C51单片机看门狗电路及程序设计方案

C51单片机看门狗电路及程序设计方案院系：信息工程学院年级：2010级电子一班 刘禹豪电子一班 赵训虎电子二班 邓启新一、 引言在由单片机构成的微型计算机系统中，程序的正常运行常常会因为来自外界的电磁场干扰等原因而被打断，从而造成程序的跑飞，而陷入死循环。由此导致单片机控制的系统无法继续工作，造成整个系统的陷入停滞状态，发生不可预料的后果，所以出于对单片机运行状态进行实时监测的考虑，便产生了一种专门用于监测单片机程序运行状态的芯片或程序，俗称看门狗(watchdog) （1）看门狗电路基本原理看门狗电路的应用，使单片机可以在无人状态下实现连续工作，其工作原理是:看门狗芯片和单片机的一个I/O引脚相连 此处设计原理实际上为下文中硬件看门狗设计思路。*，该I/O引脚通过程序控制它定时地往看门狗的这个引脚上送入高电平（或低电平），这一程序语句是分散地放在单片机其他控制语句中间的，一旦单片机由于干扰造成程序跑飞后而陷入某一程序段 进入死循环状态时，写看门狗引脚的程序便不能被执行，这个时候，看门狗电路就会由于得不到单片机送来的信号，便在它和单片机复位引脚相连的引脚上送出一个复位信号，使单片机发生复位，即程序从程序存储器的起始位置开始执行，这样便实现了单片机的自动复位。（2）看门狗电路一般设计方式“看门狗”电路一般分为硬件看门狗与软件看门狗两种设计方式。硬件看门狗是利用了一个定时器，来监控主程序的运行，也就是说在主程序的运行过程中，我们要在定时时间到之前对定时器进行复位。如果出现死循环，或者说PC指针不能回来，那么定时时间到后就会使单片机复位。常用的WDT芯片如MAX813,5045,IMP 813等，价格410元不等.软件看门狗技术的原理和硬件看门狗类似，只不过是用软件的方法实现（即利用单片机内部定时器资源，通过编程模拟硬件看门狗工作方式），以51系列为例：因在51单片机中有两个定时器，在利用内部定时器资源来对主程序的运行进行监控时。可以对T1（或T0）设定一定的定时时间（设定的定时值要小于主程序的运行时间），当产生定时中断的时候对一个变量进行赋值（此变量在主程序运行的开始已有一个初值）。当主程序运行至最后时对此变量的值进行判断，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。考虑到设计要求，本设计采用软件看门狗设计思路。二、 看门狗电路整体设计思路根据设计要求，本设计利用C51单片机内部自带的定时器1进行编程，并配合少量电路实现“看门狗“电路功能。整个设计分为软件部分与硬件部分，如下：（1） 软件部分设计原理：软件设计分为三部分：“看门狗“定时器设置程序、溢出中断服务程序和喂狗代码。1.1设计思路：1）在主程序开头，“看门狗“定时器设置程序设置定时器1计时50ms。2）当定时达50ms时，定时器1产生溢出中断，溢出中断服务程序开始工作，将看门狗标志num加1。当num的值等于100时，说明看门狗定时器已经计时5s，此时，单片机I/O端口P1.0输出高电平，对程序进行复位。3）在此过程中，喂狗代码将被穿插于程序中循环体末尾。当循环体结束时，喂狗代码执行，关闭定时器1、清空num并重新初始化定时器设置。若循环体进入死循环，喂狗代码无法执行，num将一直累加至100，此时程序复位。注：喂狗代码放置位置可根据num预计数值进行调整：当num门限值较小，即看门狗计数时间较短时，喂狗代码可放于程序中各循环体之后或均匀分布于整个主程序中。当num门限值较大，即看门狗计数时间较长时，喂狗代码可放于程序主循环体末尾。但是需注意看门狗计数时间必须长于正常工作时间，以免非正常复位。1.2软件设计流程图：START定时器1主程序寄存器累加定时器1设置溢出中断开定时器1循环中断服务程序喂狗代码num+1Nonum=100？Yes复位以下为三部分详细程序设计1.3“看门狗“定时器设置程序：“看门狗“定时器设置程序对定时器1进行设置。设定时器1为工作方式1。设M为工作方式1下，定时器最大计数值，可知M=65536。所以，设定时器1的初值为X，则初值X与机器周期I机及定时时间T的关系为：(M-X)T机 = T (1)其中：T机 =12个时钟周期 =12 /fosc。所以，定时器1的初值为：X = MT/ T机 (2)因此，当T1工作于方式1，定时时间为50ms，时钟频率fosc=12MHz时，可知：X=M- T/ T机 = 65536-50000/1 =15536=3CB0H所以，“看门狗“定时器设置程序清单（c语言）如下：TMOD=0x10; /设置TMOD寄存器，定时器1设为方式1 TL1=0xB0; /设置定时器初值低8位 TH1=0x3C; /设置定时器初值高8位，设置为计时50ms ET1=1; /开定时器1溢出中断 EA=1; /开总中断控制 TF1=0; /定时器1溢出中断标志清零 TR1=1; /开定时器11.4溢出中断服务程序：溢出中断服务程序为定时器1溢出中断服务程序，每执行一次，num加1，并判断num是否达到100，即计时5s。若已达到5s，I/O口P1.0输出复位信号。溢出中断服务程序清单（c语言）如下：void int_T1() interrupt 3 using 3 /定时器1溢出中断服务程序num+; /每溢出一次标志加1if (num=100) /当标志等于100时，即计时5s P1=(0x01); /P1.0输出1 1.5喂狗代码：喂狗代码主要功能为暂时关定时器1，定时器1寄存器清零，看门狗标志num清零和重新开启定时器1.喂狗代码程序清单（c语言）如下：TR1=0; /喂狗代码，关定时器1 TL1=0xB0; /重新设置定时器初值 TH1=0x3C; TF1=0; /定时器1溢出中断标志清零 TR1=1; /开定时器11.6完整测试程序清单完整测设程序分为两部分，以一个正向运行一次的流水灯程序和逆向无限循环流水灯程序组成。在正向进行一次流水灯程序时，看门狗代码不会复位单片机；逆向无限循环流水灯程序时，延时5s，看门狗复位单片机。完整测试程序清单（c语言）如下：#include reg51.h#include stdio.hunsigned int i,num; /设置变量unsigned char temp;void delay(unsigned int t); /声明delay函数int main() num=0; /看门狗复位标志 P1=(0x00); /将P1口赋值为0 TMOD=0x10; /设置TMOD寄存器，定时器1设为方式1 TL1=0xB0; /设置定时器初值低8位 TH1=0x3C; /设置定时器初值高8位，设置为计时50ms ET1=1; /开定时器1溢出中断 EA=1; /开总中断控制 TF1=0; /定时器1溢出中断标志清零 TR1=1; /开定时器1 temp=0x01; /流水灯状态标志 for(i=0;i8;i+) /流水灯程序（1） P0=temp; /点亮P0口对应的LED delay(100); temp=1; /点亮的LED灯前移一位 TR1=0; /喂狗代码，关定时器1 TL1=0xB0; /重新设置定时器初值 TH1=0x3C; TF1=0; /定时器1溢出中断标志清零 TR1=1; /开定时器1 while(1) /流水灯程序（2） /倒序，无限循环 temp=0x80; for(i=0;i=1; TR1=0; /喂狗代码 TL1=0xB0; TH1=0x3C; TF1=0; TR1=1; num=0; return 0;void delay(unsigned int t) /延时子程序 register unsigned int bt; for(;t;t-) for(bt=0;bt255;bt+); void int_T1() interrupt 3 using 3 /定时器1溢出中断服务程序 num+; /每溢出一次标志加1 if (num=100) /当标志等于100时，即计时5s P1=(0x01); /P1.0输出1 完整测试程序清单（c语言反汇编版）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 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 08H,#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 R6 SJMP Q0092 Q00AA: RET Q00AB: MOV R0,#7FH CLR A Q00AE: MOV R0,A DJNZ R0,Q00AE MOV SP,#0CH LJMP Q001E （2） 硬件部分设计原理因C51单片机复位端RST接收到一正脉冲时，单片机复位，所以P1.0引脚的复位信号（输出由低电平变为高电平）应通过一电容与电阻组成的微分电路，将方波转化为脉冲波。整个复位电路包括上电复位、手动复位和看门狗复位三部分，如图：