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摘要：單片機控制系統(tǒng)“看門狗”電路的有效性，除硬件電路的可靠性以外，主要取決于如何正確給“看門狗”電路進行復位（即“喂狗”），文章在介紹了一種采用max706和89c52構成的硬件電路的基礎上，給出了一種新穎可靠的“看門狗”電路軟件設計方法。
關鍵詞：抗干擾 單片機 看門狗 max706 89c52 隨著mcs-51系列單片機的發(fā)展，其芯片價格在不斷下降，但同時也帶來了單片機芯片的抗干擾問題，該問題可能導致一些智能型儀器儀表單片機工業(yè)控制系統(tǒng)發(fā)生“死機”。筆者通過近幾年的設計實踐及不斷試驗，總結了一套可靠的“看門狗”硬件電路及軟件設計方法。由于一些專業(yè)期刊曾經(jīng)刊登過許多關于“看門狗” 硬件電路構成的文章，同時也詳細的關于“看門狗”電路非正常失效故障原因的分析及針對性軟件設計技巧[1]，本文給出了一個采用max706和89c52 構成的“看門狗”硬件電路，并且從新的角度說明了如何確�！翱撮T狗”電路的正常工作，同時給出了它的軟件設計方法。 1 “看門狗”硬件電路簡述 現(xiàn)以max706監(jiān)控電路為例（見圖1）來說明“看門狗”硬件電路的工作過程，我們知道，max706是一種性能優(yōu)良的低功耗cmos監(jiān)控電路芯片，其內(nèi)部電路由上電復位、可重觸發(fā)“看門狗”定時器及電壓比較器等組成[2]。max706只要在1.6秒時間內(nèi)檢測到wci引腳有高低電平跳變信號，則“看門狗”定時器清零并重新開始計時；若超出1.6秒后，wci引腳仍無高低電平跳變信號，則“看門狗”定時器溢出，wdo引腳輸出低電平，進而觸發(fā)mr手動復位引腳，使mac706復位，從而使“看門狗”定時器清零并重新開始計時，wdo引腳輸出高電平，max706的rst復位輸出引腳輸出大約200毫秒寬度的低電平脈沖，使單片機控制系統(tǒng)可靠復位，重新投入正常運行。 2 “看門狗”電路軟件設計方法 以往的“看門狗”電路復位指令（即“喂狗”）一般總是插入在主程序中，而且“喂狗”指令一般是脈沖式，可以連續(xù)用兩條取反指令（如cpl p1.0）。這是因為一般情況下，程序跑飛或者陷入“死循環(huán)”時，中斷功能可能不受影響，cpu仍能象正常運行時一樣響應和執(zhí)行中斷子程序。這時如果中斷子程序中插有“喂狗”指令，則“看門狗”定時器始終處于正常無溢出狀態(tài)，無法對已經(jīng)混亂的微機系統(tǒng)重新啟動以投入正常運轉(zhuǎn)狀態(tài)。 在主程序中適當插入“喂狗”指令，大多數(shù)場合的單片機系統(tǒng)都能夠比較可靠地工作。但是有一種特殊情況，即中斷響應功能已經(jīng)失效，而主程序仍然能夠正常運行，這時“看門狗”電路對恢復單片機系統(tǒng)正常工作時無能為力的。例如：當程序正在執(zhí)行中斷子程序時，系統(tǒng)突然受到強烈干擾，程序跑飛，而且pc指針剛好落在主程序的指令字節(jié)上，堆棧也不溢出，使主程序能夠繼續(xù)正常運行。這時“看門狗”的“喂狗”動作正常，而中斷再也不法響應了。這時因為在mcs-51的中斷系統(tǒng)中有兩個不可尋址的優(yōu)先級狀態(tài)觸發(fā)器，分別指標兩級中斷響應狀態(tài)。當cpu響應中斷時，首先置位相應的優(yōu)先級狀態(tài)觸發(fā)器（該觸發(fā)器能指出cpu正在處理的中斷優(yōu)先級別），這時會屏蔽掉同級別的所有中斷申請，直到執(zhí)行reti指令時，才由cpu硬件清零該優(yōu)先級狀態(tài)觸發(fā)器，從而使以后的中斷請求能被正常地響應[3]。如果響應中斷后而不執(zhí)行reti指令，那么同級別中斷申請就不會被響應了。 當然，象上述這種情況是比較少見的。大多數(shù)情況下，程序跑飛后都會使pc指針越出有效程序區(qū)，造成“死機”。這時“看門狗”就起作用了。在大多數(shù)系統(tǒng)中，中斷子程序執(zhí)行的時間占總運行時間的百分比都非常小，而在執(zhí)行中斷程序時，pc指針跑飛越過reti指令，而主程序又能正常運行的機會就更少。但是如果中斷子程序處理數(shù)據(jù)比較復雜或帶有一些函數(shù)運算的功能時，則出現(xiàn)這種系統(tǒng)失常的情況就有可能發(fā)生了。以前，在筆者設計的智能流量計中就曾經(jīng)出現(xiàn)過這種現(xiàn)象：鍵盤顯示操作都正常，看起來不象“死機”，但是在設定參數(shù)時，數(shù)據(jù)位該內(nèi)爍的不閃爍，總流量不會累計上去，顯然是t0定時中斷系統(tǒng)失效，而主程序仍然在運行，因為“喂狗”指令插在主程序中。那么，針對這種情形，有沒有徹底解決的方法呢？“喂狗”指令直接插在中斷子程序中是不合適的，而單獨插在主程序中又顯然是不夠的。筆者通過仔細推敲后，將“喂狗”指令分解開來，取反指令變成置位和清零兩種指令（即setb p1.0和clr p1.0），將置位指令插在主程序中，而將清零指令插在t0中斷子程序中，這樣將兩者聯(lián)系起來，缺一不可，無論主程序運行失效，還是t0中斷請求失效，都不能完成完整的“喂狗”指令，造成“看門狗”動作，從而確保了系統(tǒng)安全可靠地工作。 具體做法如下： org 0000h ljmp start org 000bh ljmp intt0 …… org 0030h start：MOV sp，#30h …… main：nop nop setb p1.0 nop nop setb ea nop setb et0 …… ljmp main …… intt0：nop nop clr p1.0 nop nop …… reti 這樣，在整個用戶程序中只唯一的一對指令（setb p1.0及clr p1.0）能使“看門狗”定時器復位。也就是說不會有任何“非法”的指令能使“看門狗”定時器誤復位，致使系統(tǒng)已經(jīng)“死機”而“看門狗”失效。當然，對對沒有中斷的用戶系統(tǒng)，只需將清零指令（clr p1.0）也插在主程序中就可以了；對于有多種中斷的用戶系統(tǒng)，如果沒有中斷嵌套，則清零指令（clr p1.0）可以插在任一個中斷子程序中，而在主程序中適當加入一些有關中斷的冗余指令（如setb et0等），以免因有關中斷的特殊功能寄存器數(shù)據(jù)受到干擾時導致中斷功能失效；對于有二級中斷嵌套的用戶系統(tǒng)，清零指令（clr p1.0）可以插在中斷種數(shù)比較多的那一級中的任一個中斷子程序中，插有“喂狗”指令的那一級中斷系統(tǒng)將會受到“看門狗”的保護，而另一級中斷系統(tǒng)如果失效，“看門狗”是“無動于衷”的，這時只能盡量減少這種中斷子程序的執(zhí)行時間以減少受到干擾的可能性。如果二級中斷嵌套系統(tǒng)者受到“看門狗”的保護，就必需設計一個非常復雜的“看門狗”電路，其“喂狗”指令要由三部分來保證各個部分都能正常工作，需要說明的是，如果主程序運行一次的時間（包括可能被中斷的時間）超過1.6秒，則要適當再插入一條setb p1.0指令，而t0中斷時間間隔是不能超過1.6秒的。 另外，為了消除可能的“喂狗”誤動作，建議對所應用的用戶程序進行徹底仔細的檢查，以防程序錯亂時生成多余的setb p1.0（指令碼 d290h）或者clr p1.0（指令碼 c290h）指令。利用通用編程軟件（如edit）的查找功能可搜索用戶程序在lst文件中的“90”字符串，就能方便地找到所有可能的非法“setb p1.0或clr p1.0”指令，然后用nop指令將其分離開來就可以了。如 rom地址 指令碼 源程序 …… 0306 c2 MOV a，#0c2h 0308 901000 MOV dptr，#1000h …… b4d290 cjne a，#0d2h，step1 …… 0401 b4d290 cjne a，#0d2h，step1 0494 00 step1：nop …… 可以修改為 …… 0306 74c2 MOV a，#0c2h 0308 00 nop 0309 901000 MOV dptr，#1000h …… 0402 b4d291 cjne a，#0d2h，step1 0405 00 nop …… 0496 00 step1：nop …… 其它情況下可以靈活處理，以使其消除以上兩種可以出錯的組合即可。 通過采取以上幾種措施，對于沒有二級中斷嵌套的用戶系統(tǒng)，能夠絕對安全地受到監(jiān)控而不會“死機”；對于有二級中斷嵌套的用戶系統(tǒng)，也可大大提高其可靠性。當然，一個單片機系統(tǒng)能夠準確可靠地運行，除了不“死機”，還需保護數(shù)據(jù)免受干擾，這屬于軟件容錯、數(shù)據(jù)冗余、系統(tǒng)重入等范疇，這里不作介紹。 |
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