基于復(fù)雜可編程邏輯器件技術(shù)的看門狗電路設(shè)計(jì)

隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的發(fā)展，帶有各種微處理的現(xiàn)代電子設(shè)備已廣泛應(yīng)用于國民生產(chǎn)的各行各業(yè)中。但隨著設(shè)備功能越來越強(qiáng)大，程序結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，指令代碼越來越長，加之現(xiàn)場工作環(huán)境的干擾，設(shè)備失控，程序“走飛”，各功能模塊“死機(jī)”的概率也同樣成倍地增加。對此，常見的解決方法是在電路設(shè)計(jì)時(shí)放置一片硬件看門狗（Watchdog）電路，其目的是在系統(tǒng)“走死”后能強(qiáng)制系統(tǒng)復(fù)位并返回初始化程序。隨著CPLD器件被廣泛應(yīng)用于各種儀器、儀表設(shè)備的設(shè)計(jì)中，而且CPLD幾乎可模擬任何一種邏輯電路，所以，現(xiàn)在在設(shè)計(jì)時(shí)已完全沒有必要再放置一片獨(dú)立的看門狗器件，而完全可以將硬件看門狗電路整合于CPLD器件中，從而節(jié)省成本，降低系統(tǒng)的設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)。下面具體介紹這種基于CPLD技術(shù)的看門狗電路的設(shè)計(jì)。

2　工作原理

CPLD是英文Complex Programmable LogICDevice的縮寫，中文名稱為復(fù)雜可編程邏輯器件，因其具有工作效率高、內(nèi)部延時(shí)小、可預(yù)測延時(shí)等特點(diǎn)，而被廣泛應(yīng)用于計(jì)數(shù)器、邏輯電路、控制電路和復(fù)雜的狀態(tài)機(jī)等功能的實(shí)現(xiàn)，而看門狗電路的核心就是一個(gè)計(jì)數(shù)定時(shí)電路，所以，利用CPLD特點(diǎn)將能很好地實(shí)現(xiàn)看門狗電路的功能?？撮T狗電路的原理框圖如圖1所示。它在結(jié)構(gòu)上可分為分頻電路、計(jì)數(shù)定時(shí)電路和復(fù)位電路三大部分，其工作方式是將一個(gè)32768Hz的方波時(shí)鐘輸入分頻電路，分頻后的方波再輸入到計(jì)數(shù)定時(shí)電路中進(jìn)行計(jì)數(shù)，同時(shí)與已設(shè)置好的計(jì)數(shù)時(shí)間常數(shù)相比較，當(dāng)CPU在指定的時(shí)間內(nèi)沒有通過改變CS端狀態(tài)來將計(jì)數(shù)定時(shí)器清零，一旦計(jì)數(shù)值與預(yù)先設(shè)定的值相一致，計(jì)數(shù)定時(shí)電路將產(chǎn)生一個(gè)高電平給復(fù)位電路，復(fù)位電路將產(chǎn)生一個(gè)復(fù)位信號給CPU的REST端。例如，對于MCS51系列單片機(jī)來說，將產(chǎn)生一個(gè)大于10ms的高電平以保證CPU可靠地復(fù)位。

復(fù)雜可編程邏輯器件

3　電路設(shè)計(jì)

目前，XILINX公司的可編程器件，因其良好的設(shè)計(jì)平臺、安全的加密方法、完整的產(chǎn)品線，而被廣泛地應(yīng)用于各種產(chǎn)品中。下面，以其產(chǎn)品線中的X95系列CPLD為例，具體介紹看門狗電路的設(shè)計(jì)。

看門狗電路的設(shè)計(jì)

3．1　分頻電路　　
該電路是由圖1中的U1　COUNT5宏單元來完成的，該宏單元的目的是將32768kHz的矩形脈沖通過一個(gè)5位的二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，經(jīng)32級分頻，得到一個(gè)1024Hz的方波，也就是周期約為1ms的方波，其仿真波形如圖2所示。

看門狗電路的設(shè)計(jì)

其中，CLKIN為32762Hz方波信號，CLR為分頻器清零端，TIMECLK為32分頻器的輸出端。由該圖可見，當(dāng)CLR為低電平時(shí)，分頻器工作，CLR為高電平時(shí)，分頻器清零。

3．2　計(jì)數(shù)定時(shí)電路

該電路是看門狗的核心電路，其功能由圖1中的U5　COMP宏單元來完成，該宏單元由一個(gè)8位的二進(jìn)制計(jì)數(shù)器、一個(gè)8位的寄存器和一個(gè)8位的比較器組成。其中8位寄存器的初始值為0FFH，也可通過AD　BUS的8位數(shù)據(jù)口和WR　DOG片選口進(jìn)行置數(shù)。當(dāng)1024Hz方波進(jìn)入8位計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)時(shí)，比較器同時(shí)會(huì)將計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值與寄存器相比較，一旦兩者相等，比較器將產(chǎn)生一個(gè)REST高電平，禁止計(jì)數(shù)脈沖輸入同時(shí)打開復(fù)位電路中的計(jì)數(shù)器。仿真波形如圖3所示。

計(jì)數(shù)定時(shí)電路

　　其中RESTCLKIN為1024Hz基準(zhǔn)時(shí)鐘輸入端。CLR為8位計(jì)數(shù)器清零端。WR為8位寄存器的片選鎖存端（上升沿鎖存）。DATA7為8位數(shù)據(jù)總線，用于預(yù)置8位寄存器。REST為復(fù)位輸出端，提供高電平以保證系統(tǒng)復(fù)位。

3．3　復(fù)位延時(shí)電路

該電路的功能由U3　DELAY12MS宏單元來完成，目的是在REST信號產(chǎn)生后，使其保持在10ms以上的穩(wěn)定高電平，以保證可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)可靠地復(fù)位，并在延時(shí)結(jié)束后產(chǎn)生一個(gè)高電平將所有宏單元計(jì)數(shù)器清零。仿真波形如圖4所示。

其中，CLKIN為1024Hz基準(zhǔn)時(shí)鐘脈沖，當(dāng)U5＿COMP宏單元REST輸出為高電平時(shí)被允許輸入U(xiǎn)3＿DELAY12MS宏單元。當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)為12時(shí)，U3＿DELAY12MS宏單元CLRALL端產(chǎn)生一個(gè)高電平，通過32768Hz的脈沖鎖存到D型寄存器中，D型寄存器的輸出端將會(huì)把所有計(jì)數(shù)器清零，使U5＿COMP宏單元中比較器的輸出端為“0”，從而結(jié)束復(fù)位。

4　結(jié)束語

目前，本人在所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品中都采用了這種設(shè)計(jì)，實(shí)踐證明，通過CPLD器件來整合看門狗電路，將能有效地保證系統(tǒng)正常工作，同時(shí)減小單獨(dú)放置看門狗器件帶來的設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)和額外的費(fèi)用。