一種微處理器死機、程序跑飛故障的保護電路及實現方法
2023-05-01 08:46:46 1
一種微處理器死機、程序跑飛故障的保護電路及實現方法
【專利摘要】本發明公開了一種用於微處理器死機、程序跑飛故障的保護電路，該保護電路設於微處理器模塊和外部執行電路之間，包括硬體保護單元和三態緩衝器信號處理單元；硬體保護單元的輸入端與微處理器模塊相連，輸出端與三態緩衝器信號處理單元的使能端相連；三態緩衝器信號處理單元的輸入端與微處理器模塊相連，輸出端與外部執行電路相連；當微處理器模塊出現死機或程序跑飛故障時，三態緩衝器信號處理單元向外部執行電路輸出高阻態驅動信號。本發明提高了微處理器死機、程序跑飛保護的響應速度，進而大大降低了工業變頻電機驅動器設備及相關工業自動化設備的異常工作狀態和損壞風險。
【專利說明】—種微處理器死機、程序跑飛故障的保護電路及實現方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種保護電路，具體涉及一種用於微處理器死機、程序跑飛故障下對外部執行電路的保護電路及其實現方式。
【背景技術】
[0002]工業自動化電子設備目前已廣泛用於人民生產過程，大大的提高了勞動生產效率，創造了不可估量的經濟效益。
[0003]但是在惡劣的電磁幹擾環境場合，工業自動化電子設備中的微處理器可能出現死機和程序跑飛等異常現象，此時微處理器控制外部執行電路的工作狀態是不可預計的，可能造成嚴重的人民財產和生命損失。
[0004]目前常用的技術是使用微處理器內部或在微處理器外部增加看門狗電路監控微處理器內部程序執行狀態。理論上在微處理器出現死機和程序跑飛等異常現象後，看門狗電路可以強制微處理器進行復位操作，以恢復微處理器正常工作。但是此技術最大的缺點在於，當程序執行周期較長時，看門狗監控的周期也隨之加長，在出現異常情況到看門狗發現並執行復位操作這段時間內，微處理器控制外部執行電路的工作狀態依然是不可預計的。而隨著科技的不斷發展，人們對於工業自動化電子設備的要求也越來越高，微處理器內部的程序也越來越複雜，使得上述問題越發需要引起關注。
[0005]因此有必要引入一種微處理器死機、程序跑飛故障的保護電路裝置及其實現方法以解決上述問題。
【發明內容】
[0006]本發明的目的是為了解決工業自動化電子設備在惡劣的電磁幹擾場合出現微處理器死機、程序跑飛的異常現象，而造成外部執行電路失控的問題。
[0007]為了達到上述目的，本發明提供了一種微處理器死機、程序跑飛故障的保護電路，該保護電路設於微處理器模塊和外部執行電路之間，包括硬體保護單元和三態緩衝器信號處理單元；
硬體保護單元的輸入端與微處理器模塊相連，輸出端與三態緩衝器信號處理單元的使能端相連；
三態緩衝器信號處理單元的輸入端與微處理器模塊相連，輸出端與外部執行電路相
連；
當微處理器模塊出現死機或程序跑飛故障時，三態緩衝器信號處理單元向外部執行電路輸出高阻態驅動信號。
[0008]對本發明的進一步改進在於:當微處理器模塊出現死機或程序跑飛故障時，硬體保護單元接收微處理器模塊輸出的狀態信號後向三態緩衝器信號處理單元發出高電平使能信號。
[0009]其中，硬體保護單元中，電阻R7的一端連接至所述微處理器模塊，該端同時連接電阻R9的一端，電阻R7的另一端與電容C2的一端相連，電阻R9的另一端與二極體D2的陽極相連且接地，電容C2的另一端與二極體Dl的陽極、二極體D2的陰極相連，二極體D2的陽極與電阻R8的一端、電容C3的一端相連,二極體Dl的陰極與電阻R8的另一端、電容C3的另一端、比較器Ul的同相端相連，比較器Ul的反相端與電阻Rl的一端、電阻R2的一端相連，電阻Rl的另一端接電源，電阻R2的另一端接地，比較器Ul的輸出端與電阻R4的一端相連，電阻R4的另一端與電阻R3、PNP型三級管Ql的基極相連，電阻R3的另一端、三極體Ql的發射極與電源相連，三極體Ql的集電極與電阻R5的一端、電阻R6的一端相連，電阻R5的另一端與三態緩衝器信號處理單元、電容Cl的一端相連，電容Cl的另一端接地，電阻R6的另一端接地。
[0010]三態緩衝器信號處理單元包含三態緩衝器電路。
[0011]本發明還提供了上述保護電路的實現方法，包括以下步驟:
步驟一，微處理器模塊將微處理器模塊內部程序的工作狀態信號和微處理器模塊控制信號分別輸入至硬體保護單元和三態緩衝器信號處理單元；
步驟二，硬體保護單元將狀態信號轉換為使能信號，發送給三態緩衝器信號處理單
元;
步驟三，三態緩衝器信號處理單元根據接收的控制信號和使能信號，輸出對應的驅動信號給外部執行電路。
[0012]其中，上述狀態/[目號為聞低佔空比電平/[目號、聞電平/[目號、低電平?目號或聞阻態，根據微處理器模塊內部程序指令控制其I/o 口輸出。
[0013]使能信號為高電平信號或低電平信號。
[0014]控制/[目號為聞低佔空比電平彳目號、聞電平/[目號、低電平/[目號或聞阻態。
[0015]驅動信號為高低佔空比電平信號、高電平信號、低電平信號或高阻態。
[0016]本發明相比現有技術具有以下優點:
1、本發明提高了微處理器死機、程序跑飛保護的響應速度，進而大大降低了工業變頻電機驅動器設備及相關工業自動化設備的異常工作狀態和損壞風險；
2、本發明所述裝置結構簡單、效果明顯、可靠性高，在工業自動化設備電子設備之外的電路設計中，都可以靈活運用，實現其保護效果。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1為本發明保護電路的結構框圖；
圖2為圖1中硬體保護單元的電路圖；
圖3為本發明保護電路用於逆變電路的結構示意圖；
圖4為本發明保護電路用於工業自動化控制電路的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0018]下面結合附圖對 本發明進行詳細說明。
[0019]圖1為本發明所述的一種微處理器死機、程序跑飛故障的保護電路的結構框圖，該保護電路設於微處理器模塊和微處理器模塊控制的外部執行電路之間，包括硬體保護單元、三態緩衝器信號處理單元。並且，微處理器模塊耦接硬體保護單元、三態緩衝器信號處理單元；硬體保護單元耦接微處理器模塊、三態緩衝器信號處理單元；三態緩衝器信號處理單元耦接微處理器模塊、硬體保護單元、外部執行電路。
[0020]其中:微處理器模塊為包含中央處理單元(CPU)的微處理器(MCU)、單片機、數位訊號處理器(DSP )、複雜可編程邏輯器件(CPLD )或可編程控制器(PLC)的電路模塊；三態緩衝器信號處理單元包含三態緩衝器的電路模塊；結合圖2，硬體保護單元由電阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9，電容C1、C2、C3，二極體D1、D2，PNP型三極體Ql以及比較器Ul構成，各組成相互關係是:C2與R7串聯，R7與R9串聯，C2的另一端與D2的陰極相連，R9的另一端與D2的陽極相連接地；D2的陰極與Dl的陽極相連，D1、D2串聯後與C3並聯，C3與R8並聯，Dl的陰極與Ul的同相端相連接；R1與R2串聯，Rl的另一端接電源，R2的另一端接地，Rl、R2公共點與Ul的反相端相連接；R3與R4串聯，R3的另一端接電源，R4的另一端與Ul的輸出端相連接；Q1的發射極接電源，基極與R3、R4的公共點相連，集電極與R6連接後接地；R5、C1串聯，R5的另一端與Ql的集電極相連，Cl的另一端接地；R7、R9的公共點與微處理器模塊相耦接；R5、C1的公共點與三態緩衝器信號處理單元相耦接。
[0021]上述保護電路，其工作實現方法是:
步驟一，微處理器模塊將微處理器模塊內部的程序工作狀態信號State和微處理器控制信號Control分別輸入給硬體保護單元和三態緩衝器信號處理單元；
步驟二，硬體保護單元將狀態信號State轉換為使能信號EN，發送給三態緩衝器信號處理單元；
步驟三，三態緩衝器信號處理單元根據接收的控制信號Control和使能信號EN，輸出對應的驅動信號Drive給外部執行電路模塊。
[0022]通常，上述的微處理器內部程序工作狀態信號State為高低佔空比電平信號、高電平信號、低電平信號或高阻態，是根據所述微處理器模塊微處理器內部程序指令控制其I/o 口輸出；使能信號EN進一步為高電平信號或低電平信號；控制信號Control進一步為高低佔空比電平信號、高電平信號或低電平信號或高阻態；驅動信號Drive進一步為高低佔空比電平/[目號、聞電平/[目號、低電平/[目號或聞阻態。
[0023]具體情況如下:
當微處理器模塊中中央處理單元工作正常時，微處理器模塊發出狀態信號State為高低佔空比電平信號，經R7、R8、R9、C2、C3、D1、D2構成的隔直、通交、濾波電路，在Ul同相端產生一個高電平信號，並且大於由R1、R2分壓在Ul反相端產生的一個高電平信號，Ul同相端、反向端信號經過Ul處理後，Ul輸出高電平或高阻態，使Ql處於截止工作狀態，因此，硬體保護單元發出使能信號EN為低電平，經三態緩衝器信號處理單元中的三態緩衝器接收判斷後，輸出的驅動信號Drive為高低佔空比電平信號或高電平信號或低電平信號。
[0024]當微處理器模塊中中央處理單元出現死機和程序跑飛異常工作時，微處理器模塊發出狀態信號State為高電平信號、低電平信號或高阻態，經R7、R8、R9、C2、C3、DU D2構成的隔直、通交、濾波電路，在Ul同相端產生一個低電平信號，並且小於由R1、R2分壓在Ul反相端產生的一個高電平信號，Ul同相端、反向端信號經過Ul處理後，Ul輸出低電平,使Ql處於飽和工作狀態，因此，硬體保護單元模塊發出使能信號EN為高電平，經三態緩衝器信號處理單元中的三態緩衝器接收判斷後，輸出的驅動信號Drive為高阻態。
[0025]圖3具體介紹了本發明應用於逆變電路實施例的示意圖，具體地講，是將本發明的驅動信號Drive輸出給逆變器或變頻電機驅動器或伺服驅動器的逆變電路，在微處理器出現死機和程序跑飛異常情況下，有效避免了微處理器不受控制的驅動逆變電路電力電子功率變換器件的問題。
[0026]圖4具體介紹了本發明應用於工業自動化控制電路實施例的示意圖，具體地講，是將本發明的驅動信號Drive輸出給工業自動化開關器件電路，在微處理器出現死機和程序跑飛異常情況下，能夠有效避免了微處理器對工業自動化開關器件電路失控的問題。
【權利要求】
1.一種用於微處理器死機、程序跑飛故障的保護電路，所述保護電路設於微處理器模塊和外部執行電路之間；其特徵在於:所述保護電路包括硬體保護單元和三態緩衝器信號處理單元； 所述硬體保護單元的輸入端與微處理器模塊相連，輸出端與三態緩衝器信號處理單元的使能端相連； 所述三態緩衝器信號處理單元的輸入端與微處理器模塊相連，輸出端與外部執行電路相連； 當微處理器模塊出現死機或程序跑飛故障時，所述三態緩衝器信號處理單元向外部執行電路輸出高阻態驅動信號。
2.根據權利要求1所述的保護電路，其特徵在於:當微處理器模塊出現死機或程序跑飛故障時，所述硬體保護單元接收微處理器模塊輸出的狀態信號後向所述三態緩衝器信號處理單元發出高電平使能信號。
3.根據權利要求2所述的保護電路，其特徵在於:所述硬體保護單元中，電阻R7的一端連接至所述微處理器模塊，該端同時連接電阻R9的一端，所述電阻R7的另一端與電容C2的一端相連，所述電阻R9的另一端與二極體D2的陽極相連且接地，所述電容C2的另一端與二極體Dl的陽極、二極體D2的陰極相連，所述二極體D2的陽極與電阻R8的一端、電容C3的一端相連，所述二極體Dl的陰極與電阻R8的另一端、電容C3的另一端、比較器Ul的同相端相連，所述比較器Ul的反相端與電阻Rl的一端、電阻R2的一端相連，所述電阻Rl的另一端接電源，所述電阻R2的另一端接地，所述比較器Ul的輸出端與電阻R4的一端相連，所述電阻R4的另一端與電阻R3、PNP型三級管Ql的基極相連，所述電阻R3的另一端、三極體Ql的發射極與電源相連，所述三極體Ql的集電極與電阻R5的一端、電阻R6的一端相連，所述電阻R5的另一端與所述三態緩衝器信號處理單元、電容Cl的一端相連，所述電容Cl的另一端接地，所述電阻R6的另一端接地。
4.根據權利要求1所述的保護電路，其特徵`在於:所述三態緩衝器信號處理單元包含三態緩衝器電路。
5.權利要求1至4任一所述保護電路對外部執行電路的保護方法，其特徵在於，包括以下步驟: 步驟一，所述微處理器模塊將微處理器模塊內部程序的工作狀態信號和微處理器模塊控制信號分別輸入至所述硬體保護單元和三態緩衝器信號處理單元； 步驟二，所述硬體保護單元將狀態信號轉換為使能信號，發送給所述三態緩衝器信號處理單元； 步驟三，所述三態緩衝器信號處理單元根據接收的控制信號和使能信號，輸出對應的驅動信號給所述外部執行電路。
6.根據權利要求5所述的保護方法，其特徵在於:所述狀態信號為高低佔空比電平信號、高電平信號、低電平信號或高阻態。
7.根據權利要求5所述的保護方法，其特徵在於:所述使能信號為高電平信號或低電平?目號。
8.根據權利要求5所述的保護方法，其特徵在於:所述控制信號為高低佔空比電平信號、高電平信號、低電平信號或高阻態。
9.根據權利要求5所述的保護方法，其特徵在於:所述驅動信號為高低佔空比電平信號、高電平信號、低電平信號或高阻`態。
【文檔編號】G06F11/07GK103885848SQ201410091945
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年3月13日 優先權日:2014年3月13日
【發明者】劉國耀, 張弦, 李勇 申請人:南京科遠驅動技術有限公司