一種新的單片機“看門狗”電路軟件設計方法

隨著MCS-51系列單片機的發展，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控制系統發生“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。由于一些專業期刊曾經刊登過許多關于“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保“看門狗”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

現以MAX706監控電路為例（見圖1）來說明“看門狗”硬件電路的工作過程，我們知道，MAX706是一種性能優良的低功耗CMOS監控電路芯片，其內部電路由上電復位、可重觸發“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”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，無法對已經混亂的微機系統重新啟動以投入正常運轉狀態。

在主程序中適當插入“喂狗”指令，大多數場合的單片機系統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正常工作時無能為力的。例如：當程序正在執行中斷子程序時，系統突然受到強烈干擾，程序跑飛，而且PC指針剛好落在主程序的指令字節上，堆棧也不溢出，使主程序能夠繼續正常運行。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的中斷系統中有兩個不可尋址的優先級狀態觸發器，分別指標兩級中斷響應狀態。當CPU響應中斷時，首先置位相應的優先級狀態觸發器（該觸發器能指出CPU正在處理的中斷優先級別），這時會屏蔽掉同級別的所有中斷申請，直到執行RETI指令時，才由CPU硬件清零該優先級狀態觸發器，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行RETI指令，那么同級別中斷申請就不會被響應了。