看門狗(Watchdog)電路是嵌入式系統(tǒng)需要的抗干擾措施之一。本文用X25045芯片設(shè)計(jì)了一種新的看門狗電路，具有體積小、占用I/O口線少和編程方便的特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于儀器儀表和各種工控系統(tǒng)中。

前言

    工控系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)，通常都會(huì)遇到各種各樣的現(xiàn)場(chǎng)干擾，抗干擾能力是衡量工控系統(tǒng)性能的一個(gè)重要指標(biāo)。看門狗(Watchdog)電路是自行監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行的重要保證，幾乎所有的工控系統(tǒng)都包含看門狗電路。在8096系列單片機(jī)和增強(qiáng)型8051系列單片機(jī)中，該系統(tǒng)已經(jīng)做在芯片內(nèi)部，用戶只要用軟件開放它就可以，使用很方便。但目前工控系統(tǒng)仍在使用廉價(jià)的普通型8051系列單片機(jī)，則看門狗電路必須由用戶自己建立。

    看門狗電路一般有軟件看門狗和硬件看門狗兩種。軟件看門狗不需外接硬件電路，但系統(tǒng)需要出讓一個(gè)定時(shí)器資源，這在許多系統(tǒng)中很難辦到，而且若系統(tǒng)軟件運(yùn)行不正常，可能導(dǎo)致看門狗系統(tǒng)也癱瘓。硬件看門狗是真正意義上的“程序運(yùn)行監(jiān)視器”，如計(jì)數(shù)型的看門狗電路通常由555多諧振蕩器、計(jì)數(shù)器以及一些電阻、電容等組成，分立元件組成的系統(tǒng)電路較為復(fù)雜，運(yùn)行不夠可靠。

X25045芯片簡(jiǎn)介

    X25045是美國(guó)Xicor公司的生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化8腳集成電路，它將EEPROM、看門狗定時(shí)器、電壓監(jiān)控三種功能組合在單個(gè)芯片之內(nèi)，大大簡(jiǎn)化了硬件設(shè)計(jì)，提高了系統(tǒng)的可靠性，減少了對(duì)印制電路板的空間要求，降低了成本和系統(tǒng)功耗，是一種理想的單片機(jī)外圍芯片。X25045引腳如圖1所示。

圖1 X25045引腳圖

其引腳功能如下。

CS：片選擇輸入；
SO：串行輸出，數(shù)據(jù)由此引腳逐位輸出；
SI：串行輸入，數(shù)據(jù)或命令由此引腳逐位寫入X25045；
SCK：串行時(shí)鐘輸入，其上升沿將數(shù)據(jù)或命令寫入，下降沿將數(shù)據(jù)輸出；
WP：寫保護(hù)輸入。當(dāng)它低電平時(shí)，寫操作被禁止；
Vss：地；
Vcc：電源電壓；
RESET：復(fù)位輸出。
X25045在讀寫操作之前，需要先向它發(fā)出指令，指令名及指令格式如表1所示。

表1 X25045指令及其含義

X25045看門狗電路設(shè)計(jì)及編程

     X25045硬件連接圖如圖2所示。X25045芯片內(nèi)包含有一個(gè)看門狗定時(shí)器，可通過軟件預(yù)置系統(tǒng)的監(jiān)控時(shí)間。在看門狗定時(shí)器預(yù)置的時(shí)間內(nèi)若沒有總線活動(dòng)，則X25045將從RESET輸出一個(gè)高電平信號(hào)，經(jīng)過微分電路C2、R3輸出一個(gè)正脈沖，使CPU復(fù)位。圖2電路中，CPU的復(fù)位信號(hào)共有3個(gè)：上電復(fù)位(C1、R2)，人工復(fù)位(S、R1、R2)和Watchdog復(fù)位(C2、R3)，通過或門綜合后加到RESET端。C2、R3的時(shí)間常數(shù)不必太大，有數(shù)百微秒即可，因?yàn)檫@時(shí)CPU的振蕩器已經(jīng)在工作。

圖2 X25045看門狗電路硬件連接圖

    看門狗定時(shí)器的預(yù)置時(shí)間是通過X25045的狀態(tài)寄存器的相應(yīng)位來設(shè)定的。如表2所示，X25045狀態(tài)寄存器共有6位有含義，其中WD1、WD0和看門狗電路有關(guān)，其余位和EEPROM的工作設(shè)置有關(guān)。

表2 X25045狀態(tài)寄存器

WD1＝0，WD0=0，預(yù)置時(shí)間為1.4s。
WD1＝0，WD0=1，預(yù)置時(shí)間為0.6s。
WD1＝1，WD0=0，預(yù)置時(shí)間為0.2s。
WD1＝1，WD0=1，禁止看門狗工作。

    看門狗電路的定時(shí)時(shí)間長(zhǎng)短可由具體應(yīng)用程序的循環(huán)周期決定，通常比系統(tǒng)正常工作時(shí)最大循環(huán)周期的時(shí)間略長(zhǎng)即可。編程時(shí)，可在軟件的合適地方加一條喂狗指令，使看門狗的定時(shí)時(shí)間永遠(yuǎn)達(dá)不到預(yù)置時(shí)間，系統(tǒng)就不會(huì)復(fù)位而正常工作。當(dāng)系統(tǒng)跑飛，用軟件陷阱等別的方法無法捕捉回程序時(shí)，則看門狗定時(shí)時(shí)間很快增長(zhǎng)到預(yù)置時(shí)間，迫使系統(tǒng)復(fù)位。

    以下是C語(yǔ)言編寫的看門狗程序部分。

#include "reg51.h"
sbit cs=P1^2;/*片選信號(hào)由P1.2產(chǎn)生*/
sbit sck=P1^3; /*時(shí)鐘信號(hào)由P1.3 產(chǎn)生*/
sbit si=P1^0; /*SI由P1.0產(chǎn)生*/
sbit so=P1^1; /*SO由P1.1產(chǎn)生*/
sbit c=ACC^7; /*定義位變量*/
bdata unsigned char com;
void tran() /*發(fā)送一字節(jié)數(shù)據(jù)子函數(shù)*/
{
unsigned char i;
for(i=0; i<8; i++)
{ ACC=com; /*將數(shù)據(jù)放入a中*/
si=c;
sck=0; /*sck產(chǎn)生一個(gè)上跳變*/
sck=1;
com=com<<1; /*左移一位*/
}
return;
}
main()
{
com=0x06; /*發(fā)寫讀使能命令*/
cs=0;
tran();
cs=1;
com=0x01; /*發(fā)寫狀態(tài)字命令*/
cs=0;
tran();
com=0x00; /*定時(shí)1.4s*/
tran();
cs=1;
...;系統(tǒng)正常運(yùn)行的程序部分
}

    需要注意的是，在程序正常運(yùn)行的時(shí)候，應(yīng)該在適當(dāng)?shù)牡胤郊右粭l喂狗指令，使系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)的定時(shí)時(shí)間達(dá)不到預(yù)置時(shí)間。系統(tǒng)就不會(huì)復(fù)位。喂狗指令如下。

main()
{
...;系統(tǒng)正常運(yùn)行的程序部分
{
cs=0; /*產(chǎn)生cs脈沖*/
cs=1;
}
}

    X25045的看門狗電路使用十分方便。X25045內(nèi)部還集成了512BEEPROM和電壓運(yùn)行監(jiān)視系統(tǒng)，只需這樣一塊芯片，外加晶振和復(fù)位電路就可以組成單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)，非常適合于便攜式儀器和嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

參考文獻(xiàn)

1、李朝青. 單片機(jī)原理與控制技術(shù). 北京航空航天大學(xué)出版社,2001
2、胡偉,季曉衡．單片機(jī)C程序時(shí)間及應(yīng)用實(shí)例．人民郵電出版社,2003
3、美國(guó)Xicor公司x25045資料