555定時器芯片實現(xiàn)單片機看門狗電路
1、程序跑飛現(xiàn)象
隨著單片機在能源領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用，單片機的抗干擾問題越來越突出，煤礦井下環(huán)境一般比較惡劣，這便會為單片機控制系統(tǒng)帶來各種干擾，以致系統(tǒng)不能正常工作。單片機應(yīng)用系統(tǒng)的抗干擾性能主要取決于硬件的抗干擾設(shè)計，但軟件
抗干擾設(shè)計作為硬件抗干擾的完善和補充，作用也非常重要，因為大量的干擾通常并不能影響系統(tǒng)內(nèi)硬件的運作，卻常會使系統(tǒng)的軟件無法正常運行，單片機應(yīng)用的一個突出問題，便是單片機運行過程中經(jīng)常出現(xiàn)的程序跑飛現(xiàn)象。
在單片機系統(tǒng)中，因為干擾的原因，在非預(yù)期的情況下，使得程序計數(shù)器PC 的值發(fā)生隨機的變化，從而使得程序的流向指向不確定區(qū)域，這便是程序的跑飛。程序跑飛后或者會使指令的地址碼和操作碼發(fā)生改變，PC 把操作數(shù)當(dāng)作指令來執(zhí)行；或者PC值指向一條不合邏輯關(guān)系的指令甚或是非程序區(qū)，運行結(jié)果常常會使單片機進入死循環(huán)———便是大家常說的“死機”。為確保在無人當(dāng)值的情況下，單片機“死機”后能自動恢復(fù)過來，通常采用軟件陷阱，外部WDT 電路，以及軟件控制的WATCHDOG 等方法，使系統(tǒng)恢復(fù)正常（后兩種俗稱“看門狗”），限于篇幅不做專門說明，這里主要向大家介紹用555 定時器軟硬結(jié)合做看門狗的一種方法。
2、555定時器
一般情況下，看門狗主要是通過不斷監(jiān)視程序運行一個事件的時間是否超過預(yù)定的時間來判斷程序是否進入了死循環(huán)，因此利用555 定時器可復(fù)位的觸發(fā)功能外加延時電路可實現(xiàn)看門狗的功能。555定時器是一種多用途的單片集成電路，內(nèi)部電路如圖1 所示。
CO端是控制電壓輸入端，加控制電壓可改變A1“-”端及A2“ +”端的參考電壓，若不用，可通過一個小電容接地，以防旁路高頻交流干擾；R 為定時器直接復(fù)位端，加低電平可將定時器直接置“0”，此時，OUT輸出“0”，Q 為1”，V 導(dǎo)通，D 端對地通路；TH 為復(fù)位閥值輸入端，當(dāng)TH 電壓超過2/3UDD（即A1 負端分壓）時，A1 輸出為“1”，OUT 輸出“0”，同樣，D 端對地通路；TR 為置位輸入端，當(dāng)TR電壓低于1/3 UDD（即A2 正端分壓）時，A2 輸出“1”，定時器被置位，此時，OUT 輸出“1”，Q 為“0”，V截止，D端對地斷路。
3、看門狗電路及運行指令以INTEL公司的16 位單片機8096 為例，555定時器作為看門狗與單片機的接口電路可設(shè)計如圖2 所示。
首先在單片機初始化時用指令“ORBPORT1，#01H”置P1.0 為“1”，則三極管T 導(dǎo)通，555 芯片的R 為“1”，TH、TR 端經(jīng)R、C 充電，電位逐漸上升，當(dāng)電位還低于1/3 UDD 時，OUT 輸出“1”，D端對地斷路，電容C 正常充電，（http://www.diangon.com/版權(quán)所有）一旦程序跑飛或進入死循環(huán)，在電位上升到高于2/3 UDD時仍沒有“喂狗”，則OUT輸出變?yōu)椤?”，經(jīng)三極管T拉低單片機的RESET 腳，并使復(fù)位電容放電，這時
D 端對地短路，電容C 也通過Rf 放電，當(dāng)TH、TR端電位放電到低于1/3 UDD（注意）時，OUT輸出重新變?yōu)椤?”，單片機進入復(fù)位狀態(tài)。
“喂狗”是指復(fù)位看門狗，在本電路中只須運行以下指令即可。
ANDB PORT1，#0FEH ；使P1.0 為“0”
SKIP ；空操作，用于延時
SKIP ；以使TR電壓降到1/3 UDD為宜
ORB PORT1，#01H ；使P1.0 為“1”
當(dāng)P1.0 被置為“0”時，555 定時器的R 端為“0”，三極管T 截止。R 端為“0”則555 芯片被復(fù)位，OUT 輸出為“0”，同時D 端對地短路，電容C放電為重新延時做準(zhǔn)備，但因為三極管的截止，此時OUT 輸出雖然也為“0”卻并不影響單片機的RESET腳，單片機正常工作，從而區(qū)分開了“喂狗”與系統(tǒng)故障時看門狗發(fā)生作用的不同之處。
4、需要注意的問題
這里仍然有一個問題需要注意，那就是555定時器的正常工作與否完全依賴于單片機P1.0的狀態(tài)，但在某些干擾比較嚴重的情況下，單片機的誤操作是有可能改變P1.0 的預(yù)置狀態(tài)的，若單片機在進入死循環(huán)之前，P1.0 被誤置為了“0”，看
門狗始終處于“被喂”的狀態(tài)，那這個電路便就無法再發(fā)揮作用了，對這種情況我們可用軟件冗余的方法來應(yīng)對，就是在程序的關(guān)鍵地方多次插寫看門狗的激活指令：
NOP
ORB PORT1，#01H
值得提醒一下的是這里“NOP”指令的作用不容忽視，可使跑飛的程序納入正軌，不致沖散后面的關(guān)鍵指令。不過盡管如此軟件冗余的應(yīng)用也還是有一個前提的，那就是跑飛的程序必須落在程序區(qū)，冗余的指令得到執(zhí)行方可生效，若跑飛的程序落在了非程序區(qū)，僅憑指令冗余技術(shù)便不可靠了，這時我們便還須借助其他抗干擾技術(shù)的支持，如軟件陷阱、標(biāo)志技術(shù)，本質(zhì)可靠性程序的設(shè)計等，在此不再贅述，但這些都必須包含在一個可靠的程序內(nèi)———畢竟，單片機系統(tǒng)來自干擾的影響是立體的，那么，我們的應(yīng)對策略便也須是全方位的。
編輯：admin 最后修改時間：2018-05-08
