多年來，圍繞著單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)以及其受干擾后的自我恢復(fù)，在硬件和軟件等方面積累了多種方法，這些方法相互結(jié)合，配合使用，有效地提高了系統(tǒng)的可靠性與抗干擾性。

　　看門狗(watch dog timer，簡(jiǎn)稱為wdt)技術(shù)就是最常見的抗干擾技術(shù)�？撮T狗wdt有硬件看門狗和軟件看門狗之分，無論是硬件看門狗還是軟件看門狗實(shí)際上都是一個(gè)可清零的定時(shí)計(jì)數(shù)器。如果該定時(shí)計(jì)數(shù)器用mcu芯片外部電路實(shí)現(xiàn)，則為硬件看門狗，如果該定時(shí)計(jì)數(shù)器用mcu芯片內(nèi)部定時(shí)器／計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)，則稱為軟件看門狗。

　　本文介紹硬件看門狗技術(shù)，并給出了實(shí)用的基于cd4060的硬件看門狗電路。

1 硬件看門狗電路及其工作原理

　　它是針對(duì)工程項(xiàng)目所設(shè)計(jì)的一個(gè)實(shí)用電路，并且該電路實(shí)際使用情況良好。下面介紹電路的組成及其工作原理。

　　看門狗電路由14位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器cd4060和三極管vt1、vt2等組成。

　　單片機(jī)at89c51的p1.7口設(shè)計(jì)成輸出口，由at89c51的cpu向看門狗電路發(fā)送喂狗信號(hào)——正脈沖，在兩個(gè)正脈沖間隔內(nèi)，p1.7保持為低電平(此功能要結(jié)合軟件才能實(shí)現(xiàn)，相應(yīng)的軟件設(shè)計(jì)在下面介紹)。我們知道，單片機(jī)at89c51的i／o口帶灌電流負(fù)載的能力比較大，每個(gè)引腳低電平時(shí)的吸入電流為20 ma，帶拉電流負(fù)載的能力卻很小，實(shí)測(cè)情況是，每個(gè)引腳高電平時(shí)的輸出電流僅25μa，現(xiàn)在p1.7口被設(shè)計(jì)成帶拉電流負(fù)載的方式，為了提高p1.7口帶拉電流負(fù)載的能力，所以，電路中設(shè)置了上拉電阻r3。

　　14位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器cd4060的計(jì)數(shù)脈沖由其內(nèi)部振蕩器和外接阻容元件r1、r2、c1組成的電路產(chǎn)生，振蕩周期為

t0sc=2.2×r1×c1=0.22 ms

　　振蕩器產(chǎn)生的計(jì)數(shù)脈沖(矩形波)可以直接引出，同時(shí)還可以從cd4060的10個(gè)輸出端q4～q10和q12～q14得到不同分頻系數(shù)的方波輸出，各方波輸出信號(hào)的周期如表1所示。這樣，如果cd4060得不到cpu通過p1.7口發(fā)送來的喂狗信號(hào)——正脈沖，則cd4060的輸出端q14在1.8s內(nèi)將產(chǎn)生一個(gè)完整周期的方波信號(hào)，而且低電平在前，高電平在后，其高電平經(jīng)三極管vt1、vt2處理后形成單片機(jī)at89c51的復(fù)位信號(hào)，使單片機(jī)at89c51復(fù)位。由此可見，單片機(jī)at89c51正常工作時(shí)，只要在0.9s內(nèi)從p1.7口送出一個(gè)正脈沖，便可及時(shí)清零看門狗，輸出端q14就不會(huì)產(chǎn)生定時(shí)溢出信號(hào)，從而使看門狗電路對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)不起作用。并且，從cd4060的10個(gè)輸出端q4～q10和q12～q14可以得到不同周期的方波信號(hào)，經(jīng)三極管vt1、vt2處理后形成單片機(jī)系統(tǒng)的復(fù)位信號(hào)，可以適應(yīng)不同用戶應(yīng)用程序，從而該硬件看門狗電路可以適應(yīng)不同的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。

　　對(duì)mcs-51系列的單片機(jī)而言，它所需要的復(fù)位信號(hào)是高電平寬度大于2個(gè)機(jī)器周期的正脈沖，例如，單片機(jī)的時(shí)鐘脈沖頻率為12 mhz時(shí)，則所需要的復(fù)位信號(hào)高電平寬度為2μs以上就可以了，而由上面的分析可知，cd4060的q14輸出的是高電平寬度為0.9 s的方波，如果讓它直接作為單片機(jī)的復(fù)位信號(hào)，則單片機(jī)的復(fù)位時(shí)間勢(shì)必在0.9 s以上，這樣盡管可以使程序跑飛的單片機(jī)復(fù)位，但是顯然沒有做到盡快地引導(dǎo)跑飛的程序到正確的軌道來，如果這樣做的話，對(duì)于某些單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)而言可能帶來非常嚴(yán)重的后果。圖1中的三極管vt1、vt2及其周圍阻容元件構(gòu)成波形轉(zhuǎn)換電路，把較寬的正脈沖變換為較窄的正脈沖，從而較好地解決了上述的問題。三極管vt1、vt2構(gòu)成的2級(jí)直接耦合放大器作為緩沖器使用，它是cd4060的輸出端q14的灌電流負(fù)載，c2、r8是微分電路。

　　經(jīng)分析后不難看出，電路中的r7、r8、c2還具有單片機(jī)上電復(fù)位的功能。

2 上電復(fù)位與看門狗信號(hào)復(fù)位的不同處理過程

　　由于程序跑飛很可能會(huì)造成一些隨機(jī)破壞事件，對(duì)某些系統(tǒng)而言，希望盡可能從斷點(diǎn)處恢復(fù)運(yùn)行，因此，有必要妥善解決跑飛的程序回復(fù)后的處理。

　　單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)上電時(shí)，上電復(fù)位電路會(huì)使得單片機(jī)處于復(fù)位狀態(tài)，這一般稱為冷啟動(dòng)，這種情況下，單片機(jī)處于復(fù)位狀態(tài)表現(xiàn)為：

　　(1) 程序計(jì)數(shù)器pc的值為0000h。

　　(2) i／o口(p0、p1、p2、p3(1))為ffh狀態(tài)，即準(zhǔn)雙向i／o口的輸入狀態(tài)。

　　(3) 堆棧指示器sp=07h，即堆棧底為片內(nèi)ram的07h單元。

　　(4) 除上述狀態(tài)外，所有特殊功能寄存器sfr的有效位均為0。

　　(5) 上電復(fù)位時(shí)，由于是重新供電，ram在斷電時(shí)數(shù)據(jù)丟失，上電復(fù)位后為隨機(jī)數(shù)。

　　單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的程序跑飛時(shí)，看門狗產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)，也會(huì)使得單片機(jī)處于復(fù)位狀態(tài)，這一般稱為熱啟動(dòng)，這種情況下，單片機(jī)處于復(fù)位狀態(tài)表現(xiàn)為：

　　(1) 程序計(jì)數(shù)器pc的值為0000h。

　　(2)i／o口(p0、p1、p2、p3)為ffh狀態(tài)，即準(zhǔn)雙向i／o口的輸入狀態(tài)。

　　(3)堆棧指示器sp=07h，即堆棧底為片內(nèi)ram的07h單元。

　　(4)除上述狀態(tài)外，所有特殊功能寄存器sfr的有效位均為0。