1. 看门狗技术的的简介
摘要:在实验中开发出来的各种控制小系统经常会出现运行不稳定、死机或停不了机即程序跑飞等现象,这是由于恶劣的工业现场环境如大功率感性负载的干扰所至。基于单片机的“看门狗”技术能解决这个问题。B本文分别介绍用软件和硬件来实现“看门狗”技术。
关键词:;单片机抗干扰;“看门狗”技术 运用
目前，单片机有8位和16位之分，其型号非常多，有PIC、MSP430等微功耗型，也有MCS一51／98、A—Duc812、Motorola、EPSON等非低微功耗型。单片机广泛应用于长度、温度、力学、流量、电学、化学等专业的各种智能仪表中，这些仪表有些应用在有强磁场、电源尖峰、电火花等外界干扰的场合中，这些干扰有可能造成仪表中单片机的程序运行出现“跑飞”现象，引起程序混乱，输出或显示不正确，甚至“死机”。为了提高仪表可靠性及抗外界干扰能力，通常在智能仪表中采用“看门狗”技术。所谓的看门狗技术实际上是一个监视定时器，它的定时时间为固定不变，一旦定时时间到，电路就产生复位信号或中断信号。当程序正常运行时，在小于定时时间隔内，单片机输出一信号刷新定时器，定时器处于不断的重新定时过程，因此看门狗电路就不会产生复位信号或中断信号，反之，当程序因出现干扰而“跑飞”时，单片机不能刷新定时器，产生复位信号或产生中断信号使单片机复位或中断，在中断程序中使其返回到起始程序，恢复正常。一般来说，很多智能仪表采用外部硬件看门狗来确保程序因出现干扰而“跑飞”时能正常运行。因为如果用软件方法来实现这种功能，在有有干扰的情况下，程序可能因为无法读取而失败。
2 硬件“看门狗”技术的实现
硬件“看门狗”技术实施起来则显得更为简单、可靠。特别是对于硬件工程师来讲最为方便。下面就通过自行设计的“生物组织自动脱水机的智能控制系统”中的抗干扰复位口,介绍硬件“看门狗”技术的实现方法。生物组织脱水机智能控制系统硬件由89C51单片机、2864EEPROM、27512EPROM、6264SRAM、ADC0809、MGLS240128T液晶显示模块、键盘输入电路和CD4060硬件“看门狗”电路等组
成。
其电路示意图如图1所示。
图1 硬件电路示意图
主控单片机选用ATMEL公司AT89C51系列单片机中结构最紧凑、体积最小的AT89C2051,外接一片2864作为程序存储器,再选用一片27512和一片6264作为存放调试程序和运行程序的中间数据及最后结果。液晶屏选用内藏T6963C控
制器型MGLS240128T液晶显示模块,支持图形和文本两种显示方式,有8位数据总线、10位控制线和电源线,连接时,单片机利用数据总线和控制信号,直接采用I/O设备访问形式控制液晶屏。抗干扰复位口的工作原理:为了提高系统的抗干扰能力.防止程序进入死循环,采用了14位二进制串行计数/定时器CD4060构成了“看门狗”。在正常工作时,安插在循环程序中的清除脉冲信号能够周期性地消除“看门狗”定时器的定时时间,换句话说就是用硬件“喂狗”,使“看门狗”定时器不会溢出。当系统受到干扰使程序“跑飞”时,循环程序中的清除脉冲的周期性信号则消失,则停止了“喂狗”。此时“看门狗”定时器中的定时时间由于得不到
及时消除而产生溢出,立即通过14位二进制串行计数/定时器CD4060的Q14端、二极管D2给单片机AT89C2051的RST端发出一个复位信号(正脉冲) ,使系统复位并重新开始启动。其电路图如图2所示。此外,在程序中,我们把RAM分成两部分:运行存储器和备份存储器。备份存储器再分为二个区,存放数据时,将它们存放在三个相对远离分散的区域内,建立双重备份数据。在CPU受到干扰而造成程序“乱飞”时,即使RAM中保存的原始数据、标志、变量等遭到破坏,在系统复位后,也可立即利用备份RAM进行自检和恢复,保证了系统的正常运行。
图2
3 软件看门狗原理
软件看门狗技术的原理和这差不多，只不过是用软件的方法实现，我们还是以51系列来讲，我们知道在51单片机中有两个定时器，我们就可以用这两个定时器来对主程序的运行进行监控。我们可以对T0设定一定的定时时间，当产生定时中断的时候对一个变量进行赋值，而这个变量在主程序运行的开始已经有了一个初值，在这里我们要设定的定时值要小于主程序的运行时间，这样在主程序的尾部对变量的值进行判断，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。对于T1我们用来监控主程序的运行，我们给T1设定一定的定时时间，在主程序中对其进行复位，如果不能在一定的时间里对其进行复位，T1 的定时中断就会使单片机复位。在这里T1的定时时间要设的大于主程序的运行时间，给主程序留有一定的的裕量。而T1的中断正常与否我们再由T0定时中断子程序来监视。这样就够成了一个循环，T0监视T1，T1监视主程序，主程序又来监视T0，从而保证系统的稳定运行。 51 系列有专门的看门狗定时器,对系统频率进行分频计数,定时器溢出时,将引起复位.看门狗可设定溢出率,也可单独用来作为定时器使用.凌阳61的看门狗比较单一，一个是时间单一，第二是功能在实际的使用中只需在循环当中加入清狗的指令就OK了。 C8051Fxxx单片机内部也有一个21位的使用系统时钟的定时器，该定时器检测对其控制 寄存器的两次特定写操作的时间间隔。如果这个时间间隔超过了编程的极限值，将产生一个WDT复位。
看门狗使用注意：
大多数51 系列单片机都有看门狗,当看门狗没有被定时清零时,将引起复位。这可防止程序跑飞。设计者必须清楚看门狗的溢出时间以决定在合适的时候，清看门狗。清看门狗也不能太过频繁否则会造成资源浪费。程序正常运行时，软件每隔一定的时间(小于定时器的溢出周期)给定时器置数，即可预防溢出中断而引起的误复位。
看门狗运用：
看门狗是恢复系统的正常运行及有效的监视管理器（具有锁定光驱，锁定任何指定程序的作用，可用在家庭中防止小孩无节制地玩游戏、上网、看录像）等具有很好的应用价值.
系统软件"看门狗"的设计思路
1.看门狗定时器T0的设置。在初始化程序块中设置T0的工作方式，并开启中断和计数功能。系统Fosc=12 MHz，T0为16位计数器，最大计数值为(2的10次方)-1=65 535，T0输入计数频率是．Fosc/12，溢出周期为(65 535+1)／1=65 536(μs)。
2.计算主控程序循环一次的耗时。考虑系统各功能模块及其循环次数，本系统主控制程序的运行时间约为16．6 ms。系统设置"看门狗"定时器T0定时30 ms(T0的初值为65 536-30 000=35 536)。主控程序的每次循环都将刷新T0的初值。如程序进入"死循环"而T0的初值在30 ms内未被刷新，这时"看门狗"定时器T0将溢出并申请中断。
3.设计T0溢出所对应的中断服务程序。此子程序只须一条指令，即在T0对应的中断向量地址(000BH)写入"无条件转移"命令，把计算机拖回整个程序的第一行，对单片机重新进行初始化并获得正确的执行顺序。
4.实现看门狗技术的几种类型
1 uP监视器构成看门狗电路
在非低微功耗智能仪表中，可用uP监视器(如MAX7 X×、X2504 X等1设计硬件看门狗电路，以MAX706P为例(具体电路如图1)看门狗电路。该电路具有手动复位、看门狗、电压监视功能。看门狗工作原理：MAX706的内部看门狗定时器定时时间为1．6秒，如果在1．6秒内，看门狗输入脚WDI保持为规定电平(高电平或低电平)，看门狗输出端丽变为低电平，二极管D导通，使低电平加到复位端 ，MAX706产生复位信号RESET使单片机复位，直到复位后看门狗被清零，丽才变为高电平。当WDI有一个跳变沿(上升沿或下降沿)信号时，看门狗定时器被清零。如图I所示，将WDI端与单片机某I／0输出端相连，程序只要在小于1．6秒内将该I／0端取反一次，使定时器清零而重新计数，不产生超时溢出，程序正常运行。当程序“跑飞”时，不能执行产生跳变指令，到1．6秒时，丽因超时溢出而变为低电平，产生复位信号使单片机复位。
由于uP监视器构成看门狗电路的工作静态电流大，因此，只能用于对功耗要求不高的智能仪表中。
2 TTL型看门狗电路
根据看门狗工作原理，看门狗电路至少包括脉冲产生电路和定时计数器电路。由CD4060和32．768Hz石英晶振组成脉冲产生电路，产生4Hz脉冲源。74LS293计数器对4Hz脉冲源进行计数，其输出端Q与单片机复位端RESET相连，单片机的某I／O端与74LS293的清零端R相连，程序在1．5秒之内输出一次由低到高且又由高到低的窄脉冲，输出端Q 一直为低电平，否则将输出为高电平，其工作原理同上。实际电路如图2，该电路可用于低功耗的智能仪表中。
如采用MCS51／98单片机，用P1．2脚输出窄脉冲，可以在应用软件中适当处加入以下程序：
ROCLK BIT P1．2 ；定义P1．2脚
CLR ROCLK ；P1．2为低电平
CLRSTART：SETB ROCLK ；P1．2为高电平
NOP ；延时，输出窄脉冲
CLR ROCLK ；P1．2为低电平
CLREND： ?． ；复位结束
3 CoMS型看门狗电路
工作原理与rIfI'L型看门狗电路相似。将74LS293计数器换成CD4024计数器，实际电路如图3。由于该电路采用工作静态电流极小的CMOS集成电路，因此可用于微功耗的智能仪表特别是便携式、一体化仪表中。经过现场实际使用，证明该电路是可靠的，仪表未出现程序无法运行和“死机”现象。
如采用MSP430F1IX单片机，用P1．0输出输出窄脉冲，可以在应用软件中适当处加入以下程序：
BIS．B #001H，&P1DIR；P1．0为I／O输出，初始化
MOV．B#000H，&P1OUT ；P1．0输出低电平
CLRSTART：XOR．B#001H，&P1OUT ；
P1．0输出求反，输出高电平
NOP ；延时，输出窄脉冲
XOR．B#001H，&P1OUT ；
P1．0输出求反，输出低电平
CLREND： ?． ；复位结束
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参考文献：
1：李群芳．单片微型计算机与接口技术．北京：电子工业示版社 1998
2：何立民. 单片机应用系统设计. 北京:北京航空航天大学出版社 1995
3. 周越主《单片机应用技术》·中国水利水电出版社·20##年
4．李全利编·《单片机原理及应用技术》·高等教育出版社·20##年
第二篇：单片机复位看门狗电路
705系列复位电路
# 概述
GC705/706/707/708/813L是一组CMOS微处理器监控电路，可用来监控微处理器系统供电异常、电池故障和工作状态。和采用分立元件及多片IC组合成电路相比，明显减小了系统电路的复杂性和元器件的数量，并提高了系统的可靠性和精度。
GC705/706/813L具备以下四项基本功能：
1）电源开机，关机及电源供电不足时给出复位输出。
2）内含独立的看门狗电路输出。如看门狗电路输入在1.6秒内未得到翻转
信号，看门狗电路输出端将变成低电平。
3）内含门限1.25V的检测器，用于掉电报警，电池欠电监测和监测加错电
源的状况（以+5V为准）。
4）手动复位时，给出确定脉宽的负向复位脉冲
GC707/708和GC705/706基本功能一致，区别只在于GC705/706芯片中的第8脚正脉冲的复位（RESET）输出取消了，换成了看门狗定时器，原第6脚空脚被用做看门狗电路的输入端。GC813L则除了第7脚输出正脉冲的RESET外，其它功能和GC705/706完全一样。这几种电路的管脚功能定义和差异详见管脚定义图和管脚说明附表。
# 应用范围
计算机，微处理器和微控制器系统；嵌入式控制器系统；智能仪器仪表；通信系统；工业自动化系统；电池供电手持设备等等。
4.75V~5.5V (GC705/GC707/GC813), Vcc
# 电气参数 除非特殊说明，Vcc =
参数
电源电压范围 电源电流
=4.5V~5.5V (GC706/GC708)，TA= TMIN to TMAX
符号 测试条件
GC705、706、707、708 GC705、706、813 GC707、708
最小值典型值 最大值 单位
Vcc Icc
V
uA
复位门限 复位门限迴差
GC705、707、813
VRT GC706、708 V
复位脉冲宽度 tRS =
VCC-1.5 ISOURSE＝800uA
GC705~708,VCC=1V,ISINK50uAGC707\708,ISOURCE=800uA
V
VCC-1.5
ISINK复位输出电压
GC707\708,ISINKGC813,ISOURCE=4uA,VCC看门狗计时长度 WDI脉冲宽度 WDI输入阈值 WDI输入电流 WDI输出电压 MR上拉电流 MR脉冲宽度 MR输入阈值 MR到RESET的
延迟 PFI输入阈值 PFI输入电流 PFO输出电压
tWD tWP
下限 上限
秒 VIL0.4V,VIHGC705\706\813 VCC＝5V
GC705\706\813，WDI＝VCC GC705\706\813，WDI＝0V GC705\706\813，ISOURCE＝800uA GC705\706\813，ISINK＝1.2mA MR＝0V
V
uA
VCC-1.5
V
V
tMR
下限 上限
tMD
VCC＝5V ISOURCE＝800uA ISINK＝3.2mA
VCC-1.5
V
# 极限参数
源跌落)，RESET引脚就会变低。如果在已经开始的复位脉冲期间出现电源跌落，
只要Vcc不比1.0V还低，就能使RESET维持电压不高于0.4V的低电平。
GC705和GC706提供的复位信号为低电平RESET，而GC813L提供的复位信号为高电平RESET，三者其它功能完全相同。有些单片机，如INTEL的80C51系列，需要高电平有效的复位信号。
? 看门狗定时器
GC705/706/813L片内看门狗定时器用于监控MCU的活动。如果在1.6秒内WDI端没有收到来自MCU 的触发信号，而且WDI未处于高阻态，则WDO输出变低。只要复位信号有效或WDI输入高阻，则看门狗定时器功能就被处于清零和不计时状态。一旦复位信号撤消并且WDI输入端检测到大于50ns的低电平或高电平跳变，定时器将开始计时。
典型的应用是将WDO端连接到MCU的非屏蔽中断(MDO)端。当Vcc下降到低于复位门限时，即使看门狗定时器还没有完成计时周期，WDO端也将输出低电平。通常这将触发一次非屏蔽中断，但是RESET如果同时变低，则复位功能优先权高于非屏蔽中断。
如果将WDI脚悬空，WDO脚可以被用作电源跌落检测器的一个输出端。由于悬空的WDI将禁止内部定时器工作，所以只有当Vcc下降到低于复位门限时，WDO脚才会变低，因此功能变成电源跌落检测输出。
? 人工复位
手动复位输入端(MR)可用按钮开关来触发。由于存在最小140ms复位脉宽的要求，所以不需要再加按键防抖动措施。MR输入和CMOS/TTL逻辑电平兼容，可由外部逻辑电路驱动。对GC705/706/813L来说，可通过MR端强制看门狗定时器溢出的办法来产生复位脉冲，方法是简单地将MR端连接到WDO端，就可以使看门狗定时器超时产生复位脉冲。当需要高电平有效的复位信号时，应该选用GC813L。
? 电源故障比较器
GC705系列电路内含的电源故障比较器可有很多用途，这是因为它的输出端(PFO)和同相端(PFI)在内部是独立的。其反相输入端内部连接一个1.25V的参考电压源。
为了建立一个电源故障预警电路，可以在PFI脚上连接一个电阻分压支路，该支路连接的监视点通常在稳压电源集成电路之前。通过调节电阻值，合理地选择分压比，以便于使稳压器+5V 输出端电压下降之前，PFI端的电压刚好下降到低于1.25V。
使用为(PFO)为MCU提供中断信号，以便其能够对即将到来的电源掉电作好充分地准备。
# 典型应用电路图
# 应用实例
? 典型应用
GC705/706/707/708/813L的典型应用电路如上图所示。从图中可以看出，GC705/706/707/708/813L的4项功能全部被开发利用，构成了微处理器的一个可靠的保护神，仅仅占用了一条I/O端口资源。利用该I/O口，通过执行软件，周期性的向看门狗发送WDI信号。其周期不应大于1.6s。
? 特殊应用
根据不同的开发目的和设计要求，以及不同的MCU型号选择，可以灵活地使用GC705/706/707/708/813L。以下给出几种不同用法，以便从中受到启发。
(1)确保Vcc=0V时RESET信号电平仍有效
通常情况下，当Vcc降至1V以下，GC705/706的RESET端不再吸入电流而呈现开路，故输出电平不确定。如果在该脚接一只下拉电阻到地，来泄放杂散电荷，这样即使Vcc降至1V以下，也能保障RESET电平有效。对该阻值的要求并不严格，一只100k?的电阻即可满足需要。
(2)与具有双向复位引脚的单片机接口
有些单片机具备双向复位引脚，比如MOTOROLA的68HC11系列，不仅可以接收外部电路提供的复位信号，还能向外部电路输出复位信号。当与GC705/706的RESET端连接时，可能会产生竞争。例如，如果在GC705/706输出低电平的同时，68HC11内部欲将复位端拉高，结果就会出现不确定的逻辑电平。为了避免此类情况发生，在GC705/706的RESET端与68HC11的双向复位引脚之间连接一只4.7k电阻即可。此外，经过缓冲器的驱动还可为系统中的其它器件提供复位信号。
# 管脚功能描述 管脚号
名称
手动复位输入端，当MR被拉低到0.8V以下时，可激发出一个RESET脉冲。MR低电平有效，内部有250uA的上拉电流。MR可由一个TTL或CMOS标准逻辑所驱动，也可用一个接地开关端。
+5V电源输入 所有信号的参考0V地。
电源失效监控输入。当PFI低于1.25V时，PFO也变低。PFI不用时，接到GND或接到VCC。
当PFI低于1.25V时，PFO变低并吸入电流。其它时候PFO保持高电平。
看门狗输入端。如果WDI保持低电平或高电平达到
1.6秒，内部看门狗计时器溢出，WDO变为低电平。
将WDI悬空或连到高阻三态线上将禁止看门狗计时
器功能。内部看门狗计时器在复位阶段时保持清零状态，此时，WDI可视作无信号输入。
空脚。
低电平有效的复位端被触发时输出脉宽200ms负脉冲，并在VCC低于复位阈值（GC705为4.65V，GC706为4.40V）时保持低电平。当VCC上升到复位阈值RESET以上或MR从低电平变为高电平时，该端口仍要保持200ms时长的低电平。看门狗计时器溢出并不能触发RESET，除非将WDO连接到MR。
当看门狗内部计时器完成1.6秒的计时后，如未被清零将输出低电平，也不会重新开始计数。WDO在欠电情况下也会变低。只要VCC低于复位阈值，WDOWDO就保持低电平，WDO和RESET不同点是，WDO没有最小延迟脉冲宽度，一旦VCC上升复位阈值以上，WDO马上变为高电平。
高电平有效的复位端，和第7脚的RESET反相。RESETGC813只有一种RESET输出。 功能
# 文档信息
◆ 创建日期：2005-11-15
文档修改日期:2008-9-4
修改内容：在参数表中增加GC706T复位电压值