C51單片機(jī)看門(mén)狗電路及程序設(shè)計(jì)方案

1、c51單片機(jī)看門(mén)狗電路及程序設(shè)計(jì)方案院系：信息工程學(xué)院年級(jí)：2010級(jí)電子一班 劉禹豪電子一班 趙訓(xùn)虎電子二班 鄧啟新一、 引言在由單片機(jī)構(gòu)成的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，程序的正常運(yùn)行常常會(huì)因?yàn)閬?lái)自外界的電磁場(chǎng)干擾等原因而被打斷，從而造成程序的跑飛，而陷入死循環(huán)。由此導(dǎo)致單片機(jī)控制的系統(tǒng)無(wú)法繼續(xù)工作，造成整個(gè)系統(tǒng)的陷入停滯狀態(tài)，發(fā)生不可預(yù)料的后果，所以出于對(duì)單片機(jī)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的考慮，便產(chǎn)生了一種專門(mén)用于監(jiān)測(cè)單片機(jī)程序運(yùn)行狀態(tài)的芯片或程序，俗稱看門(mén)狗(watchdog) （1）看門(mén)狗電路基本原理看門(mén)狗電路的應(yīng)用，使單片機(jī)可以在無(wú)人狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)連續(xù)工作，其工作原理是:看門(mén)狗芯片和單片機(jī)的一個(gè)i/o引

2、腳相連 此處設(shè)計(jì)原理實(shí)際上為下文中硬件看門(mén)狗設(shè)計(jì)思路。*，該i/o引腳通過(guò)程序控制它定時(shí)地往看門(mén)狗的這個(gè)引腳上送入高電平（或低電平），這一程序語(yǔ)句是分散地放在單片機(jī)其他控制語(yǔ)句中間的，一旦單片機(jī)由于干擾造成程序跑飛后而陷入某一程序段 進(jìn)入死循環(huán)狀態(tài)時(shí)，寫(xiě)看門(mén)狗引腳的程序便不能被執(zhí)行，這個(gè)時(shí)候，看門(mén)狗電路就會(huì)由于得不到單片機(jī)送來(lái)的信號(hào)，便在它和單片機(jī)復(fù)位引腳相連的引腳上送出一個(gè)復(fù)位信號(hào)，使單片機(jī)發(fā)生復(fù)位，即程序從程序存儲(chǔ)器的起始位置開(kāi)始執(zhí)行，這樣便實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)的自動(dòng)復(fù)位。（2）看門(mén)狗電路一般設(shè)計(jì)方式“看門(mén)狗”電路一般分為硬件看門(mén)狗與軟件看門(mén)狗兩種設(shè)計(jì)方式。硬件看門(mén)狗是利用了一個(gè)定時(shí)器，來(lái)監(jiān)控主程

3、序的運(yùn)行，也就是說(shuō)在主程序的運(yùn)行過(guò)程中，我們要在定時(shí)時(shí)間到之前對(duì)定時(shí)器進(jìn)行復(fù)位。如果出現(xiàn)死循環(huán)，或者說(shuō)pc指針不能回來(lái)，那么定時(shí)時(shí)間到后就會(huì)使單片機(jī)復(fù)位。常用的wdt芯片如max813,5045,imp 813等，價(jià)格410元不等.軟件看門(mén)狗技術(shù)的原理和硬件看門(mén)狗類似，只不過(guò)是用軟件的方法實(shí)現(xiàn)（即利用單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器資源，通過(guò)編程模擬硬件看門(mén)狗工作方式），以51系列為例：因在51單片機(jī)中有兩個(gè)定時(shí)器，在利用內(nèi)部定時(shí)器資源來(lái)對(duì)主程序的運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)控時(shí)?？梢詫?duì)t1（或t0）設(shè)定一定的定時(shí)時(shí)間（設(shè)定的定時(shí)值要小于主程序的運(yùn)行時(shí)間），當(dāng)產(chǎn)生定時(shí)中斷的時(shí)候?qū)σ粋€(gè)變量進(jìn)行賦值（此變量在主程序運(yùn)行的開(kāi)始已有一

4、個(gè)初值）。當(dāng)主程序運(yùn)行至最后時(shí)對(duì)此變量的值進(jìn)行判斷，如果值發(fā)生了預(yù)期的變化，就說(shuō)明t0中斷正常，如果沒(méi)有發(fā)生變化則使程序復(fù)位?？紤]到設(shè)計(jì)要求，本設(shè)計(jì)采用軟件看門(mén)狗設(shè)計(jì)思路。二、 看門(mén)狗電路整體設(shè)計(jì)思路根據(jù)設(shè)計(jì)要求，本設(shè)計(jì)利用c51單片機(jī)內(nèi)部自帶的定時(shí)器1進(jìn)行編程，并配合少量電路實(shí)現(xiàn)“看門(mén)狗“電路功能。整個(gè)設(shè)計(jì)分為軟件部分與硬件部分，如下：（1） 軟件部分設(shè)計(jì)原理：軟件設(shè)計(jì)分為三部分：“看門(mén)狗“定時(shí)器設(shè)置程序、溢出中斷服務(wù)程序和喂狗代碼。1.1設(shè)計(jì)思路：1）在主程序開(kāi)頭，“看門(mén)狗“定時(shí)器設(shè)置程序設(shè)置定時(shí)器1計(jì)時(shí)50ms。2）當(dāng)定時(shí)達(dá)50ms時(shí)，定時(shí)器1產(chǎn)生溢出中斷，溢出中斷服務(wù)程序開(kāi)始工作，將看

5、門(mén)狗標(biāo)志num加1。當(dāng)num的值等于100時(shí)，說(shuō)明看門(mén)狗定時(shí)器已經(jīng)計(jì)時(shí)5s，此時(shí)，單片機(jī)i/o端口p1.0輸出高電平，對(duì)程序進(jìn)行復(fù)位。3）在此過(guò)程中，喂狗代碼將被穿插于程序中循環(huán)體末尾。當(dāng)循環(huán)體結(jié)束時(shí)，喂狗代碼執(zhí)行，關(guān)閉定時(shí)器1、清空num并重新初始化定時(shí)器設(shè)置。若循環(huán)體進(jìn)入死循環(huán)，喂狗代碼無(wú)法執(zhí)行，num將一直累加至100，此時(shí)程序復(fù)位。注：喂狗代碼放置位置可根據(jù)num預(yù)計(jì)數(shù)值進(jìn)行調(diào)整：當(dāng)num門(mén)限值較小，即看門(mén)狗計(jì)數(shù)時(shí)間較短時(shí)，喂狗代碼可放于程序中各循環(huán)體之后或均勻分布于整個(gè)主程序中。當(dāng)num門(mén)限值較大，即看門(mén)狗計(jì)數(shù)時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，喂狗代碼可放于程序主循環(huán)體末尾。但是需注意看門(mén)狗計(jì)數(shù)時(shí)間必須長(zhǎng)

6、于正常工作時(shí)間，以免非正常復(fù)位。1.2軟件設(shè)計(jì)流程圖：start定時(shí)器1主程序寄存器累加定時(shí)器1設(shè)置溢出中斷開(kāi)定時(shí)器1循環(huán)中斷服務(wù)程序喂狗代碼num+1nonum=100？yes復(fù)位以下為三部分詳細(xì)程序設(shè)計(jì)1.3“看門(mén)狗“定時(shí)器設(shè)置程序：“看門(mén)狗“定時(shí)器設(shè)置程序?qū)Χ〞r(shí)器1進(jìn)行設(shè)置。設(shè)定時(shí)器1為工作方式1。設(shè)m為工作方式1下，定時(shí)器最大計(jì)數(shù)值，可知m=65536。所以，設(shè)定時(shí)器1的初值為x，則初值x與機(jī)器周期i機(jī)及定時(shí)時(shí)間t的關(guān)系為：(m-x)t機(jī) = t (1)其中：t機(jī) =12個(gè)時(shí)鐘周期 =12 /fosc。所以，定時(shí)器1的初值為：x = mt/ t機(jī) (2)因此，當(dāng)t1工作于方式1，定時(shí)時(shí)

7、間為50ms，時(shí)鐘頻率fosc=12mhz時(shí)，可知：x=m- t/ t機(jī) = 65536-50000/1 =15536=3cb0h所以，“看門(mén)狗“定時(shí)器設(shè)置程序清單（c語(yǔ)言）如下：tmod=0x10; /設(shè)置tmod寄存器，定時(shí)器1設(shè)為方式1 tl1=0xb0; /設(shè)置定時(shí)器初值低8位 th1=0x3c; /設(shè)置定時(shí)器初值高8位，設(shè)置為計(jì)時(shí)50ms et1=1; /開(kāi)定時(shí)器1溢出中斷 ea=1; /開(kāi)總中斷控制 tf1=0; /定時(shí)器1溢出中斷標(biāo)志清零 tr1=1; /開(kāi)定時(shí)器11.4溢出中斷服務(wù)程序：溢出中斷服務(wù)程序?yàn)槎〞r(shí)器1溢出中斷服務(wù)程序，每執(zhí)行一次，num加1，并判斷num是否達(dá)到10

8、0，即計(jì)時(shí)5s。若已達(dá)到5s，i/o口p1.0輸出復(fù)位信號(hào)。溢出中斷服務(wù)程序清單（c語(yǔ)言）如下：void int_t1() interrupt 3 using 3 /定時(shí)器1溢出中斷服務(wù)程序num+; /每溢出一次標(biāo)志加1if (num=100) /當(dāng)標(biāo)志等于100時(shí)，即計(jì)時(shí)5s p1=(0x01); /p1.0輸出1 1.5喂狗代碼：喂狗代碼主要功能為暫時(shí)關(guān)定時(shí)器1，定時(shí)器1寄存器清零，看門(mén)狗標(biāo)志num清零和重新開(kāi)啟定時(shí)器1.喂狗代碼程序清單（c語(yǔ)言）如下：tr1=0; /喂狗代碼，關(guān)定時(shí)器1 tl1=0xb0; /重新設(shè)置定時(shí)器初值 th1=0x3c; tf1=0; /定時(shí)器1溢出中斷標(biāo)志

9、清零 tr1=1; /開(kāi)定時(shí)器11.6完整測(cè)試程序清單完整測(cè)設(shè)程序分為兩部分，以一個(gè)正向運(yùn)行一次的流水燈程序和逆向無(wú)限循環(huán)流水燈程序組成。在正向進(jìn)行一次流水燈程序時(shí)，看門(mén)狗代碼不會(huì)復(fù)位單片機(jī)；逆向無(wú)限循環(huán)流水燈程序時(shí)，延時(shí)5s，看門(mén)狗復(fù)位單片機(jī)。完整測(cè)試程序清單（c語(yǔ)言）如下：#include reg51.h#include stdio.hunsigned int i,num; /設(shè)置變量unsigned char temp;void delay(unsigned int t); /聲明delay函數(shù)int main() num=0; /看門(mén)狗復(fù)位標(biāo)志 p1=(0x00); /將p1口賦值為0

10、 tmod=0x10; /設(shè)置tmod寄存器，定時(shí)器1設(shè)為方式1 tl1=0xb0; /設(shè)置定時(shí)器初值低8位 th1=0x3c; /設(shè)置定時(shí)器初值高8位，設(shè)置為計(jì)時(shí)50ms et1=1; /開(kāi)定時(shí)器1溢出中斷 ea=1; /開(kāi)總中斷控制 tf1=0; /定時(shí)器1溢出中斷標(biāo)志清零 tr1=1; /開(kāi)定時(shí)器1 temp=0x01; /流水燈狀態(tài)標(biāo)志 for(i=0;i8;i+) /流水燈程序（1） p0=temp; /點(diǎn)亮p0口對(duì)應(yīng)的led delay(100); temp=1; /點(diǎn)亮的led燈前移一位 tr1=0; /喂狗代碼，關(guān)定時(shí)器1 tl1=0xb0; /重新設(shè)置定時(shí)器初值 th1=0x

11、3c; tf1=0; /定時(shí)器1溢出中斷標(biāo)志清零 tr1=1; /開(kāi)定時(shí)器1 while(1) /流水燈程序（2） /倒序，無(wú)限循環(huán) temp=0x80; for(i=0;i=1; tr1=0; /喂狗代碼 tl1=0xb0; th1=0x3c; tf1=0; tr1=1; num=0; return 0;void delay(unsigned int t) /延時(shí)子程序 register unsigned int bt; for(;t;t-) for(bt=0;bt255;bt+); void int_t1() interrupt 3 using 3 /定時(shí)器1溢出中斷服務(wù)程序 num+;

12、/每溢出一次標(biāo)志加1 if (num=100) /當(dāng)標(biāo)志等于100時(shí)，即計(jì)時(shí)5s p1=(0x01); /p1.0輸出1 完整測(cè)試程序清單（c語(yǔ)言反匯編版）如下：q0000: ljmp q00ab q0003: push acc inc 0ah mov a,0ah jnz q000d inc 09h q000d: xrl a,#64h orl a,09h jnz q0016 mov p1,#0feh q0016: pop acc reti nop nop ljmp q0003 q001e: clr a mov 09h,a mov 0ah,a mov p1,#0ffh mov tmod,#10h

13、 mov tl1,#0b0h mov th1,#3ch setb et1 setb ea clr tf1 setb tr1 mov 08h,#01h mov 0bh,a mov 0ch,a q003e: lcall q0089 mov a,08h add a,acc mov 08h,a inc 0ch mov a,0ch jnz q004f inc 0bh q004f: clr c subb a,#08h mov a,0bh subb a,#00h jc q003e clr tr1 mov tl1,#0b0h mov th1,#3ch clr tf1 setb tr1 q0064: mov 0

14、8h,#80h clr a mov 0bh,a mov 0ch,a q006c: lcall q0089 mov a,08h clr c rrc a mov 08h,a inc 0ch mov a,0ch jnz q007d inc 0bh q007d: clr c subb a,#08h mov a,0bh subb a,#00h jc q006c sjmp q0064 ret q0089: mov a,08h cpl a mov p0,a mov r7,#64h mov r6,#00h q0092: mov a,r7 orl a,r6 jz q00aa clr a mov r5,a mov r4,a q0099: inc r5 cjne r5,#00h,q009e inc r4 q009e: mov a,r5 cpl a orl a,r4 jnz q0099 mov a,r7 dec r7 jnz q0092 dec