C51单片机看门狗电路及程序设计方案解读.doc

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

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,IMP813等，价格4~10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。

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：
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+1

No

num=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=M－T/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=0