基于MAX706AT的DSP硬件看门狗与电源监控电路的设计与

计算机测控系统一般都需要有自恢复功能,当DSP系统受到电磁干扰失控后,系统应能立即从断点恢复运行,继续测控过程。提高计算机测控系统抗干扰能力的方法很多,其中,微处理器监控器(俗称看门狗的作用非常显著。MAX706系列监控器是MAXIM公司生产的具有代表性的多功能微处理器监控电路,除看门狗功能外,还具有上电自动复位功能、人工复位功能及低电压报警功能,使用方便可靠。下面介绍MAX706AT的主要特性及DSP控制系统的应用。1MAX706AT的特点、结构和工作方式1.1MAX706AT的特点MAX706AT是Maxim公司推出的内有看门狗(Watch-dog定时器的微处理器监控芯片,它是一组CMOS监控电路,能够监控电源电压、电池故障和微处理器(MPU或mP或微控制器(MCU或mC的工作状态。MAX706AT主要有以下几个功能:(1上电、掉电以及供电电压不足情况下具有输出。(2独立的“看门狗”电路。“看门狗”定时时间为1.6s。(31.25V门限检测器,可用于低压报警,还可用于电源故障或其他外部电源的监控。(4具有手动复位输入端。1.2内部结构和引脚配置MAX706AT将常用的多项功能集成到一片8脚封装的小芯片内,与采用分立元件或单一功能芯片组合的电路相比,大大减小了系统电路的复杂性和元器件的数量,显著提高了系统可靠性和精确度。MAX706AT内部集成了看门狗定时器、复位发生器、内部时钟、检波器、1.25V和3.08V参考电压和电压比较器等。内部电路结构框图如图1所示。MAX706AT有SO、PDIP和μMAX三种封装形式,其中的引脚说明如下::手工复位输入端,输入低于0.6V时即产生复位信号。可连接复位按钮。(2VCC:可接+3.15V~+5.5V的电源。(3GND:电源地。(4PFI:电源检测输入端。可将需要检测的电源连接于此,不用时接地或接电源。基于MAX706AT的DSP硬件看门狗与电源监控电路的设计与实现沈伟,谢拴勤(西北工业大学自动化学院,陕西西安710072摘要:微处理器监控芯片MAX706AT的特点、结构和工作方式,以及DSP控制器TMS320LF2407A的工作原理。介绍了MAX706AT与TMS320LF2407A之间的接口硬件电路设计,并指出在实际电路设计和调试中应注意的问题。着重论述了系统的硬件设计。与一般的单片机复位电路相比,它可以显著提高系统的稳定性和可靠性。关键词:MAX706AT;TMS320LF2407A;DSP控制器;监控器;看门狗DesignandimplementationofexternalwatchdogandvoltagesupervisorycircuitsfortheDSPcontrollerbasedonMAX706ATSHENWei,XIEShuanQin(CollegeofAutomatic,NorthwestPlytechnicalUniversity,Xi′an710072,ChinaAbstract:Inthispaper,theauthorintroducesthefeature,thestructureandtheprincipleofMAX706AT,itisamonitorchipformicroprocessor.TheprincipleofDSPcontrollerisexplainedtheinterfacedesignbetweenMAX706ATandTMS320LF2407isgave,includinginterfacecircuit.Thehardwaredesignofsystemisdiscussedprimarily.Comparedwiththecommonresetcircuits,thestabilityandthereliabilitycanbeincreasedremarkablybyusingMAX706AT.Keywords:MAX706AT;TMS320LF2407A;DSPcontroller;monitor;watchdog集成电路应用ApplicationofIntegratedCircuits55《电子技术应用》2008年第3期欢迎订购《电子技术应用》2000~2006年合订光盘1MAX706AT内部电路结构框图:电源检测输出端。被检测电源正常时,输出高电平,否则输出低电平。(6WDI:“看门狗”输入端。:复位输出端。低电平有效,可输出200ms的正脉冲。当电源VCC低于门限电压或保持低电平时,保持低电平。:“看门狗”输出端。当“喂狗”信号在1.6s内不能及时送入时,该脚即产生1个低电平信号。1.3MAX706AT的工作方式和原理1.3.1复位功能MAX706AT的复位时序见图2。MAX706AT在上电期间只要Vcc大于1.0V,就能保证输出低电平。在Vcc上升期间维持低电平,直到电源电压升至复位门限(3.08V以上。在超过此门限后,内部定时器大约再维持200ms后释放,使其返回高电平。无论何时只要电源电压降低到复位门限以下(即电源跌落,引脚就会变低。如果在已经开始的复位脉冲期间出现电源跌落,复位脉冲至少再维持200ms。在掉电期间,一旦电源电压Vcc降到复位门限以下,只要Vcc不低于1.0V,就能使维持低电平。1.3.2看门狗定时功能图3为MAX706AT“看门狗”定时器的时序。WDI为“看门狗”的输入端,用来启动Watchdog使定时器开始计数。当有效或WDI输入为高阻态时,Watchdog定时器被清零且不计数。当复位信号被释放(变为高电平,定时器开始计数。WDI能够在供电电压为2.7V时探测100ns的脉冲,在供电电压为4.5V时探测50ns的脉冲。Watchdog一旦被驱动,若在1.6s内不再重新触发WDI或WDI不是高阻态也无复位信号,则定时器将发生计数溢出,使变为低电平。一旦电源电压Vcc降至复位门限以下,端也将变低并保持低电平。只要VCC升至门限以上,就会立刻变高,不存在延时。简单地将端连接到端,就可以使看门狗定时器超时产生复位脉冲。1.3.3电源比较功能MAX706AT片内带有一个辅助比较器,它具有独立的同相输入端(PFI和输出端,其反相输入端内部连接一个1.25V的参考电压源。可以在PFI脚上连接一个电阻分压支路,该支路连接的监视点通常在稳压电源集成电路之前。通过调节电阻值,合理地选择分压比,以便于使稳压器输出端电压下降之前,PFI端的电压刚好下降到低于1.25V,输出低电平。比较器有10mV的滞后作用,能够预防的重复触发。1.3.4手动复位功能低电平有效的手动复位输入端可被片内70mA的上拉电流源拉到高电平,并可以被外接CMOS/TTL逻辑电路或一端接地的按钮开关拉成低电平。不需要采用外部去抖动电路,因为最小为140ms的复位时间足以消除机械开关的抖动。最小的输入脉冲在供电电压图2MAX706AT复位时序图VRSTVRSTVCC+1VtRSTtRST0VRESET0VMR+0VWDO+tWDtMRtWD:MR引发RESET的延时tMR:MR的脉冲宽度tRST:复位脉冲宽度VRST:复位门限电压tWPtWDtWDtWDWDI0VWDO0VRESET0VRESET被MR触发tRSTtWP:WDI脉冲宽度tWD:看门狗溢出周期tRST:复位脉冲宽度集成电路应用ApplicationofIntegratedCircuits56《电子技术应用》2008年第3期欢迎订购《电子技术应用》2000~2006年合订光盘4MAX706AT与TMS320LF2407A接口示意图为+3V时为500ns,+5V时为150ns。2TMS320LF2407A概述TMS320LF2407A是TI公司推出的一款定点DSP控制器,它采用了高性能静态CMOS技术,使得供电电压降为3.3V,减小了控制器的功耗;40MIPS的执行速度使得指令周期缩短到25ns(40MHz,从而提高了控制器的实时控制能力;集成了32KB的闪存、2.5KB的RAM、500ns转换时间的A/D转换器。片上事件管理器提供了可以满足各种电机的PWM接口和I/O功能,此外还提供了适用于工业控制领域的一些特殊功能,如看门狗电路、SPI、SCI和CAN控制器等,从而使它可广泛应用于工业控制领域。然而,在实际的应用系统中,还需要对TMS320LF2407A进行必要的外围扩展,譬如程序区和数据区的扩展、CAN的驱动等,以满足整个应用系统的实际需要。3硬件设计3.1电源设计TMS320LF2407A的工作电压是3.3V,而目前许多常用外围器件的主要工作电源通常是5V,因此以TMS320LF2407A为核心所构成的应用系统必然是一个混合电压系统。对于TMS320LF2407A应用系统而言,首先要解决TMS320LF2407A的电源问题。系统中不仅要求有3.3V的电源,还要求有5V的电源。DSP系统采用LDO芯片TPS7333。此芯片是TI公司专门为3.3V低压系统设计的,其为固定输出3.3V,且有上电产生DSP系统复位所需的信号。此外其输出电流可达几百毫安,输出功率完全能够满足系统所需。3.2MAX706AT和TMS320LF2407A的硬件接口设计本文采用监控器芯片MAX706AT构成DSP控制器的外部监控电路,电路外部接线如图4所示。该电路具有看门狗定时器、自动复位功能以及电压门限监测功能。电路的主要功能如下:(1对+5V、+3.3V同时进行监视。当+3.3V电源正常时,为高电平,DSP正常运行;当+3.3V电源电压降至+3.08V以下时,输出变为低电平,对DSP进行复位。图4中M点的电压经R1和R2对+5V分压所得,R1和R2可根据实际需要和被检测的电压值选定。因为PFI的门限电压为1.25V,所以只要保证在+5V正常时,M点的电压在+1.25V或者稍高一点即可。一旦+5V电压降低,M点的电压低于+1.25V,就从高电平跳变成低电平,将的输出端经过反相放大器连接到2407A的外部引脚中断1(XINT1,同时在DSP的设置中把XINT1设为高优先级模式下的外部引脚中断,则当电压降低时就能使DSP及时响应中断,进行必要的操作达到数据保存,提高了系统的稳定性。(2WDI只占用2407A的一个I/O口,DSP只需要在1.6s内给IOP口一个正脉冲,脉冲的宽度要≥50ns才能被探测到。查2407A和MAX706AT的使用手册可知,2407A的I/O口输出的电压可以驱动MAX706AT,不需要外加驱动电路。当2407A的I/O口输出“1”时,MAX706AT的WDI输入高电平;当2407A的I/O口输出“0”时,MAX706AT的WDI输入低电平。看门狗定时器被清零时,维持高电平;当程序跑飞或死机时,CPU不能在1.6s内给出“喂狗”信号,立即跳变为低电平,端连接到端,对DSP进行复位。(3手工复位。如果需要对系统进行手工复位,只要按下图4中的复位按钮就能对系统进行有效复位。3.3硬件设计中应注意的问题(1确保Vcc=0V时信号电平仍有效通常情况下,当Vcc降至1V以下,MAX706AT的端不再吸入电流而呈现开路,故输出电平不确定。如果在该脚接一只下拉电阻到地(如图4所示的R5,负责泄放杂散电荷,这样即使Vcc降至1V以下,也能保障电平有效。对该阻值的要求并不严格,一只100kΩ的电阻即可满足需要。(2与具有双向复位引脚的DSP接口由于2407A的具备双向复位引脚,不仅可以接收外部电路提供的复位信号,还能向外部电路输出复位信号。当与MAX706AT的端连接时,可能会产生竞争。例如,如果在MAX706AT的端输出低电平的同时,2407A内部欲将复位端拉高,结果就会出现不确定的逻辑电平。为了避免此类情况发生,在MAX706AT的端与2407A的复位引脚之间连接一只4.7kΩ的电阻(如图4所示的R4。(3电压比较器图4中的电阻R3用于对电压比较器增加滞后作用,R3的阻值应该大于R1和R2的总和。R3的阻值应该大于10kΩ,以防止它使引脚负载过重。同时流过R1和R2的电流应该大于1μA,以保证PFI端的输入电流不会超出它限定的最大值(250nA。R1和R2的电阻值需要根据被监控电源的正常波动范围来确定,按下列公式计算阻值:(R1+R2#集成电路应用ApplicationofIntegratedCircuits57《电子技术应用》2008年第3期欢迎网上投稿VH=1.251+(R2+R3R!"1VL=1.25+R1"图4中的电容C1、C2主要用于滤波。(4为完成输人端的逻辑线或操作,要在的输出端和之间串联一个稳压二极管。此时变为低电平,经过二极管给,相当于产生手动复位信号,使系统复位后重新进入正常运行状态,同时又使变为高电平。(5微处理器软件设计时,应在系统工作程序之前,即微处理器复位后,先向MAX706AT发出触发脉冲,以最快速度向监控电路表明微处理器已进人正常的工作状态,以提高复位电路的速度。本文主要介绍了MAX706AT在DSP控制器的硬件看门狗与电源监控电路设计中的应用,详细介绍系统硬件设计中的问题。使用MAX706AT后,系统拥有硬件定时复位功能,相对于软件定时复位抗干扰能力更强;可以不需任何外围器件自动进行可靠的上电复位,并且对软件运行状况和外界电源状况进行监视;实现程序失控后按自己设想的程序恢复执行,提高了系统的抗干扰能力,保证了系统的安全性和数据可靠性。MAX706AT的功能强大,外围电路简单,使用方便可靠,能满足一般测控系统的需要,合理采用一些软、硬件措施,充分发挥其作用,能有效提高系统的可靠性和抗干扰能力。参考文献[1]徐科军,张兴,肖本贤,等.TMS320LF/LC24系列DSP的CPU与外设[M].北京:清华大学出版社,2004.[2]MaximIntegratedProducts.+3VVoltageMonitoring,Low-CostμPSupervisoryCircuits.Rev5,2006.[3]MaximIntegratedProducts.MAX705—MAX708MAX813L.Rev5,1995.[4]TexasInstrumentsIncorporated.TMS320LF2407A,TMS320LF2406A,TMS320LF2403A,TMS320LF2402A,TMS320LC2406A,TMS320LC2404A,TMS320LC2403A,TMS320LC2402ADSPCONTROLLERS:SPRS145J,2004.[5]TMS320LF/LC240xADSPControllersReferenceGuide:Sys-temandPeripherals.TexasInstruments,2001.(收稿日期:2007-07-25集成电路应用ApplicationofIntegratedCircuits2008年1月28日,中国北京———全球领先的可编程逻辑解决方案提供商赛灵思公司(Xilinx,Inc.NASDAQ:XLNX宣布“2008可编程解决方案中国巡演”将于2008年3月11日从北京正式拉开序幕,随后通过在杭州和深圳的巡演覆盖华东华南地区。应中国设计行业不断增长的可编程技术需求,该巡演由赛灵思公司联合其合作伙伴安富利、世健、好利顺电子、明导电子、TheMathWorks等共同打造,旨在通过“即学即用”的技术演讲和展示,加强赛灵思领先技术与中国客户和合作伙伴的战略合作关系,推动可编程技术在中国消费类市场、通信、第三方设计公司、医疗、工业、测试测量等行业的更广泛应用。为期一天的研讨会将提供多种技术演讲,覆盖工程设计人员最关注的安全、功耗、存储器接口解决方案、PCIe、DSP、嵌入式解决方案等主题,并设计数字显示