für die Bestimmung des Zeitintervalles zwischen zwei bei ordnungsgemässer Funktion des Mikroprozessors auftretenden Mikroprozessorimpulsen und zur Zeitbestimmung eines im andern Fall an den Mikroprozessor abzugebenden J Rücksetzimpulses nur ein zeitbestimmender Kondensator vorge- ! sehen. Dieser kann daher eine relativ hohe Kapazität bei j grosser Genauigkeit bei gegebenem Gesamtaufwand für die j Schaltungsanordnung aufweisen. Der zeitbestimmende Kondensator wird durch eine - bei fehlenden Mikroprozessorimpulsen astabil arbeitende - Kippstufe in jeder der beiden möglichen Kipplagen mit einem zeitbestimmenden Widerstand geladen bzw. entladen. Die Widerstände sind so bemessen, dass sie „zusam- j

men mit der Kapazität des Kondensators das Zeitintervall zwischen zwei bei ordnungsgemässer Mikroprozessorfunktion auftretenden Mikroprozessorimpulsen oder die Dauer des andenfalls abzugebenden Rücksetzimpulses bestimmen. Die astabile Kippstufe kann durch jeweils einen Mikroprozessorimpuls auf den Schaltzustand zu Beginn einer Impulspause eingestellt werden, die das maximal zulässige Zeitintervall zwischen zwei bei ordnungsgemässer Mikroprozessorfunktion auftretenden Mikroprozessorimpulsen markiert.

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Der Gesamtaufwand für die Überwachungsschaltungsanordnung ist bei einem Aufbau gemäss Anspruch 2 besonders gering. Die astabile Kippstufe ist dabei im wesentlichen durch einen Schmitt-Trigger gebildet, in dessen Gegenkopplungszweig zwei stromrichtungsabhangige Gegenkopplungswiderstände vorgesehen sind. Diese können besonders wenig aufwendig durch eine Reihenschaltung eines relativ niederohmigen Widerstands mit einer Diode und der Parallelschaltung eines verhältnismässig hochohmigen Widerstands zu dieser Reihenschaltung realisiert werden. In einer Kipplage der astabilen Kippstufe bestimmt dann der relativ niederohmige Widerstand zusammen mit dem gemeinsamen zeitbestimmenden Kondensator an einem Pol der Bestriebsspannung den Umschaltzeitpunkt, während in der anderen Kipplage die Diode sperrt und nur der relativ hochohmige Widerstand in dem Kondensatorkreis wirksam wird. Diese Kippstufe wird durch einen zweiten Schmitt-Trigger, dessen Ausgang an den Eingang des genannten ersten Schmitt-Triggers gekoppelt ist, bei Auftreten jeweils eines Mikroprozessorimpulses in einen Anfangszustand zurückgestellt, in dem der zeitbestimmende Kondensator über den zweiten Schmitt-Trigger und eine Diode rasch aufgeladen wird.

Zur zusätzlichen Überwachung der Betriebsspannung kann an den ersten Schmitt-Trigger in besonders vorteilhafter Weise ein dritter Schmitt-Trigger angekoppelt werden, der von der Betriebsspannung gesteuert wird. Dieser dritte Schmitt-Trigger bewirkt bei einem Einbruch der Betriebsspannung eine rasche Entladung des einzigen zeitbestimmenden Kondensators . an dem Steuereingang des ersten Schmitt-Triggers, so dass dieser ein Rücksetzdauersignal abgibt. Damit ist die Überwachung der Betriebsspannung mit der Überwachung des Programmlaufs des Mikroprozessors kombiniert.

Die Weiterbildung der Schaltungsanordnung nach Anspruch 4 soll bei bestimmten Logik-Schaltelementen verhindern, dass

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bei einem Spannungseinbruch und auftretenden Mikroprüsessorimpulsen die Ausgänge des zweiten und dritten Schmitt-Triggers kurzgeschlossen werden.

Wenn eine Spannungsstabilisierung bzw. Spannungsregelung der Betriebsspannung vorgesehen ist, wird mit dem dritten Schmitt-Trigger die ungeregelte Betriebsspannung kontrolliert. Zur.zusätzlichen Überwachung der geregelten oder stabilisierten Betriebsspannung kann in Kombination mit dem zeitbestimmenden Kondensator und dem ersten Schmitt-Trigger die überwachung durch eine einzige zusätzliche Diode erfolgen, die in dem Kondensatorkreis, wie in Anspruch 5 angegeben, angeordnet ist.

Die erfindungsgemässe Schaltungsanordnung mit sämtlichen Weiterbildungen wird besonders vorteilhaft mit CMOS-Bauelementen aufgebaut.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer Zeichnung mit zwei Figuren erläutert, in der zeigen:

Fig. 1 ein Schaltbild der Schaltungsanordnung zur Überwachung des Programmlaufs eines Mikroprozessors und Fig. 2 Zeitdiagramme charakteristischer Spannungsverläufe.

in Figur 1 ist mit 1 ein zu überwachender Mikroprozessor angedeutet, der insbesondere zu einem nicht dargestellten Kraftfahrzeug-Kombinationsinstrument gehören kann. Der Mikroprozessor weist eine Klemme 2 zur Einspeisung einer stabilisierten Betriebsspannung auf, eine Klemme 3 zur Einspeisung eines Rücksetzimpulses, mit dem der Mikroprozessor im Falle einer Programmstörung zurückgestellt werden kann, sowie eine Klemme 4, an denen bei ungestörtem Programmlauf in dem Mikroprozessor Mikroprozessorimpulse anstehen. Diese Klemmen sind zum Anschluss an entsprechende Klemmen 2¹, 3¹ und 4¹

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ej-ner Überwachungsschaltungsanordnung vorgesehen, mit denen die stabilisierte Betriebsspannung abgegeben wird, im Störungsfalle ein Rücksetzimpuls in den Mikroprozessor eingespeist wird und die Mikroprozessor impulse übertragen werden,· um den ordnungsgemässen Programmlauf zu kontrollieren.

Kernstück der Überwachungsschaltungsanordnung ist ein einziger zeitbestimmender Kondensator 5, der einerseits mit der +5 V-Leitung 6 der geregelten Betriebsspannung und über eine Diode 7 mit Masse verbunden ist. Die Diode 7 ist so gepolt, dass der Kondensator 5 bei einem Einbruch der geregelten Betriebsspannung auf der Leitung 6 kurzzeitig entladen wird.

In diesem und anderen Störungsfällen wird ein Rücksetzsignal an den Anschluss 3" abgegeben, und zwar durch einen ersten Schmitt-Trigger 8, dessen Eingang 9 an den zeitbestimmenden Kondensator.5 angeschlossen ist.

In einem Gegenkopplungszweig zwischen dem Eingang 9 und einen Ausgang 10 des Schmitt-Triggers liegt die Reihenschaltung einer Diode 11 mit einem zeitbestimmenden relativ niederohmigen Widerstand 12. Die Diode 11 ist so gepolt, dass der Kondensator 5 bei niedrigem Ausgangspegel des Schmitt-Triggers 8 - Low Signal - aufgeladen wird. Parallel zu der Reihenschaltung der Diode und des Widerstands 12 liegt in einem Gegenkopplungszweig ein zweiter zeitbestimmender Widerstand 13. Der zweite zeitbestimmende Widerstand ist gegenüber dem ersten zeitbestimmenden Widerstand 12 verhältnismässig hochohmig. Über ihn wird der Kondensator 5 entladen, wenn das Ausgangspotential an dem Ausgang 10 hoch

Es werden also mit dem Kondensator 5 zwei Zeitkonstanten gebildet, und zwar mit dem relativ hochohmigen Widerstand

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das relativ lange Zeitintervall, zwischen denen bei ordnungsgemässer Mikroprozessorfunktion Mikroprozessorimpulse auftreten sollen, und mit dem verhältnismässig niederohmigen Widerstand 12 eine gegenüber dem genannten Intervall relativ kurze Zeitdauer eines Rücksetzimpulses.

Der Schmitt-Trigger 8 mit den Gegenkopplungselementen 11-13 und dem Kondensator 5 wirkt - wie noch gezeigt wird - wie ein astabiler Multivibrator und schwingt,solange keine Mikroprozessorimpulse an dem Anschluss 4¹ auftreten.

Die Mikroprozessorimpulse werden über einen Koppelkondensator 14 in einen zweiten Schmitt-Trigger 15' eingespeist. Der Ausgang des zweiten Schmitt-Triggers steht über eine weitere Diode 16 mit dem Eingang 9 des ersten .Schmitt-Triggers und dem Kondensator 5 in Verbindung. Die Diode 16 ist so gepolt, dass deren Kondensator 5 über sie kurzzeitig aufgeladen wird, wenn ein positiver Mikroprozessorimpuls auftritt.(Sämtliche Schmitt-Trigger wirken invertierend.)

Mit dem zweiten Schmitt-Trigger wird also der erste Schmitt-Trigger in einen bestimmten Zustand bei Auftreten eines j positiven Mikroprozessorimpulses getriggert, der den Beginn des vorbestimmten Zeitintervalls markiert, in dem bei ordnungsgernässer Mikroprozessorfunktion der nächste Mikroprozessorimpuls auftreten soll.

Ebenso wie die Diode 7 gehören die folgenden Elemente zur Stromversorgung der Schaltungsanordnung und des Mikroprozessors sowie zur Überwachung der ordnungsgemässen Betriebsspannung:

Die Betriebsspannung, insbesondere die Bordspannung eines Kraftfahrzeugs liegt an den Klemmen 15 und 31. Sie wird mit

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einem Stabilisator 17 zwischen der Klemme 15 und einer Leitung 6 spannungsgeregelt. Ein Kondensator 18 dient als Eingangsschutz und ein weiterer Kondensator 19 ist als Siebmittel vorgesehen.

Die ungeregelte Betriebsspannung an der Klemme 15 wird durch einen dritten Schmitt-Trigger 20 kontrolliert. Sein Eingang liegt über einer Schutzdiode 21, einer die Spannung herabsetzenden Zenerdiode 22, zu der ein kleiner Widerstand 23 gehört, und einem Vorwiderstand 24 an der ungeregelten Betriebsspannung. Störimpulse werden mit dem Kondensator 25 unterdrückt. Der Ausgang des dritten Schmitt-Triggers ist über eine derart gepolte Diode 26 mit dem zeitbestimmenden Kondensator 5 und dem Eingang 9 des ersten Schmitt-Triggers verbunden, dass der Kondensator 5 entladen wird, wenn die Betriebsspannung an der Klemme 15 zu niedrig ist und der Ausgang des dritten invertierenden Schmitt-Triggers 20 ein hohes Potential annimmt. Dabei wird durch den ersten Schmitt-Trigger ein Rücksetzdauersignal erzeugt.

Bei Anlegen einer Spannung an die Klemme 15 im normalen Spannungsbereich liegt an dem Kondensator 5 und an dem Eingang 9 des ersten Schmitt-Triggers 8 das geregelte positive Betriebsspannungspotential, siehe Kondensatorspannung U | zum Zeitpunkt t, in Figur 2. Da der Ausgang 10 des inver- j tierten Schmitt-Triggers in diesem Fall niedriges Potential hat, wird der Kondensator 5 über die Diode 11 und den zeitbestimmenden Widerstand 12 bis zum Zeitpunkt t₂ aufgeladen. Hier erreicht das Potential an dem Eingang 9 die untere Triggerschwelle, die in Figur 2 mit einem unterbrochenen Strich dargestellt ist. Zwischen t, und t~ liegt an dem Anschluss 3¹ ein Rücksetzimpuls, der durch niedriges Potential gekennzeichnet ist (Low). Ab dem Zeitpunkt t~ ist der Rücksetzimpuls beendet,und der Kondensator 5 wird über den

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zweiten zeitbestimmenden Widerstand 13 entladen, da der Ausgang 10 auf hohem Potential liegt. Dieser Vorgang dauert wenn kein Mikroprozessorimpuls an dem Anschluss 4¹ auftritt so lange, bis die obere'Triggerschwelle, die ebenfalls durch eine unterbrochene Linie dargestellt ist, zum Zeitpunkt t_?

erreicht ist. Das Intervall zwischen t_? und t~ gibt die Zeitdauer an, in der bei ordnungsgemässen Programmlauf in dem Mikroprozessor ein Mikroprozessorimpuls auftreten sollte. Ist dies nicht der Fall, weil eine Störung vorliegt, so schaltet der Schmitt-Trigger 8 bei Erreichen der oberen TriggerschwelIe selbsttätig um, so dass sein Ausgangspotentia] absinkt und den Beginn eines Rücksetzimpulses markiert, um den Mikroprozessor in eine geeignete Ausgangsstellung zu bringen. Zugleich erfolgt wieder das.Aufladen des Kondensator; 5 über die Diode 11 und den Widerstand 12, der somit die Zeitdauer des Rücksetzimpulses bis zu dem Zeitpunkt t. bestimmt.

Unabhängig von der Darstellung der Zeichnung ist das Intervall zwischen zwei - bei fehlenden Mikroprozessorimpulsen zyklisch auftretenden Rücksetzimpulsen typisch 20mal langer als die Dauer des Rücksetzimpulses.

Tritt bei ordnungsgemässer Funktion des Mikroprozessors in dem Intervall vorbestimmter Zeitdauer, beispielsweise zwisehen den Zeitpunkten t„ und t^ein positiver Mikroprozessorimpuls auf, so wird der zeitbestimmende Kondensator 5 praktisch sofort über den Bahnwiderstand des als CMOS-Gatter ausgeführten Schmitt-Triggers aufgeladen, indem der Kondensator an Masse geschaltet wird. Dies bedeutet, dass damit das Zeitintervall beispielsweise bei t₂ beginnt, in dem bei ordnungsgemässer Funktion des Mikroprozessors wiederum ein Mikroprozessorimpuls auftreten muss, damit kein Rücksetzimpuls abgegeben wird.

5 Die beschriebenen Funktionen der Überwachung der unstabilisierten Betriebsspannung an der Klemme 15 und der stabilisierten Betriebsspannung auf der Leitung 6 werden den beschriebenen Funktionen zur Überwachung des Programmablaufs so überlagert, dass bei Spannungsstörungen ein Dauerrücn-

io setzsingnal erzeugt wird, das während der Dauer der Störung anhält.

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Claims

VDO Adolf Schindling AG Gräfstraße 103

. „ 6000 Frankfurt/Main

333T383

G-R Sch-do / 1728 17. August 1983 Patentansprüche

Schaltungsanordnung zur Überwachung des Programmlaufs eines Mikroprozessors, der bei ordnungsgemässem Programmlauf Mikroprozessorimpulse in maximal vorgegebenen sich

¹⁰' zyklisch wiederholenden Zeitintervallen abgibt und der durch einen Rücksetz-Impuls vorbestimmter Dauer rücksetzbar ist, mit zeitbestimmenden, auf ein maximales Zeitintervall eingestellten ersten Mitteln zur Überwachung der abgegebenen Impulse und mit zeitbestimmenden zweiten Mitteln zur Abgabe eines Rücksetz-Impulses, wenn kein Mikroprozessorimpuls in dem maximalen Zeitintervall auftritt, dadurch gekennzeichnet, dass als zeitbestirnmende erste und zweite Mittel eine gemeinsame astabile Kippstufe (5, 8-13) vorgesehen ist, die in Verbindung mit einem.gemeinsamen zeitbestimmenden Kondensator (5) und in zwei Kipplagen unterschiedlich zeitbestimmenden Widerständen (12 bzw. 13) zur Erzeugung der vorbestimmt langen Rücksetzimpulse mit Impulspausen gleich den vorgegebenen Zeitintervallen eingerichtet ist und dass die astabile Kippstufe jeweils durch einen Mikroprozessorimpuls (an 4') auf den Zustand zu Beginn einer Rücksetz-Impulspause triggerbar ist.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, 30. dadurch gekennzeichnet,

dass als astabile Kippstufe ein erster Schmitt-Trigger j (8) mit zwei stromrxchtungsabhangigen Gegenkopplungswiderständen (12 bzw. 13) vorgesehen ist, dessen Eingang über den gemeinsamen zeitbestimmenden Kondensator (5) an einen Pol der Betriebsspannung (Leitung 6) gelegt ist_r dass an dem Eingang (9) des ersten Schmitt-Triggers (8) der Ausgang eines zweiten Schmitt-Triggers (15') über eine Diode (16) angekoppelt ist, dessen dynamischer

Eingang (Kondensator 14) mit den Mikroprozessorimpulsen beaufschlagt wird.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch. 2, dadurch gekennzeichnet,

dass an den Eingang (9) des ersten Schmitt-Triggers (8) der Ausgang eines dritten von der Betriebsspannung (Klemme 15) gesteuerten Schmitt-Triggers (20) über eine Diode (26) in dem Sinne angekoppelt ist_r dass bei einer Absenkung der Betriebsspannung der erste Schmitt-Trigger

(8) auf den Zustand zur Abgabe eines Rücksetz-Dauersignals eingestellt wird.
4. Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass ausser einem Steuereingang des dritten Schmitt-Triggers (20) zusätzlich ein Steuereingang des zweiten j Schmitt-Triggers (15¹) mit der Betriebsspannung gesteuert j ! wird, derart, dass bei einem Absenken der Betriebsspan- j nung die Ausgänge des zweiten und dritten Schmitt-Triggers nicht kurzgeschlossen werden.
5. Schaltungsanordnung mit einem mit der ungeregelten Be-

triebsspannung gespeisten Stabilisator, der mit einer stabilisierten Betriebsspannung die zeitbestimmenden ersten und zweiten Mittel speist, nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Steuereingang des dritten Schmitt-Triggers (20) mit der ungeregelten Betriebsspannung (Klemme 15) gesteuert wird, dass die übrige Schaltungsanordnung einschliesslieh des gemeinsamen zeitbestimmenden Kondensators (5) mit der stabilisierten Betriebsspannung (Leitung 6) gespeist werden und dass der zeitbestimmende Kondensator (5)

5 über eine derart gepolte Diode (7) mit einem Pol (Klemme 31) der stabilisierten Betriebsspannung (7) verbunden ist dass an dem Kondensator bei einem Einbruch der stabilisierten Betriebsspannung ein ein Rücksetz signal steuernder Ladezustand entsteht.

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