مدار watchdog سخت‌افزاری ساده برای ریست خودکار یا نظارت الکترونیکی

مداری برای ریست خودکار برد الکترونیکی در شرایط خاص یا نظارت بر وضعیتی خاص در یک برد الکترونیکی

اگر نیاز شد همزمان با فشردن کلید یا تغییر وضعیت (سطح) یک نقطه از مدار پالسی ایجاد شود یا یک خروجی به مدت مشخصی فعال شود یا مداری به صورت خودکار با رسیدن به وضعیتی ریست شود، در ساده‌ترین حالت با یک مدار مولتی‌ویبراتور مونواستابل و تایمر یا ترکیبی مانند آن قابل اجراست.
مداری که در این پست میکروشیپ ارائه شده نمونه ارزان و کارامدی است و شاید یک watchdog سخت افزاری ساده که برای تعمیرات و نظارت الکترونیکی هم می‌توانید استفاده کنید.
شاید زمانی که راه‌کارهای زیادی را برای تعمیر یک برد الکترونیکی امتحان کردید و زمان زیادی از شما گرفته است و بی نتیجه مانده این مدار بتواند هم شما را نجات دهد هم مشتری را! شاید صورت مساله را پاک کند شاید هم نه.. تنها راه حل باقی مانده باشد؛ برای تست و نظارت وضعیت هم می‌تواند استفاده شود. ادامه مطلب رو ببینید..

کاربرد این مدار

این مدار میکروشیپ همین‌کار را انجام می‌دهد.. برای مثال در هنگام تعمیر برد الکترونیکی نیاز به نظارت روی نقطه ای دارید یا اصلا به دلیل مشکلات نرم‌افزاری یک برد الکترونیکی یا مشکل پیچیده سخت‌افزاری و برای حل موقتی یا سریعتر مشکل نیاز به یک Reset Supervisor خارجی دارید.. خوب تراشه‌هایی برای اینکار ساخته شده است که تا زمان پایدار شدن (Stable) ولتاژ یا یک شرط خاص مدار یا MCU را در وضعیت توقف یا Reset نگه می‌دارد اما در اجرای ساده‌تر ممکن است نیاز شود در زمان فعال شدن کلیدی (مثلا کلید پاور) یا پایین آمدن سطح ولتاژ در نقطه‌ای مدار به صورت خودکار ریست شود یا همزمان با شرطی ریست هم صورت گیرد یا پالسی با زمان مشخص ارسال شود در اینصورت مدار جمع و جور و ارزان‌قیمتی که در این پست میکروشیپ ارائه شده کارش را به خوبی انجام می‌دهد..

تشریح عملکرد و ایده طراحی مدار

در حقیقت این یک مدار مولتی ویبراتور مونو استابل با تایمر است و پس از تحریک لحظه‌ای به مدت مشخصی خروجی را فعال می‌کند و در این کاربرد خاص می‌تواند به پین ریست یک میکروکنترلر که عموما دارای یک مدار RC است متصل شود. گاهی اوقات با این ریست خودکار می‌تواند شبیه یک watchdog (واچ‌‌داگ، سگ نگهبان ، تایمر سخت‌افزاری که پس از timeout یک برنامه یا رویداد یا قفل شدن (هنگ) سیستم را به صورت خودکار reset می‌کند) عمل کند و با رسیدن پالس یا وضعیت خاصی سیستم را ریست (راه اندازی مجدد) کند و تاخیر ناشی از حلقه (loop) نرم افزاری یا Interrupt (وقفه سخت‌افزاری) یا عیبی که موجب گیر افتادن فرایندی در برنامه یا بوت شدن صحیح یا ایجاد تاخیر شده و به راحتی قابل تعمیر نیست را دور بزند و به عنوان آخرین راه تعمیراتی فعلا شَرَّش را کم کند!
تعریف اصولی watchdog : واچ‌‌داگ به مکانیسم یا ابزاری گفته می‌شود که به صورت سخت‌افزاری یا نرم‌افزاری پیاده‌سازی می‌شود عملکرد صحیح یک سخت‌افزار یا نرم‌افزار را زیر نظر می‌گیرد و در صورت بروز «گیر» یا «آویختگی» (hang) یا ریست نشدن خودش در زمان یا شرایط مناسب توسط سیستم یا برنامه اصلی، با ری‌استارت کردن یا هشدار دادن، تلاش می‌کند سیستم را به حالت عملیاتی بازگرداند.
در این مدار اینطور در نظر گرفته شده که مشکل راه‌اندازی دستگاه اصلی با ریست شدن سریع همزمان با روشن شدن برطرف می‌شود و به نوعی دور زده می‌شود بنابر این ورودی مدار به کلیدی متصل است (مثلا کلید پاور دستگاه) یا حتی به نقطه مشخص از مدار که همواره pull-up (وضعیت پیش فرض : سطح منطقی 1 یا ولتاژ مثبت) و در زمان روشن شدن دستگاه این کلید یا نقطه سیگنال یا سطح منطقی 0 می‌گیرد.. موقعی که دستگاه دچار مشکل شد فشردن کلید یا سیگنال نقطه باعث ایجاد پالس با لبه منفی و چند لحظه فعال شدن خروجی مدار که جایگزین مکانیزم ریست برد اصلی شده و به دنبال آن ریست برد اصلی و راه اندازی میکروشیپ انجام می‌شود.
متناسب با نیاز و شرایط موجود می‌توانید مدار را تغییر دهید.

همانطور که در شماتیک می‌بینید از تراشه 7555 که نوع کم مصرف و با کیفیت‌تر آی‌سی معروف 555 است استفاده شده تا در ولتاژ‌های پایین نیز به خوبی کار کند. در مود مونواستابل یک فلیپ‌فلاپ S–R داریم زمانی که پالس ورودی S (Set)‌‌ به مقایسه‌گر تریگر (پایه 2) برسد خروجی فعال می‌شود و R1,C1 تعیین‌کننده زمان فعال بودن خروجی هستند (از رابطه T=1.1RC) البته شرایط خروجی و جریان مصرفی خروجی می‌تواند باعث اختلال و قطع خروجی پیش از زمان شود البته در این مدار کماکان نبضی که برای ریست در خروجی میکروشیپ لازم داریم فراهم است.
مدار مونواستابل یک مدار تک‌شات (one-shot) است، به این معنی که پس از تحریک، فقط یک پالس خروجی تولید می‌کند و مدت زمان تأخیر باید از زمان پالس تریگر ورودی بیشتر باشد تا مدار بتواند به درستی کار کند.

تحلیل مدار طراحی شده

وقتی لبه‌ی نزولی پالس کمتر از 1/3VCC به پایه 2 (SET) می‌رسد، مقایسه‌گر تریگر خروجی خود را فعال (S=1) می‌کند و خروجی «1» می‌شود.. سپس خازن C از طریق مقاومت R شروع به شارژ می‌کند و وقتی ولتاژ خازن از آستانه‌ی 2/3VCC (دو سوم تغذیه) گذر کند، مقایسه‌گر تری‌شولد (آستانه، the "threshold" refers to the voltage level that triggers a change in the output state) در نقش R=1 تلاش می‌کند فلیپ‌فلاپ را ریست کند.. ولی: اگر پایه 2 (تریگر) دائماً زمین باشد (S=1 ثابت) آنوقت به مقایسه‌گر تریگر همیشه S=1 تحمیل می‌شود و حتی وقتی خازن به 2/3VCC برسد و مقایسه‌گر تری‌شولد R (Reset)‌‌=1 (پایه 6) بدهد، ورودی S همچنان «فعال» (1) است و اولویتش از R بالاتر است.. بنابراین فلیپ‌فلاپ ریست نمی‌شود و خروجی همیشه «1» می‌ماند.. به همین خاطر ترکیب SW1 و R7 و C2 در این مدار تک شات ورودی هستند هربار یک لبه پایین رونده پالس به پایه SET (پایه 2 در ای‌سی 555) می‌رسد و خروجی پس از زمانی به صورت خودکار قطع می‌شود.

در خروجی نیز مدار RC (R4,C4) که معمولا به پایه ریست میکروکنترلر‌ها متصل است قرارداده شده (اگر روی برد اصلی دمونتاژ شده در این مدار با مقدار مناسب قرار دهید). توسط ترانزیستور معمولی خروجی ولتاژ منفی روی پایه ریست سوئیچ می‌شود. مقاومت R3 به منظور دشارژ آهسته‌تر خازن C4 قرار داده شده است و می‌توانید مقدار مناسب قرار دهید. اگر خازن C3 استفاده نشود شاید شاهد نوساناتی در خروجی باشید یا اینکه اصلا پالسی در خروجی ظاهر نشود. می‌توانید متناسب با ولتاژ تغذیه مقدار مناسبی برای R2,C3 انتخاب کنید.

مولتی ویبراتورهای مونو استابل (Monostable Multivibrator) معمولاً برای افزایش عرض یک پالس یا ایجاد تأخیر زمانی در مدار استفاده می‌شوند و مونواستابل تاخیری با دریافت یک پالس تریگر، از حالت پایدار خود به حالت ناپایدار موقت می‌رود و سپس پس از گذشت یک زمان مشخص، دوباره به حالت پایدار خود باز می‌گردد. زمان بازگشت به حالت پایدار، توسط اجزای مدار مانند مقاومت و خازن تعیین می‌شود. به همین دلیل به آن "تاخیری" گفته می‌شود.
از مونواستابل تاخیری می‌توان به عنوان تایمر برای ایجاد تأخیر زمانی در مدارهای مختلف استفاده کرد یا برای تولید پالس‌های با عرض مشخص یا برای تقویت یا شکل‌دهی پالس‌های ورودی یا برای کنترل روشن و خاموش شدن قطعات دیگر در یک مدار یا در مدارهای منطقی برای تشخیص لبه‌های بالا رونده یا پایین رونده یک پالس استفاده کرد.

یک فایل PCB برای این مدار طراحی شده که می‌توانید با کیفیت بالا از لینک زیر دانلود کنید :
(R7,C4,SW1 با فرض اینکه روی برد اصلی وجود دارد در این برد مدار چاپی جا داده نشده، مونتاژ LED R6,D1 هم ضروری نیست)

دانلود فایل مدار چاپی

(برای پرینت صحیح قابل انتقال به روش گرما یا لمینت و...
صفحه فایل PDF دانلود شده را با مقیاس یا اندازه (Scale) 100% بدون حاشیه (Margin) با پرینتر لیزری چاپ کنید)

اگر نکته‌ای در مورد این مطلب دارید، از طریق فرم ارسال نظر در پایین همین مطلب ارسال بفرمایید..

برگرفته از: مدار watchdog سخت‌افزاری ساده برای ریست خودکار یا نظارت الکترونیکی

مجموعه ارائه‌شده در میکروشیپ از منابع معتبر و کتاب‌های گوناگون اقتباس گرفته به همراه اطلاعات دیگر و نمونه‌های اختصاصی میکروشیپ به صورت اختصاصی پدید آمده است. مسئولیت کاربرد صحیح با کاربر (استفاده کننده) است. لطفا ابتدا "صفحه شرایط استفاده" را مطالعه نمایید، در صورت بازنشر میکروشیپ را در صفحه مقصد پیوند نمایید.
لطفا نظرات و ایده‌های جالب خود را با خوانندگان و میکروشیپ به اشتراک بگذارید_