DE3214006C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einer Schaltungsanordnung zur Überwachung von elektronischen Rechenbausteinen nach der Gattung des Haupt­ anspruchs.

Aus der DE 31 06 869 A1 ist bereits eine Schaltung zur Auslösung der Rückstellung eines Mikroprozessors bekannt, die sich aus einer Stör­ signalschaltung, in die bei normalem Programmablauf im Mikro­ prozessor von diesem erzeugte Rechteckimpulse eingespeist werden, und einer Oszillatorschaltung mit Speicherkondensator zusammensetzt. Bei normalem Programmablauf erzeugt die Störsignalschaltung Stör­ spannungen, die das Freischwingen der Oszillatorschaltung und da­ durch die Entstehung eines Rückstellsignals am Ausgang der Oszillatorschaltung unterdrückt. Das Rückstellsignal wird nur erzeugt, wenn die Rechteckimpulse des Mikroprozessors ausbleiben. Um sicherzustellen, daß bei einer Störung der Speicherkondensator nicht weiter aufgeladen wird, egal in welchem Zustand sich der Mikro­ prozessor befindet, werden der Ausgang des Mikroprozessors und der Speicherkondensator durch einen Kondensator in der Störsignal­ schaltung entkoppelt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die richtige Funktion eines Mikroprozessors mittels einer leicht integrierbaren Schal­ tungsanordnung zu überwachen.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, daß sie nur einen Kondensator enthält und deshalb relativ leicht integrierbar ist. Da sich Kondensatoren besonders schlecht integrieren lassen und eine große Chipfläche beanspruchen, stellt das Eliminieren eines Konden­ sators einen wesentlichen Vorteil dar. Die Schaltungsanordnung kann mit dem Mikroprozessorchip in einem Gehäuse untergebracht werden. Externe Bauelemente sind keine erforderlich.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vor­ teilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Vorrichtung möglich. Besonders vorteilhaft ist es, die Rücksetzschaltung mit einer Versorgungsspannungsüberwachung zu versehen, so daß auch beim Einschalten der Versorgungsspannung oder nach einem Absinken der Versorgungsspannung unter einen vorgegebenen Wert ein Impuls abgegeben wird. Zusätzliche Rücksetzschaltungen sind nicht erforderlich. Weiterhin ist es besonders vorteilhaft, Mittel vorzusehen, mit denen der Funktionsausgang des Mikroprozessors gesperrt werden kann, wenn Anzeichen vorhanden sind, daß der Mikro­ prozessor nicht einwandfrei arbeitet. Besonders günstig ist die Schaltungsanordnung bei elektronischen Zündvorrichtungen einzu­ setzen, bei denen verhindert werden muß, daß durch die Zündspule bei einem Versagen der rechnergesteuerten Zündeinrichtung ein Dauerstrom fließt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeich­ nung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein erstes Ausfüh­ rungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 2 Impulsdiagramme zur Erläuterung der Funktionsweise des Ausführungsbei­ spiels und

Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel nach der Erfindung.

In Fig. 1 ist mit 1 ein Mikroprozessor dargestellt, der einen I/0-Port und einen Reseteingang aufweist. Weitere Anschlüsse des Mikroprozessors sind nicht dargestellt. Als Mikroprozessor sind alle gängigen Typen verwendbar. Ist ein solcher Mikroprozessor in einer elektrisch feind­ lichen Umgebung angeordnet, so ist es notwendig, sicherzu­ stellen, daß der Mikroprozessor einwandfrei arbeitet, selbst wenn starke Störspannungen auf den Datenleitungen oder bei der Interface-Schaltung auftreten. Durch solche Störspannungen, wie sie insbesondere bei Kraftfahrzeugen oder in der Nähe starker Elektromotoren auftreten, kann es geschehen, daß der Mikrocomputer in einen undefinierten Status geschaltet wird. In diesem Fall muß durch eine Rücksetzschaltung bewirkt werden, daß der Mikroprozes­ sor wiederum in einen definierten Status gelangt.

Der Gedanke ist nun, eine Schaltungsanordnung dem Mikro­ prozessor hinzuzufügen, der das System zurücksetzt, wenn es nicht periodische Signale vom Mikrocomputer erhält. Diese Signale können entweder durch die Software generiert werden oder aber es können bereits vorhandene Multiplex­ signale, beispielsweise für Anzeigevorrichtungen, verwen­ det werden. Wenn der Mikroprozessor stoppt oder in einem undefinierten Zustand gelangt oder wenn irgendwelche Ein- oder Ausgangssignale nicht zur Verfügung stehen, brechen die Multiplexsignale an dem entsprechenden I/0-Port ab. Diese Signale werden von der Rücksetzvorrichtung ausge­ wertet.

Der I/0-Port des Mikroprozessors 1 ist über einen Wider­ stand 2 mit der positiven Versorgungsspannungsleitung verbunden. Weiterhin führt der I/0-Port über einen Wi­ derstand 5 zum invertierenden Eingang eines Operations­ verstärkers 7. Der nicht invertierende Einang des Opera­ tionsverstärkers 7 ist über einen Widerstand 4 an einen Spannungsteiler mit den Widerständen 3 und 6 angeschlos­ sen, wobei die Widerstände 3 und 6 in Reihe geschaltet sind und an den positiven bzw. negativen Pol der Ver­ sorgungsspannung angeschlossen sind. Der Ausgang des Operationsverstärkers 7 ist über einen Widerstand 8 mitgekoppelt. Der Widerstand 8 ist mit dem nicht in­ vertierenden Eingang des Operationsverstärkers 7 ver­ bunden. Weiterhin ist an den Ausgang des Operations­ verstärkers 7 eine Diode 10 angeschlossen. Der Diode 10 folgt eine in Durchlaßrichtung geschaltete Diode 11. Zwischen der Diode 10 und der Diode 11 ist ein Widerstand 9 angeschlossen, dessen weiteres Ende an den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 7 führt. Die Kathode der Diode 11 führt einerseits zum invertierenden Eingang eines Operations­ verstärkers 18 andererseits zu einem Anschluß des Kon­ densators 12. Der weitere Anschluß des Kondensators 12 ist an den negativen Pol der Versorgungsspannung angeschlossen.

An den nicht invertierenden Eingang des Operationsver­ stärkers 18 ist ein Spannungsteiler mit den Widerständen 13 und 14 angeschlossen. Die Widerstände 13 und 14 sind zwischen den Versorgungsspannungsleitungen geschaltet. An den Ausgang des Operationsverstärkers 18 ist ein Wi­ derstand 15 angeschlossen, der zum nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers 18 zurückgeführt wird. Ein Widerstand 17 ist vom Ausgang des Operationsver­ stärkers 18 zum invertierenden Eingang des Operations­ verstärkers 18 geschaltet. Weiterhin führt ein Wider­ stand 16 zur positiven Versorgungsspannungsleitung. Der Ausgang des Operationsverstärkers 18 führt zu dem Reseteingang des Mikroprozessors 1.

Die Schaltungsanordnung hat die Aufgabe, die richtige Funktion des Mikroprozessors zu überwachen. Um diese Überwachung zu ermöglichen, liefert der Mikroprozessor an einem geeigneten Ausgang ständig Rechtecksignale. Bei Störungen irgendwelcher Art setzen diese Recht­ ecksignale aus, wobei das Ausgangssignal sowohl auf logisch Null als auch auf logisch Eins stehen blei­ ben kann.

Die Überwachungsschaltung muß nun abhängig davon, ob Rechtecksignale geliefert werden oder nicht, den Reset- Eingang des Mikroprozessors auf einen entsprechenden Pegel setzen.

Die Wirkungsweise der Schaltungsanordnung ist anhand der Fig. 2 näher erläutert. Im Normalbetrieb ist der Ausgang des Operationsverstärkers 18 null. Dieser negative Schaltzustand wird mit Hilfe des Spanungs­ teilers mit den Widerständen 13 und 14 und des ent­ sprechend aufgeladenen Kondensators 12 aufrechter­ halten. Der Kondensator entlädt sich ständig über den Widerstand 17. Damit seine Ladespannung die Schalt­ schwelle des Operationsverstärkers 18 nicht unter­ schreitet, muß er nachgeladen werden. Dies geschieht impulsweise über die Widerstände 5 und 9 sowie die Diode 11.

In Fig. 2a ist das Ausgangssignal des Mikroprozessors am I/0-Port aufgezeigt. Beim Flankenwechsel vom Zustand Null zum Zustand Eins fließt der Ladestrom zum Konden­ sator 12 und lädt diesen entsprechend Fig. 2b auf. Mit zunehmendem Ladezustand des Kondensators 12 steigt auch die Spannung am invertierenden Eingang des Operations­ verstärkers 7 an (Fig. 2c). Beim Erreichen einer vorge­ gebenen Spannung, die durch die Widerstände 3 und 6 ein­ gestellt ist, schaltet der Operationsverstärker 7 um, so daß am Ausgang des Operationsverstärkers 7 eine Span­ nung nach Fig. 2d anliegt. Der Kondensator 12 kann nun mehr nicht weiter geladen werden, da ein eventuell fließender Strom von der positiven Versorgungsspannung über die Widerstände 2, 5, 9 und über die Diode 10 nach Masse abfließt. Eine Ladung des Kondensators 12 findet daher nur während des Zeitraums 22 statt. Danach ent­ lädt sich der Kondensator. Folgen nun nicht in kurzen Abständen Impulse, so entlädt sich der Kondensator immer weiter, wie dies in den Zeiträumen 23 und 24 gezeigt ist. Wird dabei die Schwellspannung des Opera­ tionsverstärkers 18 unterschritten, so schaltet der Operationsverstärker 18 um und gibt somit ein Reset­ signal an den Mikroprozessor 1 ab. Hierbei ist es gleichgültig, ob die Ausgangsspannung am I/0-Port ein logisches Nullsignal oder ein logisches Eins­ signal darstellt. Bei einem logischen Nullsignal liegt der invertierende Eingang des Operationsver­ stärkers 7 auf jeden Fall niedriger als sein nicht invertierender Eingang, so daß sein Ausgang auf ei­ nem logischen Einssignal liegt. Der Kondensator 12 kann über die Widerstände 5 und 9 sowie die Diode 11 nicht nachgeladen werden. Liegt am Ausgang des I/0- Port eine logische Eins an, so spielt sich der zu­ vor beschriebene Vorgang ab. Für die Überwachung des Mikroprozessors benötigt diese Schaltungsanord­ nung nur den Speicherkondensator 12.

Die Schaltungsanordnung nach Fig. 3 enthält in ihrem Kern die Überwachungsschaltung nach Fig. 1. Gleiche Bauelemente sind dabei mit gleichen Ziffern bezeichnet. Von dem I/0-Port eines hier nicht dar­ gestellten Mikroprozessors gelangt das Signal über einen Widerstand 5 zum invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 7. Weiterhin führt ein Wider­ stand 2 zur positiven Versorgungsspannungsleitung. An den nicht invertierenden Eingang des Operations­ verstärkers 7 ist über einen Widerstand 4 ein Span­ nungsteiler mit den Widerständen 3 und 6 angeschlos­ sen. Der Ausgang des Operationsverstärkers 7 führt zu einer Diode 10 und zu einem Widerstand 8, der zum nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers 7 zurückgeführt ist. Der Diode 10 folgt eine weitere Diode 11. Zwischen den Dioden 10 und 11 wird ein Wider­ stand 9 zum invertierenden Eingang des Operationsver­ stärkers 7 geführt. An die Kathode der Diode 11 ist ein Kondensator 12 angeschlossen, der seinerseits mit der Masseleitung in Verbindung steht. Die Kathode der Diode 11 führt desweiteren zum invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 18. Der nichtinvertierende Ein­ gang des Operationsverstärkers 18 steht über den Wider­ stand 28 mit einer Spannungsteilerschaltung mit den Wi­ derständen 13 und 14 in Verbindung. Der Ausgang des Operationsverstärkers 18 ist einerseits über den Widerstand 15 mit dem nichtinvertierenden Eingang und über den Widerstand 17 sowie der Reihenschaltung eines Widerstandes 26 mit einer Diode 25 mit dem in­ vertierenden Eingang des Operationsverstärkers 18 verbunden. Weiterhin ist ein Widerstand 16 vorgesehen, der vom Ausgang des Operationsverstärkers 18 zur posi­ tiven Versorgungsspannungsleitung führt. Ebenso führt ein Widerstand 27 von der positiven Versorgungsspan­ nungsleitung zum Ausgang des Operationsverstärkers 7.

In dieser Schaltungsanordnung ist die Reihenschaltung einer Zehner-Diode 30 mit einem Widerstand 31 und mit einem Widerstand 32 vorgesehen. Diese Reihenschal­ tung ist zwischen der positiven und der negativen Ver­ sorgungsspannungsleitung geschaltet. Zwischen den Wi­ derständen 31 und 32 ist die Basis eines Transistors 34 angeschlossen. Der Emitter des Transistors 34 führt zur negativen Versorgungsspannungsleitung, während der Kollektor des Transistors 34 einerseits zur Basis eines Transistors 35 und andererseits über einen Wi­ derstand 33 zur positiven Versorgungsspannungslei­ tung geführt ist. Der Emitter des Transistors 35 ist an die negative Versorgungsspannungsleitung ge­ schaltet, während der Kollektor des Transistors 35 über einen Widerstand 36 zum invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 18 geführt ist. Der Ausgang des Operationsverstärkers 18 führt über einen Wi­ derstand 37 zur Basis eins Transistors 40. Der Emit­ ter des Transistors 40 führt zur negativen Versor­ gungsspannungsleitung. Der Kollektor des Transistors 40 führt einerseits über einen Widerstand 39 zur po­ sitiven Versorgungsspannungsleitung andererseits zum Takteingang eines D-Flipflops 42. Des weiteren ist eine Diode 38 vom invertierenden Eingang des Opera­ tionsverstärkers 7 zum Kollektor des Transistors 40 geschaltet. Am Kollektor des Transistors 40 ist des weiteren das negierte Resetsignal für den Resetein­ gang des nicht dargestellten Microcomputers abgreif­ bar. Der D-Eingang des Flipflops 42 ist über einen Widestand 41 mit der positiven Versorgungsspannungs­ leitung verbunden. Der Setzeingang des D-Flipflops ist an Masse geführt. Der Rücksetzeingang des Flip­ flops 42 steht mit dem Ausgang eines Und-Gliedes 43 in Verbindung. Ein Eingang des Und-Gliedes 43 ist an den Ausgang des D-Flipflops 42 angeschlossen. Ein weiterer Eingang des Und-Gliedes 43 steht mit dem Funktionsausgang 46 des Mikrocomputers in Verbin­ dung.

An ein Oder-Glied 44 ist einerseits der Funktionsaus­ gang 46 des Mikroprozessors andererseits der Ausgang des Flipflops 42 angeschlossen. Der Ausgang des Oder- Gliedes 44 führt zu einem Eingang eines Oder-Gliedes 45. Der andere Eingang des Oder-Gliedes 45 steht mit dem Ausgang des Operationsverstärkers 18 in Verbin­ dung. Der Ausgang des Oder-Gliedes 45 steht über einen Widerstand 47 mit der Basis eines Transistors 48 in Verbindung. Der Emitter des Transistors 48 führt zur negativen Versorgungsspannungsleitung, während der Kollektor des Transistors 48 über einen Widerstand 49 mit der positiven Versorgungsspannungsleitung ver­ bunden ist. Vom Kollektor des Transistors 48 führt eine Leitung zu einer Zündvorrichtung 50 für eine nicht weiter dargestellte Brennkraftmaschine. In der Zündstufe 50 ist schematisch eine Zündspule 52 und ein Schalttransistor 51 dargestellt, der als Unterbrecher für die Zündspule arbeitet. Die Basis des Schalttransistors 51 wird dabei von der Signal­ leitung vom Kollektor des Transistors 48 gesteuert.

Die Wirkungsweise der Schaltungsanordnung mit den Operationsverstärkern 7 und 18 ist die gleiche, wie sie bereits anhand der Fig. 1 beschrieben worden ist. Durch den Transistor 40 wird eine Invertierung des Resetsignales bewirkt, was für manche Mikroprozessoren notwendig ist. Die Bat­ teriespannungsüberwachung besteht im wesentlichen aus der Zehner-Diode 30 nd den Transistoren 34 und 35. Die Ansprechspannung dieses Schaltungsteils ist so ausgelegt, daß beim Unterschreiten einer minimalen Versorgungsspannung der Transistor 34 sperrt und der Transistor 35 leitend schaltet. Der Kondensator 12 wird dann über den Widerstand 36 entladen, was das Setzen eines Resets durch den Operationsverstärker 18 bewirkt. Da auch bei einem Einschaltvorgang die Ver­ sorgungsspannung zumindest anfangs unter einem ge­ wissen Wert liegt, ist diese Schaltungsanordnung auch in der Lage, den "Power-on" Reset zu erfüllen.

Durch die Diode 38 wird gewährleistet, daß nach Be­ endigung eines Resetvorgangs der Operationsverstär­ ker 7 in jedem Fall sperrt. Damit wird nach Beendi­ gung des Resetimpulses der Kondensator 12 auf seine maximal mögliche Spannung aufgeladen. Dadurch ist sichergestellt, daß der Entladevorgang des Konden­ sators 12 im Normalbetrieb und nach dem Reset iden­ tisch ist. Dadurch wird die Schaltungsanordnung unab­ hängig davon, wann die nächste Flanke der Rechteck­ signale beim I/0-Port auftritt. Dies hat den Vorteil, daß die Ansprechzeit der Resetauslösung klar definiert ist. Als weiterer Vorteil ergibt sich daraus, daß der Kondensator aufgrund der definierten Verhältnis­ se relativ klein gewählt werden kann.

In vielen Fällen ist es notwendig, während des Reset­ vorgangs und kurze Zeit danach, während beispielsweise ein Initialisierungsprogramm abläuft, angeschlossene Verbraucher in definierte Zustände zu bringen. Als Beispiel sei eine rechnergesteuerte Zündanlage ge­ nannt, deren Endstufe stromlos sein soll, da durch eine dauernd stromführende Endstufe beispielsweise die Zündspule der Zündanlage zerstört werden kann. Dies wird dadurch bewirkt, daß das Signal des Fun­ ktionsausganges nicht an den Verbraucher weiterge­ leitet wird.

In dem Ausführungsbeispiel wird dies wie folgt reali­ siert: Während des Resetvorganges wird das benötigte Sperrsignal direkt vom Ausgang des Operationsverstär­ kers 18 über die Oder-Schaltung 45 weitergeleitet. Am Ende der Resetzeit wird durch die positive Flanke am Kollektor des Transistors 40 der Ausgang Q des Flip­ flops 42 auf eine logische Eins gesetzt. Bei einem normalen Ablauf des Rücksetzvorganges wird während der Rücksetzzeit auch der Funktionsausgang 46 auf eine logische Eins gesetzt. Somit liegt an beiden Eingängen des Und-Gliedes 43 nach Ablauf des Reset­ signales eine logische Eins an, wodurch der Aus­ gang Q durch den Rücksetzeingang R des Flipflops 42 wieder auf eine logische Null gesetzt wird. Das Signal vom Funktionsausgang wird in diesem Fall bis zum Ab­ lauf des Initialisierungsprogramm über die Oder-Glie­ der 44 und 45 weiterhin aufrecht erhalten.

Liegt ein Störfall vor, so wird ein logisches Einssignal am Funktionsausgang 46 des Mikroprozessors nicht auf­ treten. Nunmehr kann der Ausgang Q des Flipflops nicht zurückgesetzt werden. Ein Schaltvorgang des Transistors 48 kann nun auf Grund des gesetzten Flip-Flops 42 nicht erfolgen. Für den Fall einer Zündanlage bedeutet dies, daß die Endstufe der Zündanlage somit weiterhin strom­ los bleibt.

Diese Schaltungsanordnung hat wiederum den Vorteil, daß sie mit nur einem Kondensator auskommt. Sie ist da­ her leicht integrierbar und kann beispielsweise zusammen mit dem Mikroprozessor auf einem Chip untergebracht wer­ den oder einem weiteren Chip zur Ansteuerung des Mikro­ prozessors beigefügt werden.

Claims (7)

1. Schaltungsanordnung zur Überwachung von elektronischen Rechen­ bausteinen, die an einem ihrer Ausgänge bei ordnungsgemäßem Betrieb dynamische Signale abgeben, mit einer Rücksetzschaltung und mit einem Speicherkondensator zur Speicherung dieser Signale, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicherkondensator (12) über zumindest einen Widerstand (5, 9), der mit einem Ausgang (I/0-Port) des Mikro­ prozessors (1) in Verbindung steht, geladen wird, daß eine rück­ gekoppelte Verstärkungsvorrichtung (7) vorgesehen ist, die beim Erreichen eines vorgegebenen Ladezustandes des Speicher­ kondensators (12) umschaltet und eine weitere Ladung des Speicher­ kondensators (12) so lange verhindert, bis ein Flankenwechsel an dem Ausgang (I/0-Port) des Mikroprozessors (1) stattgefunden hat.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem zumindest einen Widerstand (5, 9) und dem Konden­ sator (12) eine Diode (11) in Durchlaßrichtung geschaltet ist und daß eine weitere Diode (10) zum Ausgang des Operations­ verstärkers (7) führt.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine Versorgungsspannungsüberwachung (30 bis 36) vorgesehen ist, die beim Einschalten der Versorgungsspannung oder nach einem Absinken der Versorgungsspannung unter einen vorgegebenen Wert einen Rücksetzimpuls veranlaßt.

4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Diode (38) von dem Ausgang (I/0-Port) des Mikroprozessors (1) zur Rücksetzleitung geführt ist, so daß nach der Beendigung eines Resetvorganges ein Spannungssprung auftritt, durch den der Kondensator (12) auf seine maximale mögliche Spannung auf­ geladen wird.

5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (41 bis 49), insbesondere ein Speicher­ glied (42), vorgesehen sind, die ein Sperrsignal an die vom Funktionsausgang (46) des Mikroprozessors (1) gesteuerten Vorrich­ tungen (50) abgeben, wenn während der Rücksetzzeit von dem Mikro­ prozessor (1) nicht zumindest kurzzeitig ein Sperrsignal abgegeben worden ist.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Speicherglied (42) von einem Rücksetzsignal für den Mikro­ prozessor (1) gesetzt und von einem Signal des Funktions­ ausgangs (46) des Mikroprozessors (1) rückgesetzt wird.

7. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie für eine Zündvorrichtung (50) mit einer Zündspule (52) und einem die Zündspule (52) schaltenden Schalttransistor (51) Verwendung findet, daß der Schalt­ transistor (51) während der Resetzeit stromlos geschaltet ist und daß der stromlose Zustand des Schalttransistors (51) aufrecht­ erhalten wird, wenn von dem Funktionsausgang (46) des Mikro­ prozessors (1) während des Resetvorgangs ein Signal abgegeben wird.