控制芯片的断电保护电路、软件升级电路及控制系统的制作方法

本发明涉及电路设计技术领域，特别涉及一种控制芯片的断电保护电路、软件升级电路及控制系统。

背景技术：

硬件看门狗芯片在mcu(微控制器)电路系统中主要起到监控的作用，用于定期检查mcu的工作情况，一旦发生错误则向mcu发出复位重启信号。

如图1所示，mcu电路系统中的看门狗复位电路u1、mcu(即u2)直接通信连接，其中c1和c2为各自对应的滤波电容，a为电源输入端。该硬件看门狗芯片u1在正常工作状态下，需要mcu通过gpio(通用型之输入输出)引脚不间断的对外部看门狗复位电路u1的wdi引脚(方波信号输入引脚)输入连续的方波周期信号(俗称“喂狗”信号)，来保证硬件看门狗芯片u1的正常运行，这样硬件看门狗芯片u1就会默认mcu处于正常工作状态，不会输出复位信号给到mcu。当mcu发生死机或其他故障情况时，就无法正常连续对硬件看门狗芯片u1输入连续的方波周期信号(即喂狗信号异常)，此时硬件看门狗芯片u1就会通过m_rst引脚输出复位信号至mcu的复位信号输出引脚m1_rst，对mcu电路系统进行复位操作，mcu经过复位后重新启动运行，使整个电路系统恢复正常运行状态。但是，现有的电路结构存在如下缺陷：

(1)硬件看门狗芯片u1主要是产生复位信号对mcu电路系统进行复位，复位过程中mcu不再消耗电能；但是，滤波电容上存储的电能不会立即被消耗掉，要经过很长时间被电路中的寄生阻抗消耗，从而造成在这种情况下产生的复位信号并不一定能对mcu进行有效的复位重启。

(2)现有的硬件看门狗芯片u1在正常运行过程中，维护人员是无法对mcu进行单独的软件升级操作。一旦对mcu进行升级操作，mcu就会停止对硬件看门狗芯片u1进行方波周期信号输入，导致硬件看门狗芯片u1判断mcu为死机或其他故障状态，立马输出复位信号给到mcu复位脚进行复位操作，从而使正在进行的软件升级的mcu升级失败。现有的解决方法是：拆下mcu进行单独的软件升级操作，但是，这样不仅拆装过程繁琐，降低升级效率，维护成本也随之增加。而且，很多时候mcu是被永久焊接在整个电路设备中，是无法进行拆卸操作的，这就使得如果mcu软件必须升级的话，整体系统电路都要进行更新换代，这样又会导致设备成本增加。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中电路结构存在无法保证对mcu进行有效复位重启，难以软件升级操作等缺陷，目的在于提供一种控制芯片的断电保护电路、软件升级电路及控制系统。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

本发明提供一种控制芯片的断电保护电路，所述断电保护电路包括硬件看门狗芯片、第一控制电路、第二控制电路和第一滤波电容；

所述第一控制电路的第一端与电源输入端电连接，所述第一控制电路的第二端与所述硬件看门狗芯片的复位信号输出引脚电连接，所述第一控制电路的第三端与所述控制芯片的电源引脚电连接；

所述第二控制电路的第一端与所述电源输入端电连接，所述第二控制电路的第二端分别与所述控制芯片的电源引脚和所述第一滤波电容的一端电连接，所述第一滤波电容的另一端接地；

所述硬件看门狗芯片的周期信号输入端与所述控制芯片的周期信号输出端电连接；

当所述硬件看门狗芯片能够接收到所述控制芯片输出的周期信号时，所述硬件看门狗芯片的复位信号输出引脚产生高电平信号；

其中，所述第一控制电路用于根据所述高电平信号给所述控制芯片的电源引脚供电，所述第一滤波电容用于存储电能，所述第二控制电路不工作；

当所述硬件看门狗芯片接收不到所述控制芯片输出的周期信号时，所述硬件看门狗芯片的复位信号输出引脚产生低电平信号；

其中，所述第一控制电路不工作，所述控制芯片处于断电状态；

所述第二控制电路用于泄放所述第一滤波电容中的电能。

较佳地，所述第一控制电路包括第一晶体管和第二晶体管；

所述第一晶体管分别与所述第二晶体管、所述电源输入端和所述控制芯片的电源引脚电连接；

所述第二晶体管与所述硬件看门狗芯片的复位信号输出引脚电连接。

较佳地，所述第一晶体管为pmos管(p沟道mos管)，所述第二晶体管为npn型三极管(一种三极管)；

所述第一控制电路还包括第一电阻和第二电阻；

所述第一晶体管的源极与所述电源输入端电连接，所述第一晶体管的漏极与所述控制芯片的电源引脚电连接，所述第一晶体管的栅极与所述第二晶体管的集电极电连接；

所述第一电阻的一端与所述硬件看门狗芯片的复位信号输出引脚电连接，所述第一电阻的另一端分别与所述第二电阻的一端和所述第二晶体管的基极电连接，所述第二电阻的另一端和所述第二晶体管的发射极均接地。

较佳地，所述第二控制电路包括第三晶体管；

所述晶体管分别与所述电源输入端、所述控制芯片的电源引脚和接地端电连接。

较佳地，所述断电保护电路还包括第三电阻；

所述第三晶体管为nmos管(n沟道mos管)；所述第二控制电路还包括第四电阻；

所述第三电阻的一端分别与所述电源输入端和所述第一晶体管的源极电连接，所述第三电阻的另一端分别与所述第一晶体管的栅极和所述第三晶体管的栅极电连接，所述第三晶体管的漏极与所述第四电阻的一端电连接，所述第四电阻的另一端与所述控制芯片的电源引脚电连接，所述第三晶体管的源极接地。

较佳地，所述断电保护电路还包括第二滤波电容；

所述第二滤波电容的一端分别与所述电源输入端和所述硬件看门狗芯片的电源输入引脚电连接，所述第二滤波电容的另一端接地；和/或，

所述周期信号包括方波周期信号。

较佳地，所述硬件看门狗芯片的复位信号输出引脚在产生所述低电平信号的设定时间后，自动产生所述高电平信号以触发所述控制芯片进行复位重启。

本发明还提供一种控制芯片的软件升级电路，所述软件升级电路包括上述的控制芯片的断电保护电路，所述软件升级电路还包括连接单元；

所述连接单元的一端与所述电源输入端电连接，所述连接单元的另一端与所述控制芯片的电源引脚电连接；

当不需要对所述控制芯片进行软件升级时，所述连接单元处于断开状态；当需要对所述控制芯片进行软件升级时，所述控制芯片用于控制所述连接单元闭合。

较佳地，所述连接单元包括计时控制电路；

其中，所述计时控制电路在闭合设定时间后自动断开。

本发明还提供一种控制系统，所述控制系统包括上述的所述控制芯片的软件升级电路，所述控制系统还包括所述控制芯片。

较佳地，所述控制芯片包括微控制器。

本发明的积极进步效果在于：

本发明中的断电保护电路包括两路控制电路，使得当mcu处于正常工作状态时第一控制电路正常向mcu供电，第二控制电路不工作；当mcu处于非正常工作状态时，则第一控制电路不工作，mcu断电，第二控制电路泄放滤波电容中的电能，即实现采用断电复位的方式对mcu发生故障的情况进行处理，同时能够及时泄放掉滤波电容中的电能以保证对mcu进行有效复位重启；另外，通过在断电保护电路中增设计时控制电路，实现在不拆卸、不替换、不断电的情况下维护人员可以随时对mcu进行软件升级，而不会因硬件看门狗电路产生复位信号使mcu升级无法正常进行，有效地解决了现有无法对mcu进行单独的软件升级操作的问题，降低了维护成本，具有操作快速且便捷的优点。

附图说明

图1为现有的控制系统中控制芯片的复位电路示意图。

图2为本发明实施例1的控制芯片的断电保护电路的结构示意图。

图3为本发明实施例1的控制芯片的断电保护电路的电路结构示意图。

图4为本发明实施例2的控制芯片的软件升级电路的结构示意图。

图5为本发明实施例2的控制芯片的软件升级电路的第一电路示意图。

图6为本发明实施例2的控制芯片的软件升级电路的第二电路示意图。

图7为本发明实施例3的控制系统的结构示意图。

具体实施方式

下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

实施例1

如图2所示，本实施例的控制芯片的断电保护电路包括硬件看门狗芯片u1、第一控制电路1、第二控制电路2和第一滤波电容c1。

第一控制电路1的第一端与电源输入端a电连接，第一控制电路1的第二端与硬件看门狗芯片u1的复位信号输出引脚电连接，第一控制电路1的第三端与控制芯片的电源引脚电连接；

第二控制电路2的第一端与电源输入端a电连接，第二控制电路2的第二端分别与控制芯片的电源引脚和第一滤波电容c1的一端电连接，第一滤波电容c1的另一端接地。

硬件看门狗芯片u1的周期信号输入端与控制芯片u2的周期信号输出端电连接；

其中，周期信号包括但不限于方波周期信号。

当硬件看门狗芯片u1能够接收到控制芯片输出的周期信号时，硬件看门狗芯片u1的复位信号输出引脚产生高电平信号；

其中，第一控制电路1用于根据高电平信号给控制芯片的电源引脚供电，第一滤波电容c1用于存储电能，第二控制电路2不工作；

当硬件看门狗芯片u1接收不到控制芯片输出的周期信号时，硬件看门狗芯片u1的复位信号输出引脚产生低电平信号；

其中，第一控制电路1不工作，控制芯片处于断电状态；

第二控制电路2用于泄放第一滤波电容c1中的电能。

另外，硬件看门狗芯片u1的复位信号输出引脚在产生低电平信号的设定时间后，自动产生高电平信号以触发控制芯片进行复位重启。

具体地，如图3所示，第一控制电路1包括第一晶体管q1和第二晶体管q2；

第一晶体管q1分别与第二晶体管q2、电源输入端a和控制芯片u2的电源引脚vcc电连接。

第二晶体管q2与硬件看门狗芯片u1的复位信号输出引脚m_rst电连接。

优选地，第一晶体管q1为pmos管，第二晶体管q2为npn型三极管；

第一控制电路1还包括第一电阻r1和第二电阻r2；

第一晶体管q1的源极与电源输入端a电连接，第一晶体管q1的漏极与控制芯片u2的电源引脚vcc电连接，第一晶体管q1的栅极与第二晶体管q2的集电极电连接；

第一电阻r1的一端与硬件看门狗芯片u1的复位信号输出引脚m_rst电连接，第一电阻r1的另一端分别与第二电阻r2的一端和第二晶体管q2的基极电连接，第二电阻r2的另一端和第二晶体管q2的发射极均接地。

其中，硬件看门狗芯片u1中in引脚为芯片电源输入引脚，wdi为方波周期信号输入引脚，复位信号输出引脚m_rst默认为高电平，gnd为接地引脚。

第二控制电路2包括第三晶体管q3。

晶体管分别与电源输入端a、控制芯片u2的电源引脚vcc和接地端电连接。

优选地，第三晶体管q3为nmos管；

本实施例的断电保护电路还包括第三电阻r3，第二控制电路2还包括第四电阻r4。具体地，第三电阻r3的一端分别与电源输入端a和第一晶体管q1的源极电连接，第三电阻r3的另一端分别与第一晶体管q1的栅极和第三晶体管q3的栅极电连接，第三晶体管q3的漏极与第四电阻r4的一端电连接，第四电阻r4的另一端与控制芯片u2的电源引脚vcc电连接，第三晶体管q3的源极接地。

其中，第一电阻r1、第二电阻r2和第三电阻r3均为普通电阻，第四电阻r4为功率电阻(阻值相对较小)，可以设置在100欧姆左右，第三晶体管q3为nmos管，可以通过很大的电流，用于给第四电阻放电使用，相当于放电电阻。

断电保护电路还包括第二滤波电容c2；

第二滤波电容c2的一端分别与电源输入端a和硬件看门狗芯片u1的电源输入引脚电连接，第二滤波电容c2的另一端接地。

本实施例的断电保护电路的工作原理如下：

在控制芯片u2处于正常工作状态时，控制gpio引脚持续输出方波周期信号给到硬件看门狗芯片u1的wdi引脚，此时m_rst引脚持续输出高电平信号，第一晶体管q1、第二晶体管q2均处于打开的工作状态，电源输入端a供电正常的从第一晶体管q1通过给到控制芯片u2，q3处于关闭状态，第四电阻r4不消耗电能，第一滤波电容c1存储电能，防止电压发生波动。

当电源输入端a输入的供电异常中断或者控制芯片u2工作异常时，gpio引脚无法正常输出方波周期信号给到硬件看门狗芯片u1，m_rst引脚产生低电平信号，第二晶体管q2关闭，引起第一晶体管q1关闭，第三晶体管q3打开，供电不能正常的从第一晶体管q1通过来供给控制芯片u2，导致控制芯片u2断电关机；同时，第一滤波电容c1中存储的电能通过第四电阻r4和第三晶体管q3及时的进行消耗和泄放，因此该断电保护电路对mcu电路系统中出现故障情况时断电复位和断电保护作用。

本实施例中，断电保护电路包括两路控制电路，使得当控制芯片处于正常工作状态时第一控制电路正常向控制芯片供电，第二控制电路不工作；当控制芯片处于非正常工作状态时，则第一控制电路不工作，控制芯片断电，第二控制电路泄放滤波电容中的电能，以保证对控制芯片进行有效复位重启。

实施例2

本实施例的控制芯片的软件升级电路包括实施例1的控制芯片的断电保护电路。

如图4所示，软件升级电路还包括连接单元3；

连接单元3的一端与电源输入端a电连接，连接单元3的另一端与控制芯片u2的电源引脚vcc电连接；

当未开始对控制芯片u2进行软件升级时，连接单元3处于断开状态(即连接单元3的常态为断开状态)。

当需要对控制芯片u2进行软件升级时，控制芯片u2用于控制连接单元3将电源输入端a与控制芯片u2的电源引脚vcc连接；

当对控制芯片u2进行软件升级后，连接单元3自动默认恢复至断开状态。

其中，连接单元3包括但不限于计时控制电路、开关。

当不需要对控制芯片进行软件升级时，连接单元处于断开状态。如图5所示，当连接单元3包括计时控制电路k且需要对控制芯片u2进行软件升级时，可以通过手动控制的方式闭合计时控制电路k以保证电源输入端a给控制芯片u2供电以完成软件升级；或，通过控制芯片u2向计时控制电路k发送一控制信号以控制计时控制电路k闭合以保证电源输入端a给控制芯片u2供电以完成软件升级。

其中，无论手动控制还是信号控制，计时控制电路k都会在闭合设定时间后会自动断开，即一般情况其处于断开状态，只有在有软件升级需求的时候才需要闭合。

如图6所示，当连接单元3为开关时，通过手动的方式将连接端点b和端点c的开关闭合，使电源输入端a的供电经过端点b和端点c直接给到控制芯片u2，然后再给控制芯片u2进行软件升级；此时硬件看门狗电路产生的复位信号即使关闭了q1和q2且打开q3，也能保证控制芯片u2能正常供电不会被断电，从而保证控制芯片u2的软件升级操作正常进行。升级完成后，再断开端点b和端点c之间连接，使得整个mcu电路系统自动恢复正常工作状态。

本实施例中，通过在断电保护电路中增设计时控制电路，实现在不拆卸、不替换、不断电的情况下维护人员可以随时对mcu进行软件升级，而不会因硬件看门狗电路产生复位信号使mcu升级无法正常进行，有效地解决了现有无法对mcu进行单独的软件升级操作的问题，降低了维护成本，具有操作快速且便捷的优点。

实施例3

如图7所示，本实施例的控制系统包括实施例3中的控制芯片的软件升级电路。

控制系统还包括控制芯片u2。其中，控制芯片u2包括但不限于微控制器。

本实施例中的控制系统中，能够在控制芯片发生处于非正常工作状态时对mcu断电，并对滤波电容进行泄放以保证对控制芯片进行有效复位重启；能够控制计时控制电路随时进行mcu的软件升级操作，实现在不拆卸、不替换、不断电的情况下维护人员可以随时对mcu进行软件升级，有效地解决了现有无法对控制芯片进行单独的软件升级操作的问题，降低了维护成本，提高了操作效率和便捷性。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。