C51單片機(jī)看門狗電路與程序的設(shè)計(jì)方案

..C51單片機(jī)看門狗電路及程序設(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)閬碜酝饨绲碾姶艌龈蓴_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)測的考慮,便產(chǎn)生了一種專門用于監(jiān)測單片機(jī)程序運(yùn)行狀態(tài)的芯片或程序,俗稱"看門狗"<watchdog>〔1看門狗電路基本原理看門狗電路的應(yīng)用,使單片機(jī)可以在無人狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)連續(xù)工作,其工作原理是:看門狗芯片和單片機(jī)的一個(gè)I/O引腳相連此處設(shè)計(jì)原理實(shí)際上為下文中硬件看門狗設(shè)計(jì)思路此處設(shè)計(jì)原理實(shí)際上為下文中硬件看門狗設(shè)計(jì)思路。〔2看門狗電路一般設(shè)計(jì)方式"看門狗"電路一般分為硬件看門狗與軟件看門狗兩種設(shè)計(jì)方式。硬件看門狗是利用了一個(gè)定時(shí)器,來監(jiān)控主程序的運(yùn)行,也就是說在主程序的運(yùn)行過程中,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PC指針不能回來,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,IMP813等,價(jià)格4~10元不等.軟件看門狗技術(shù)的原理和硬件看門狗類似,只不過是用軟件的方法實(shí)現(xiàn)〔即利用單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器資源,通過編程模擬硬件看門狗工作方式,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)行的開始已有一個(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,就說明T0中斷正常,如果沒有發(fā)生變化則使程序復(fù)位?？紤]到設(shè)計(jì)要求,本設(shè)計(jì)采用軟件看門狗設(shè)計(jì)思路?？撮T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：軟件部分設(shè)計(jì)原理：軟件設(shè)計(jì)分為三部分："看門狗"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在主程序開頭,"看門狗"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)程序開始工作,將看門狗標(biāo)志num加1。當(dāng)num的值等于100時(shí),說明看門狗定時(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門限值較小,即看門狗計(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門限值較大,即看門狗計(jì)數(shù)時(shí)間較長時(shí),喂狗代碼可放于程序主循環(huán)體末尾。但是需注意看門狗計(jì)數(shù)時(shí)間必須長于正常工作時(shí)間,以免非正常復(fù)位。1.2軟件設(shè)計(jì)流程圖：STARTSTART定時(shí)器1主程序定時(shí)器1主程序寄存器累加定時(shí)器1設(shè)置寄存器累加定時(shí)器1設(shè)置溢出中斷溢出中斷開定時(shí)器1開定時(shí)器1循環(huán)中斷服務(wù)程序循環(huán)中斷服務(wù)程序喂狗代碼num+1喂狗代碼num+1NoNonum=100？num=100？YesYes復(fù)位復(fù)位以下為三部分詳細(xì)程序設(shè)計(jì)1.3"看門狗"定時(shí)器設(shè)置程序："看門狗"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=M－T/T機(jī)<2>因此,當(dāng)T1工作于方式1,定時(shí)時(shí)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,"看門狗"定時(shí)器設(shè)置程序清單〔c語言如下：TMOD=0x10;//設(shè)置TMOD寄存器,定時(shí)器1設(shè)為方式1TL1=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)50msET1=1;//開定時(shí)器1溢出中斷EA=1;//開總中斷控制TF1=0;//定時(shí)器1溢出中斷標(biāo)志清零TR1=1;//開定時(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100,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語言如下：voidint_T1<>interrupt3using3//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,看門狗標(biāo)志num清零和重新開啟定時(shí)器1.喂狗代碼程序清單〔c語言如下：TR1=0;//喂狗代碼,關(guān)定時(shí)器1TL1=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)志清零TR1=1;//開定時(shí)器11.6完整測試程序清單完整測設(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),看門狗代碼不會(huì)復(fù)位單片機(jī)；逆向無限循環(huán)流水燈程序時(shí),延時(shí)5s,看門狗復(fù)位單片機(jī)。完整測試程序清單〔c語言如下：#include"reg51.h"#include"stdio.h"unsignedinti,num;//設(shè)置變量unsignedchartemp;voiddelay<unsignedintt>;//聲明delay函數(shù)intmain<>{num=0;//看門狗復(fù)位標(biāo)志P1=~<0x00>;//將P1口賦值為0TMOD=0x10;//設(shè)置TMOD寄存器,定時(shí)器1設(shè)為方式1TL1=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)50msET1=1;//開定時(shí)器1溢出中斷EA=1;//開總中斷控制TF1=0;//定時(shí)器1溢出中斷標(biāo)志清零TR1=1;//開定時(shí)器1temp=0x01;//流水燈狀態(tài)標(biāo)志for<i=0;i<8;i++>//流水燈程序〔1{P0=~temp;//點(diǎn)亮P0口對(duì)應(yīng)的LEDdelay<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1TL1=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)志清零TR1=1;//開定時(shí)器1while<1>//流水燈程序〔2{//倒序,無限循環(huán)temp=0x80;for<i=0;i<8;i++>{P0=~temp;delay<100>;temp>>=1;}}TR1=0;//喂狗代碼TL1=0xB0;TH1=0x3C;TF1=0;TR1=1;num=0;return0;}voiddelay<unsignedintt>//延時(shí)子程序{registerunsignedintbt;for<;t;t-->for<bt=0;bt<255;bt++>;}voidint_T1<>interrupt3using3//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}}完整測試程序清單〔c語言反匯編版如下：Q0000:LJMPQ00ABQ0003:PUSHACCINC0AHMOVA,0AHJNZQ000DINC09HQ000D:XRLA,#64HORLA,09HJNZQ0016MOVP1,#0FEHQ0016:POPACCRETINOPNOPLJMPQ0003Q001E:CLRAMOV09H,AMOV0AH,AMOVP1,#0FFHMOVTMOD,#10HMOVTL1,#0B0HMOVTH1,#3CHSETBET1SETBEACLRTF1SETBTR1MOV08H,#01HMOV0BH,AMOV0CH,AQ003E:LCALLQ0089MOVA,08HADDA,ACCMOV08H,AINC0CHMOVA,0CHJNZQ004FINC0BHQ004F:CLRCSUBBA,#08HMOVA,0BHSUBBA,#00HJCQ003ECLRTR1MOVTL1,#0B0HMOVTH1,#3CHCLRTF1SETBTR1Q0064:MOV08H,#80HCLRAMOV0BH,AMOV0CH,AQ006C:LCALLQ0089MOVA,08HCLRCRRCAMOV08H,AINC0CHMOVA,0CHJNZQ007DINC0BHQ007D:CLRCSUBBA,#08HMOVA,0BHSUBBA,#00HJCQ006CSJMPQ0064RETQ0089:MOVA,08HCPLAMOVP0,AMOVR7,#64HMOVR6,#00HQ0092:MOVA,R7ORLA,R6JZQ00AACLRAMOVR5,AMOVR4,AQ0099:INCR5CJNER5,#00H,Q009EINCR4