基于CPLD技術(shù)的看門狗電路設(shè)計

　　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)備功能越來越強大，程序結(jié)構(gòu)越來越復雜，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”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)計時放置一片硬件看門狗(Watchdog)電路，其目的是在系統(tǒng)“走死”后能強制系統(tǒng)復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)計時已完全沒有必要再放置一片獨立的看門狗器件，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)計風險。下面具體介紹這種基于CPLD技術(shù)的看門狗電路的設(shè)計。

　　2　工作原理

　　CPLD是英文Complex Programmable LogicDevice的縮寫，中文名稱為復雜可編程邏輯器件，因其具有工作效率高、內(nèi)部延時小、可預測延時等特點，而被廣泛應(yīng)用于計數(shù)器、邏輯電路、控制電路和復雜的狀態(tài)機等功能的實現(xiàn)，而看門狗電路的核心就是一個計數(shù)定時電路，所以，利用CPLD特點將能很好地實現(xiàn)看門狗電路的功能。看門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、計數(shù)定時電路和復位電路三大部分，其工作方式是將一個32768Hz的方波時鐘輸入分頻電路，分頻后的方波再輸入到計數(shù)定時電路中進行計數(shù)，同時與已設(shè)置好的計數(shù)時間常數(shù)相比較，當CPU在指定的時間內(nèi)沒有通過改變CS端狀態(tài)來將計數(shù)定時器清零，一旦計數(shù)值與預先設(shè)定的值相一致，計數(shù)定時電路將產(chǎn)生一個高電平給復位電路，復位電路將產(chǎn)生一個復位信號給CPU的REST端。例如，對于MCS51系列單片機來說，將產(chǎn)生一個大于10ms的高電平以保證CPU可靠地復位。

　　復雜可編程邏輯器件

　　3　電路設(shè)計

　　目前，XILINX公司的可編程器件，因其良好的設(shè)計平臺、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。

　　看門狗電路的設(shè)計

　　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5位的二進制計數(shù)器，經(jīng)32級分頻，得到一個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

　　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CLR為低電平時，分頻器工作，CLR為高電平時，分頻器清零。

　　3.2　計數(shù)定時電路

　　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8位的二進制計數(shù)器、一個8位的寄存器和一個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片選口進行置數(shù)。當1024Hz方波進入8位計數(shù)器進行計數(shù)時，比較器同時會將計數(shù)器的計數(shù)值與寄存器相比較，一旦兩者相等，比較器將產(chǎn)生一個REST高電平，禁止計數(shù)脈沖輸入同時打開復位電路中的計數(shù)器。仿真波形如圖3所示。

　　計數(shù)定時電路

　　其中RESTCLKIN為1024Hz基準時鐘輸入端。CLR為8位計數(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，用于預置8位寄存器。REST為復位輸出端，提供高電平以保證系統(tǒng)復位。

　　3.3　復位延時電路

　　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，以保證可以實現(xiàn)系統(tǒng)可靠地復位，并在延時結(jié)束后產(chǎn)生一個高電平將所有宏單元計數(shù)器清零。仿真波形如圖4所示。

　　其中，CLKIN為1024Hz基準時鐘脈沖，當U5_COMP宏單元REST輸出為高電平時被允許輸入U3_DELAY12MS宏單元。當計數(shù)器計為12時，U3_DELAY12MS宏單元CLRALL端產(chǎn)生一個高電平，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把所有計數(shù)器清零，使U5_COMP宏單元中比較器的輸出端為“0”，從而結(jié)束復位。

　　4　結(jié)束語

　　目前，本人在所設(shè)計的產(chǎn)品中都采用了這種設(shè)計，實踐證明，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，同時減小單獨放置看門狗器件帶來的設(shè)計風險和額外的費用。