1.看门狗技术的的简介摘要:在实验中开发出来的各种控制小系统经常会出现运行不稳定、死机或停不了机即程序跑飞等现象,这是由于恶劣的工业现场环境如大功率感性负载的干扰所至。

基于单片机的“看门狗”技术能解决这个问题。

B本文分别介绍用软件和硬件来实现“看门狗”技术。

关键词:;单片机抗干扰;“看门狗”技术运用目前，单片机有8位和16位之分，其型号非常多，有PIC、MSP430等微功耗型，也有MCS 一51／98、A—Duc812、Motorola、EPSON等非低微功耗型。

单片机广泛应用于长度、温度、力学、流量、电学、化学等专业的各种智能仪表中，这些仪表有些应用在有强磁场、电源尖峰、电火花等外界干扰的场合中，这些干扰有可能造成仪表中单片机的程序运行出现“跑飞”现象，引起程序混乱，输出或显示不正确，甚至“死机”。

为了提高仪表可靠性及抗外界干扰能力，通常在智能仪表中采用“看门狗”技术。

所谓的看门狗技术实际上是一个监视定时器，它的定时时间为固定不变，一旦定时时间到，电路就产生复位信号或中断信号。

当程序正常运行时，在小于定时时间隔内，单片机输出一信号刷新定时器，定时器处于不断的重新定时过程，因此看门狗电路就不会产生复位信号或中断信号，反之，当程序因出现干扰而“跑飞”时，单片机不能刷新定时器，产生复位信号或产生中断信号使单片机复位或中断，在中断程序中使其返回到起始程序，恢复正常。

一般来说，很多智能仪表采用外部硬件看门狗来确保程序因出现干扰而“跑飞”时能正常运行。

因为如果用软件方法来实现这种功能，在有有干扰的情况下，程序可能因为无法读取而失败。

2 硬件“看门狗”技术的实现硬件“看门狗”技术实施起来则显得更为简单、可靠。

特别是对于硬件工程师来讲最为方便。

下面就通过自行设计的“生物组织自动脱水机的智能控制系统”中的抗干扰复位口,介绍硬件“看门狗”技术的实现方法。

生物组织脱水机智能控制系统硬件由89C51单片机、2864EEPROM、27512EPROM、6264SRAM、ADC0809、MGLS240128T液晶显示模块、键盘输入电路和CD4060硬件“看门狗”电路等组成。

其电路示意图如图1所示。

图1 硬件电路示意图主控单片机选用ATMEL公司AT89C51系列单片机中结构最紧凑、体积最小的AT89C2051,外接一片2864作为程序存储器,再选用一片27512和一片6264作为存放调试程序和运行程序的中间数据及最后结果。

液晶屏选用内藏T6963C控制器型MGLS240128T液晶显示模块,支持图形和文本两种显示方式,有8位数据总线、10位控制线和电源线,连接时,单片机利用数据总线和控制信号,直接采用I/O设备访问形式控制液晶屏。

抗干扰复位口的工作原理:为了提高系统的抗干扰能力.防止程序进入死循环,采用了14位二进制串行计数/定时器CD4060构成了“看门狗”。

在正常工作时,安插在循环程序中的清除脉冲信号能够周期性地消除“看门狗”定时器的定时时间,换句话说就是用硬件“喂狗”,使“看门狗”定时器不会溢出。

当系统受到干扰使程序“跑飞”时,循环程序中的清除脉冲的周期性信号则消失,则停止了“喂狗”。

此时“看门狗”定时器中的定时时间由于得不到及时消除而产生溢出,立即通过14位二进制串行计数/定时器CD4060的Q14端、二极管D2给单片机AT89C2051的RST端发出一个复位信号(正脉冲) ,使系统复位并重新开始启动。

其电路图如图2所示。

此外,在程序中,我们把RAM分成两部分:运行存储器和备份存储器。

备份存储器再分为二个区,存放数据时,将它们存放在三个相对远离分散的区域内,建立双重备份数据。

在CPU受到干扰而造成程序“乱飞”时,即使RAM中保存的原始数据、标志、变量等遭到破坏,在系统复位后,也可立即利用备份RAM进行自检和恢复,保证了系统的正常运行。

图23 软件看门狗原理软件看门狗技术的原理和这差不多，只不过是用软件的方法实现，我们还是以51系列来讲，我们知道在51单片机中有两个定时器，我们就可以用这两个定时器来对主程序的运行进行监控。

我们可以对T0设定一定的定时时间，当产生定时中断的时候对一个变量进行赋值，而这个变量在主程序运行的开始已经有了一个初值，在这里我们要设定的定时值要小于主程序的运行时间，这样在主程序的尾部对变量的值进行判断，如果值发生了预期的变化，就说明T0中断正常，如果没有发生变化则使程序复位。

对于T1我们用来监控主程序的运行，我们给T1设定一定的定时时间，在主程序中对其进行复位，如果不能在一定的时间里对其进行复位，T1 的定时中断就会使单片机复位。

在这里T1的定时时间要设的大于主程序的运行时间，给主程序留有一定的的裕量。

而T1的中断正常与否我们再由T0定时中断子程序来监视。

这样就够成了一个循环，T0监视T1，T1监视主程序，主程序又来监视T0，从而保证系统的稳定运行。

51 系列有专门的看门狗定时器,对系统频率进行分频计数,定时器溢出时,将引起复位.看门狗可设定溢出率,也可单独用来作为定时器使用.凌阳61的看门狗比较单一，一个是时间单一，第二是功能在实际的使用中只需在循环当中加入清狗的指令就OK了。

C8051Fxxx单片机内部也有一个21位的使用系统时钟的定时器，该定时器检测对其控制寄存器的两次特定写操作的时间间隔。

如果这个时间间隔超过了编程的极限值，将产生一个WDT复位。

看门狗使用注意：大多数51 系列单片机都有看门狗,当看门狗没有被定时清零时,将引起复位。

这可防止程序跑飞。

设计者必须清楚看门狗的溢出时间以决定在合适的时候，清看门狗。

清看门狗也不能太过频繁否则会造成资源浪费。

程序正常运行时，软件每隔一定的时间(小于定时器的溢出周期)给定时器置数，即可预防溢出中断而引起的误复位。

看门狗运用：看门狗是恢复系统的正常运行及有效的监视管理器（具有锁定光驱，锁定任何指定程序的作用，可用在家庭中防止小孩无节制地玩游戏、上网、看录像）等具有很好的应用价值.系统软件"看门狗"的设计思路1.看门狗定时器T0的设置。

在初始化程序块中设置T0的工作方式，并开启中断和计数功能。

系统Fosc=12 MHz，T0为16位计数器，最大计数值为(2的10次方)-1=65 535，T0输入计数频率是．Fosc/12，溢出周期为(65 535+1)／1=65 536(μs)。

2.计算主控程序循环一次的耗时。

考虑系统各功能模块及其循环次数，本系统主控制程序的运行时间约为16．6 ms。

系统设置"看门狗"定时器T0定时30 ms(T0的初值为65 536-30 000=35 536)。

主控程序的每次循环都将刷新T0的初值。

如程序进入"死循环"而T0的初值在30 ms内未被刷新，这时"看门狗"定时器T0将溢出并申请中断。

3.设计T0溢出所对应的中断服务程序。

此子程序只须一条指令，即在T0对应的中断向量地址(000BH)写入"无条件转移"命令，把计算机拖回整个程序的第一行，对单片机重新进行初始化并获得正确的执行顺序。

4.实现看门狗技术的几种类型1 uP监视器构成看门狗电路在非低微功耗智能仪表中，可用uP监视器(如MAX7 X×、X2504 X等1设计硬件看门狗电路，以MAX706P为例(具体电路如图1)看门狗电路。

该电路具有手动复位、看门狗、电压监视功能。

看门狗工作原理：MAX706的内部看门狗定时器定时时间为1．6秒，如果在1．6秒内，看门狗输入脚WDI保持为规定电平(高电平或低电平)，看门狗输出端丽变为低电平，二极管D导通，使低电平加到复位端，MAX706产生复位信号RESET使单片机复位，直到复位后看门狗被清零，丽才变为高电平。

当WDI有一个跳变沿(上升沿或下降沿)信号时，看门狗定时器被清零。

如图I所示，将WDI端与单片机某I／0输出端相连，程序只要在小于1．6秒内将该I／0端取反一次，使定时器清零而重新计数，不产生超时溢出，程序正常运行。

当程序“跑飞”时，不能执行产生跳变指令，到1．6秒时，丽因超时溢出而变为低电平，产生复位信号使单片机复位。

由于uP监视器构成看门狗电路的工作静态电流大，因此，只能用于对功耗要求不高的智能仪表中。

2 TTL型看门狗电路根据看门狗工作原理，看门狗电路至少包括脉冲产生电路和定时计数器电路。

由CD4060和32．768Hz石英晶振组成脉冲产生电路，产生4Hz脉冲源。

74LS293计数器对4Hz脉冲源进行计数，其输出端Q与单片机复位端RESET相连，单片机的某I／O端与74LS293的清零端R相连，程序在1．5秒之内输出一次由低到高且又由高到低的窄脉冲，输出端Q 一直为低电平，否则将输出为高电平，其工作原理同上。

实际电路如图2，该电路可用于低功耗的智能仪表中。

如采用MCS51／98单片机，用P1．2脚输出窄脉冲，可以在应用软件中适当处加入以下程序：ROCLK BIT P1．2 ；定义P1．2脚CLR ROCLK ；P1．2为低电平CLRSTART：SETB ROCLK ；P1．2为高电平NOP ；延时，输出窄脉冲CLR ROCLK ；P1．2为低电平CLREND：⋯．；复位结束3 CoMS型看门狗电路工作原理与rIfI'L型看门狗电路相似。

将74LS293计数器换成CD4024计数器，实际电路如图3。

由于该电路采用工作静态电流极小的CMOS集成电路，因此可用于微功耗的智能仪表特别是便携式、一体化仪表中。

经过现场实际使用，证明该电路是可靠的，仪表未出现程序无法运行和“死机”现象。

如采用MSP430F1IX单片机，用P1．0输出输出窄脉冲，可以在应用软件中适当处加入以下程序：BIS．B #001H，&P1DIR；P1．0为I／O输出，初始化MOV．B#000H，&P1OUT ；P1．0输出低电平CLRSTART：XOR．B#001H，&P1OUT ；P1．0输出求反，输出高电平NOP ；延时，输出窄脉冲XOR．B#001H，&P1OUT ；P1．0输出求反，输出低电平CLREND：⋯．；复位结束-参考文献：1：李群芳．单片微型计算机与接口技术．北京：电子工业示版社 1998 2：何立民. 单片机应用系统设计. 北京:北京航空航天大学出版社 1995 3. 周越主《单片机应用技术》·中国水利水电出版社·2009年4．李全利编·《单片机原理及应用技术》·高等教育出版社·2004年。