硬件看门狗电路及其嵌入式系统.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201911344221.X (22)申请日 2019.12.24 (71)申请人 博为科技有限公司 地址 314400 浙江省嘉兴市海宁市海宁经 济开发区谷水路306号2幢201室 (72)发明人 李汝虎陈跃张旭萍蔡舒宏 (74)专利代理机构 北京众达德权知识产权代理 有限公司 11570 代理人 刘杰 (51)Int.Cl. G06F 11/07(2006.01) G06F 1/24(2006.01) (54)发明名称 一种硬件看门狗电路及其嵌入式系统 (57)摘要 本发明提。

2、供了一种硬件看门狗电路及其嵌 入式系统， 硬件看门狗电路包括分立器件组合电 路和看门狗芯片； 分立器件组合电路连接微控制 器， 用于在系统上电期间输出高阻状态， 在系统 工作期间将所述微控制器产生的喂狗信号传输 给所述看门狗芯片； 看门狗芯片连接所述分立器 件组合电路， 用于接收所述喂狗信号， 并在喂狗 信号异常时向所述微控制器发送复位信号。 解决 现有技术中看门狗电路需配合三态门缓冲器使 用， 存在成本高的技术问题。 达到使用成本低廉 的分立器件组合电路实现三态门缓冲器的作用， 巧妙利用分立器件组合电路的开关管特性， 避免 在系统刚上电中信号滞后造成的复位现象， 保证 了看门狗电路的正常使用。

3、， 并使看门狗电路成本 大幅降低的技术效果。 权利要求书1页 说明书6页 附图2页 CN 110825551 A 2020.02.21 CN 110825551 A 1.一种硬件看门狗电路， 其特征在于， 所述硬件看门狗电路包括分立器件组合电路和 看门狗芯片； 所述分立器件组合电路连接微控制器， 用于在系统上电期间输出高阻状态， 在系统工 作期间将所述微控制器产生的喂狗信号传输给所述看门狗芯片； 所述看门狗芯片连接所述分立器件组合电路， 用于接收所述喂狗信号， 并在所述喂狗 信号异常时向所述微控制器发送复位信号。 2.如权利要求1所述的硬件看门狗电路， 其特征在于， 所述分立器件组合电路电路包。

4、括 第一电阻和NPN三级管； 所述第一电阻的一端用于接收所述喂狗信号的使能信号， 所述第一电阻的另一端连接 所述NPN三级管的基极， 所述NPN三级管的发射极用于接收所述喂狗信号， 所述NPN三级管的 集电极作为所述分立器件组合电路的输出端。 3.如权利要求2所述的硬件看门狗电路， 其特征在于， 所述分立器件组合电路还包括第 二电阻； 所述第二电阻的一端连接所述第一电阻的一端， 所述第二电阻的另一端接地。 4.如权利要求2所述的硬件看门狗电路， 其特征在于， 所述第一电阻的阻值不大于10k 。 5.如权利要求1所述的硬件看门狗电路， 其特征在于， 所述喂狗信号为周期性的方波信 号。 6.如权利。

5、要求1所述的硬件看门狗电路， 其特征在于， 所述看门狗芯片包括WDI管脚和 复位端； 所述WDI管脚连接所述分立器件组合电路的输出端， 用于接收所述喂狗信号； 所述复位端连接所述微控制器， 用于发送所述复位信号。 7.一种嵌入式系统， 其特征在于， 包括微控制器以及权利要求1至6任一项所述的硬件 看门狗电路。 权利要求书 1/1 页 2 CN 110825551 A 2 一种硬件看门狗电路及其嵌入式系统 技术领域 0001 本发明涉及嵌入式应用系统技术领域， 尤其涉及一种硬件看门狗电路及其嵌入式 系统。 背景技术 0002 在嵌入式系统应用过程中,系统由于自身原因故障或来自外部干扰,存在一定的。

6、 程序跑飞卡死的概率,从而造成系统的当机,发生无法预估的损失,此时就需要系统能够自 动纠错,重启系统,看门狗电路正是基于此需求而产生的。 0003 看门狗电路的主要工作原理是这样的,看门狗芯片的WDI管脚与系统微控制器的 一个I/O相连,当系统处于正常工作的期间,此I/O口输出一个周期性的系统信号给看门狗 芯片,一旦系统发生异常,该周期性的信号随之异常或消失,此时看门狗芯片由于无法侦测 到该信号的正常输入,便会输出一个复位信号给系统微控制器,从而让系统重启,最终恢复 正常,系统微控制器从刚上电开机到完成输出周期性的喂狗信号WDI,这个过程需要一定的 时间,在此过程中为了避免看门狗芯片复位系统,。

7、需要让看门狗芯片的WDI管脚处于高阻 态,为了实现此行为,传统的看门狗芯片的周边配套电路中一般都会使用到一颗三态门缓 冲器,比如74LVC1G126GW， 但是一颗三态门缓冲器成本相对比较高， 如何降低成本无疑会提 高产品竞争力。 0004 本发明申请人发现现有技术至少存在如下技术问题： 0005 现有技术中看门狗电路需配合三态门缓冲器使用， 存在成本高的技术问题。 发明内容 0006 本发明实施例提供了一种硬件看门狗电路， 解决了现有技术中看门狗电路需配合 三态门缓冲器使用， 存在成本高的技术问题。 0007 鉴于上述问题， 第一方面， 本发明实施例提供了一种硬件看门狗电路， 所述硬件看 门。

8、狗电路包括分立器件组合电路和看门狗芯片； 所述分立器件组合电路连接微控制器， 用 于在系统上电期间输出高阻状态， 在系统工作期间将所述微控制器产生的喂狗信号传输给 所述看门狗芯片； 所述看门狗芯片连接所述分立器件组合电路， 用于接收所述喂狗信号， 并 在所述喂狗信号异常时向所述微控制器发送复位信号。 0008 分立器件组合电路分立器件组合电路分立器件组合电路 0009 优选的， 所述分立器件组合电路电路包括： 第一电阻和NPN三级管； 0010 所述第一电阻的一端用于接收所述喂狗信号的使能信号， 所述第一电阻的另一端 连接所述NPN三级管的基极， 所述NPN三级管的发射极用于接收所述喂狗信号，。

9、 所述NPN三级 管的集电极作为所述分立器件组合电路的输出端。 0011 优选的， 所述分立器件组合电路还包括第二电阻； 所述第二电阻的一端连接所述 第一电阻的一端， 所述第二电阻的另一端接地。 0012 优选的， 所述第一电阻不大于10k。 说明书 1/6 页 3 CN 110825551 A 3 0013 优选的， 所述喂狗信号为周期性的方波信号。 0014 优选的， 所述看门狗芯片包括WDI管脚和复位端； 所述WDI管脚连接所述分立器件 组合电路的输出端， 用于接收所述喂狗信号； 所述复位端连接所述微控制器， 用于发送所述 复位信号。 0015 第二方面， 本发明实施例提供了一种嵌入式系。

10、统， 包括微控制器以及所述的硬件 看门狗电路。 0016 本申请实施例中的上述一个或多个技术方案， 至少具有如下一种或多种技术效 果： 0017 在本发明实施例提供的一种硬件看门狗电路， 所述硬件看门狗电路包括分立器件 组合电路、 看门狗芯片， 分立器件组合电路连接微控制器， 当系统在上电期间， 即未产生使 能信号前， 输出高阻状态， 阻断看门狗功能， 当使能信号产生后， 接通与看门狗芯片的连接， 将微控制器产生的喂狗信号通过分立器件组合电路传输给看门狗芯片看门狗芯片根据接 收到喂狗信号确定是否需要产生复位信号， 当看门狗芯片未接收到系统信号， 便发送复位 信号给系统微控制器， 强行对系统进行。

11、复位重启， 以避免系统故障造成的系统当机， 保证系 统的正常运行， 通过分立器件组合电路的开关管特性， 有效避免因刚开机时系统微控制器 信号滞后而造成的复位情况， 保证系统的正常运行， 同时利用分立器件组合电路成本低廉 的特点， 大幅降低看门狗电路的成本， 取代传统看门狗电路中成本较高的三态门缓冲器， 在 保证功能实现的前提下有效降低成本， 从而解决了现有技术中看门狗电路需配合三态门缓 冲器使用， 存在成本高的技术问题。 0018 上述说明仅是本发明技术方案的概述， 为了能够更清楚了解本发明的技术手段， 而可依照说明书的内容予以实施， 并且为了让本发明的上述和其它目的、 特征和优点能够 更明显。

12、易懂， 以下特举本发明的具体实施方式。 附图说明 0019 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案， 下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍， 显而易见地， 下面描述中的附图是本发 明的一些实施例， 对于本领域普通技术人员来讲， 在不付出创造性劳动的前提下， 还可以根 据这些附图获得其他的附图。 0020 图1为本发明实施例的一种硬件看门狗电路的结构示意图； 0021 图2为本发明实施例中传统看门狗电路的结构示意图； 0022 图3为本发明实施例中来自系统微控制器的喂狗信号示意图； 0023 图4为本发明实施例中看门狗芯片接收的喂狗信号示意图。 0024 附。

13、图标记说明： 看门狗芯片U1， 第一电阻R6， NPN三极管C3， 喂狗信号WDI， 第二电阻 R5， 三态门缓冲器U2。 具体实施方式 0025 本发明实施例提供了一种硬件看门狗电路， 用于解决现有技术中看门狗电路需配 合三态门缓冲器使用， 存在成本高的技术问题。 0026 本发明提供的技术方案总体思路如下： 说明书 2/6 页 4 CN 110825551 A 4 0027 所述硬件看门狗电路包括分立器件组合电路和看门狗芯片； 所述分立器件组合电 路连接微控制器， 用于在系统上电期间输出高阻状态， 在系统工作期间将所述微控制器产 生的喂狗信号传输给所述看门狗芯片； 所述看门狗芯片连接所述分。

14、立器件组合电路， 用于 接收所述喂狗信号， 并在所述喂狗信号异常时向所述微控制器发送复位信号。 达到了使用 成本低廉的分立器件组合电路实现三态门缓冲器的作用， 巧妙利用分立器件组合电路的开 关管特性， 在低电平时处于高阻位态， 避免在系统刚上电中信号滞后造成的复位现象， 保证 了看门狗电路的正常使用， 并使看门狗电路成本大幅降低的技术效果。 0028 应理解， 本发明实施例中， 所述三态门缓冲器(Three-state buffer)， 又称为三态 门、 三态驱动器， 其三态输出受到使能输出端的控制， 当使能输出有效时， 器件实现正常逻 辑状态输出(逻辑0、 逻辑1)， 当使能输入无效时， 输。

15、出处于高阻状态， 即等效于与所连的电 路断开。 0029 应理解， 本发明实施例中， 所述NPN三极管， 由三块半导体构成， 其中两块N型和一 块P型半导体组成， P型半导体在中间， 两块N型半导体在两侧。 三极管是电子电路中最重要 的器件， 它最主要的功能是电流放大和开关作用。 半导体三极管也称为晶体三极管， 可以说 它是电子电路中最重要的器件。 它最主要的功能是电流放大和开关作用。 三极管顾名思义 具有三个电极。 二极管是由一个PN结构成的， 而三极管由两个PN结构成， 共用的一个电极成 为三极管的基极(用字母B表示B取自英文Base， 基本(的)、 基础(的)， 其他的两个电极 分别称为。

16、集电极(用字母C表示C取自英文Collector， 收集)和发射极(用字母E表 示E取自英文Emitter， 发射)。 三极管最基本的作用是放大作用， 它可以把微弱的电信 号变成一定强度的信号， 当然这种转换仍然遵循能量守恒， 它只是把电源的能量转换成信 号的能量。 三极管有一个重要参数就是电流放大系数 。 当三极管的基极上加一个微小的电 流时， 在集电极上可以得到一个是注入电流 倍的电流， 即集电极电流。 集电极电流随基极 电流的变化而变化， 并且基极电流很小的变化可以引起集电极电流很大的变化， 这就是三 极管的放大作用。 0030 应理解， 本发明实施例中， 所述方波信号是指电路系统中信号。

17、的质量， 如果在要求 的时间内， 信号能不失真地从源端传送到接收端， 我们就称该信号是方波信号。 0031 为使本发明实施例的目的、 技术方案和优点更加清楚， 下面将结合本发明实施例 中的附图， 对本发明实施例中的技术方案进行清楚、 完整地描述， 显然， 所描述的实施例是 本发明一部分实施例， 而不是全部的实施例。 基于本发明中的实施例， 本领域普通技术人员 在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例， 都属于本发明保护的范围。 0032 实施例一 0033 图1为本发明实施例的一种硬件看门狗电路的结构示意图， 请参考图1， 本发明实 施例提供的一种硬件看门狗电路， 所述硬件看门狗电路包。

18、括： 分立器件组合电路、 看门狗芯 片U1。 0034 所述分立器件组合电路连接微控制器， 用于在系统上电期间输出高阻状态， 在系 统工作期间将所述微控制器产生的喂狗信号WDI传输给所述看门狗芯片； 0035 所述看门狗芯片U1连接所述分立器件组合电路， 用于接收所述喂狗信号WDI， 并在 所述喂狗信号WDI异常时向所述微控制器发送复位信号。 具体而言， 当系统微控制器上电开 机后， 会间隔一定时间后才发射使能信号， 当未发射使能信号前， 分立器件组合电路具有保 说明书 3/6 页 5 CN 110825551 A 5 持高阻态的特性， 此时停止看门狗功能， 避免因没有接收到信号而出现复位情况。

19、， 直到系统 微控制器发送使能信号， 分立器件组合电路与系统微控制器连接， 接收到使能信号后， 开启 看门狗功能， 将系统发送的喂狗信号WDI发送给看门狗芯片U1， 看门狗芯片U1根据接收到的 喂狗信号WDI情况判断是否需要复位， 即看门狗芯片U1持续接收到喂狗信号WDI则保持系统 正常工作， 一旦系统发生异常， 喂狗WDI信号出现异常或者消失时， 看门狗芯片U1由于无法 侦测到喂狗信号WDI的正常输入会输出一个复位信号给系统微控制器， 从而让系统重启， 最 终恢复正常， 本发明实施例利用分立器件组合电路取代了传统电路中的三态门缓冲器U2， 请参考图2传统看门狗电路结构示意图， 其中分立元器件。

20、是指像电阻、 电容、 二极管、 三极管 等独立的单独功能的元件， 能够有效配合看门狗电路， 保证其正常使用， 避免系统刚上电时 由于信号滞后造成的错误复位操作而影响正常工作， 同时由于分立式元器件成本低廉， 而 三态门缓冲器成本较高， 在保证了看门狗电路的正常使用情况下， 有效降低了成本， 从而解 决了现有技术中看门狗电路需配合三态门缓冲器使用， 存在成本高的技术问题。 0036 进一步的， 所述分立器件组合电路包括第一电阻R6和NPN三级管C3； 所述第一电阻 R6的一端用于接收所述喂狗信号WDI的使能信号， 所述第一电阻R6的另一端连接所述NPN三 级管C3的基极， 所述NPN三级管C3的。

21、发射极用于接收所述喂狗信号WDI， 所述NPN三级管C3的 集电极作为所述分立器件组合电路的输出端。 0037 具体而言， 分立器件组合电路由一颗电阻和一个常规的NPN三极管组成， 利用NPN 三极管开关管特性， 与电阻配合以实现， 第一电阻R6一端与微控制器连接， 接收其发送的使 能信号， 另一端与NPN三极管C3的基极连接， 将使能信号进行传送， NPN三极管的发射极接收 微控制器发出的喂狗信号； NPN三极管的集电极为输出端与看门狗芯片U1连接， 当NPN接收 到使能信号后， 将喂狗信号WDI发送给看门狗芯片U1， 当未有系统的使能信号通过时， NPN三 极管C3处于高阻位， 从而阻断看。

22、门狗功能， 当系统使能信号正常发送时， 系统微控制器将信 号发送给第一电阻R6有正常波形输入， NPN三极管C3将信号进行传送， 开启看门狗功能。 具 体过程为系统微控制器与第一电阻R6连接， 当无系统使能信号WDI_enable输出时， NPN三极 管C3的集电极PIN2处于高阻位， 阻断看门狗功能， 当系统微控制器产生系统喂狗信号WDI发 出时， NPN三极管C3接收到正常脉冲信号， 将接收到的喂狗信号WDI发送给看门狗芯片U1， 看 门狗芯片U1接收到喂狗信号WDI使其正常运行， 当系统出现异常或故障时， 喂狗信号WDI随 之出现异常， 看门狗芯片U1由于接收不到正常的喂狗信号WDI， 。

23、会产生复位信号发送给系统 微控制器， 对系统进行强行复位， 从而避免因系统故障造成系统当机发生， 保证系统的正常 运行。 0038 进一步的， 所述分立器件组合电路还包括第二电阻R5； 所述第二电阻R5的一端连 接所述第一电阻R6的一端， 所述第二电阻R5的另一端接地。 0039 具体而言， 在第一电阻R6与系统微控制器之间设置有第二电阻R5， 通过第二电阻 R5与地线连接， 实现下拉完全截止状态， 保持低电平， 从而保证在系统微控制器未发出使能 信号之前， NPN三极管C3的pin3一直处于高阻态。 0040 进一步的， 所述第一电阻R6不大于10k。 0041 具体而言， 第一电阻R6优选。

24、的不大于10k， 通常选用1k的电阻， 能够保证NPN三 极管电流信号的正常传送。 0042 进一步的， 所述喂狗信号为周期性的方波信号。 说明书 4/6 页 6 CN 110825551 A 6 0043 具体而言， 请参考图1所示， WDI_enable是来自系统微控制器的使能信号,WDI是来 自系统微控制器的喂狗信号,Reset_output是看门狗芯片U1的复位信号(可以去复位系统 微控制器),当系统微控制器刚开始上电开机后,NPN三极管2(Q1的pin3)一直保持高阻态, 从而阻断看门狗功能,避免此刻系统被复位,直到系统微控制器开始输出高电平的使能信 号WDI_enable以及周期性。

25、的喂狗信号WDI， 如图3-4所示， 分别为来自系统微控制器的喂狗 信号(pin2即发射极)、 看门狗芯片接收的喂狗信号(pin3)。 本发明实施例中喂狗信号是高 低电平各持续1s的方波信号,具体持续时间可以根据系统自己进行设定， 当系统一旦发生 当机等故障的时候,此刻微控制器停止输出WDI喂狗信号,从而引发看门狗芯片U1输出低电 平的复位信号Reset_output,微控制器系统被强行复位， 从而解除故障。 0044 进一步的， 所述看门狗芯片U1包括WDI管脚和复位端RESET； 所述WDI管脚连接所述 分立器件组合电路的输出端， 用于接收所述喂狗信号WDI； 所述复位端RESET连接所述。

26、微控 制器， 用于发送所述复位信号。 0045 具体而言， 看门狗芯片U1的WDI管脚与系统微控制器的一个I/O相连,当系统处于 正常工作的期间,此I/O口输出一个周期性的方波信号即喂狗信号通过NPN三极管C3给看门 狗芯片U1,一旦系统发生异常,该周期性的信号随之异常或消失,此时看门狗芯片U1由于无 法侦测到该信号的正常输入,便会通过复位端RESET输出一个复位信号给系统微控制器,强 行让系统重启,最终恢复系统正常运行。 0046 实施例二 0047 本发明实施例的一种嵌入式系统， 包括微控制器以及实施例一中的硬件看门狗电 路， 前述实施例一中的各种变化方式和具体实施例同样适用于本实施例的一。

27、种嵌入式系 统， 通过前述对一种硬件看门狗电路的详细描述， 本领域技术人员可以清楚的知道本实施 例中一种嵌入式系统的实施方法， 为了说明书的简洁， 所以此处不在详述。 0048 本申请实施例中的上述一个或多个技术方案， 至少具有如下一种或多种技术效 果： 0049 在本发明实施例提供的一种硬件看门狗电路， 所述硬件看门狗电路包括分立器件 组合电路、 看门狗芯片， 分立器件组合电路连接微控制器， 当系统在上电期间， 即未产生使 能信号前， 输出高阻状态， 阻断看门狗功能， 当使能信号产生后， 接通与看门狗芯片的连接， 将微控制器产生的喂狗信号通过分立器件组合电路传输给看门狗芯片， 看门狗芯片根据。

28、接 收到喂狗信号确定是否需要产生复位信号， 当看门狗芯片未接收到系统信号， 便发送复位 信号给系统微控制器， 强行对系统进行复位重启， 以避免系统故障造成的系统当机， 保证系 统的正常运行， 通过分立器件组合电路的开关管特性， 有效避免因刚开机时系统微控制器 信号滞后而造成的复位情况， 保证系统的正常运行， 同时利用分立器件组合电路成本低廉 的特点， 大幅降低看门狗电路的成本， 取代传统看门狗电路中成本较高的三态门缓冲器， 在 保证功能实现的前提下有效降低成本， 从而解决了现有技术中看门狗电路需配合三态门缓 冲器使用， 存在成本高的技术问题。 0050 尽管已描述了本发明的优选实施例， 但本领。

29、域内的技术人员一旦得知了基本创造 性概念， 则可对这些实施例做出另外的变更和修改。 所以， 所附权利要求意欲解释为包括优 选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。 0051 显然， 本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种改动和变型而不脱离本发 说明书 5/6 页 7 CN 110825551 A 7 明实施例的精神和范围。 这样， 倘若本发明实施例的这些修改和变型属于本发明权利要求 及其等同技术的范围之内， 则本发明也意图包含这些改动和变型在内。 说明书 6/6 页 8 CN 110825551 A 8 图1 图2 说明书附图 1/2 页 9 CN 110825551 A 9 图3 图4 说明书附图 2/2 页 10 CN 110825551 A 10 。