C51單片機(jī)看門狗程序優(yōu)化設(shè)計(jì)

（陜西中醫(yī)學(xué)院，陜西 西安 712046）

經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，促進(jìn)了科學(xué)技術(shù)的不斷延伸，C51系統(tǒng)的單片機(jī)也在不斷的發(fā)展，這大大滿足了實(shí)際工作的需要，也不可避免的帶來了一些弊端。比如單片及芯片的抗干擾現(xiàn)象，這種現(xiàn)象不利于智能型儀表單片機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。本文就看門狗硬件電路及其設(shè)計(jì)方案展開分析，通過采取相應(yīng)的措施，解決問題。

1 關(guān)于看門狗的電路系統(tǒng)分析

在實(shí)際工作中，看門狗的電路系統(tǒng)的應(yīng)用范圍是比較廣泛的，它實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)系統(tǒng)的內(nèi)部相關(guān)環(huán)節(jié)的穩(wěn)定運(yùn)行，確保了無人監(jiān)控下的程序的正常運(yùn)作?？撮T狗電路系統(tǒng)的正常運(yùn)行，離不開看門狗芯片與單片機(jī)的I/O引腳環(huán)節(jié)的正常運(yùn)作。這就需要我們針對這一環(huán)節(jié)進(jìn)行具體分析，I/O引腳環(huán)節(jié)的穩(wěn)定性決定了看門狗系統(tǒng)的正常運(yùn)行，該環(huán)節(jié)如果受到內(nèi)外因素的干擾，是極易導(dǎo)致程序的不正常發(fā)展的，容易使系統(tǒng)陷入不良的循環(huán)中。為此我們要實(shí)現(xiàn)看門狗的引腳程序環(huán)節(jié)的穩(wěn)定運(yùn)行，從而保證單片機(jī)的有效復(fù)位，這樣保障了程序的順利執(zhí)行，保證單片機(jī)的自動復(fù)位。

（1）為了保證看門狗電路系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，我們要進(jìn)行看門狗電路設(shè)計(jì)方式的深化，它主要包括兩種環(huán)節(jié)，硬件看門狗設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)與軟件看門狗設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)。前者的正常運(yùn)行，離不開對定時(shí)器的有效應(yīng)用，從而確保主程序的有效監(jiān)控，在主程序的運(yùn)作過程中，我們要確保定時(shí)器的及時(shí)復(fù)位，避免下序環(huán)節(jié)出現(xiàn)運(yùn)行故障。

軟件看門狗技術(shù)模式與硬件看門狗有類似之處，它通過對軟件的利用，實(shí)現(xiàn)程序的穩(wěn)定運(yùn)行。比如對51單片機(jī)的定時(shí)器的應(yīng)用。它利用內(nèi)部定位器實(shí)現(xiàn)對主程序的實(shí)施監(jiān)控。確保主程序運(yùn)作過程中的相關(guān)變量值的有效判斷，確保該值的準(zhǔn)確控制，在運(yùn)作過程中，沒有發(fā)生變化則就會進(jìn)行程序的復(fù)位。

傳統(tǒng)的看門狗電路復(fù)位指令是通過主程序的插入來進(jìn)行的，其指令模式主要是脈沖式，進(jìn)行兩條取反指令的運(yùn)行，這是為了促進(jìn)程序跑飛時(shí)其中斷功能的穩(wěn)定運(yùn)行，促進(jìn)CPU的正常運(yùn)作，保證中斷子程序的穩(wěn)定運(yùn)行，確保該看門狗整體系統(tǒng)的正常運(yùn)作。在此過程中，如果中斷子程序執(zhí)行喂狗指令，那么必然會看門狗的定時(shí)器的穩(wěn)定運(yùn)行，導(dǎo)致微機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)作混亂，不能實(shí)現(xiàn)其正常裝套的運(yùn)轉(zhuǎn)，從而不利于實(shí)際工作程序的順利開展。

（2）在喂狗指令的運(yùn)作過程中，主程序系統(tǒng)都能得到良好的響應(yīng)，促進(jìn)單片機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。在此運(yùn)作過程中，有一種模式影響單片機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行，比如其主程序正常運(yùn)行，但是其中斷響應(yīng)功能的缺乏，是不利于看門狗電路系統(tǒng)的正常運(yùn)行，不利于單片機(jī)系統(tǒng)的正常工作。比如在系統(tǒng)進(jìn)行中斷子程序環(huán)節(jié)的運(yùn)作時(shí)，受到外界因素的干擾。程序出現(xiàn)跑飛現(xiàn)象，導(dǎo)致中斷功能的無法響應(yīng)。

這種情況是由51單片機(jī)的中斷系統(tǒng)內(nèi)部的相關(guān)環(huán)節(jié)導(dǎo)致的，比如其兩個(gè)優(yōu)先級的狀態(tài)觸發(fā)器，進(jìn)行兩級中斷響應(yīng)狀態(tài)的分別指標(biāo)。在此過程中，如果CPU響應(yīng)出現(xiàn)中斷的現(xiàn)象，就會引發(fā)相關(guān)環(huán)節(jié)的優(yōu)先級狀態(tài)觸發(fā)器，從而導(dǎo)致同級別的所有中斷申請的屏蔽，等到reti指令運(yùn)作的時(shí)候，此優(yōu)先級狀態(tài)觸發(fā)器才會被CPU硬件清除，確保下序環(huán)節(jié)的中斷請求的正常相應(yīng)。當(dāng)然，象上述這種情況是比較少見的。大多數(shù)情況下，程序跑飛后都會使pc指針越出有效程序區(qū)，造成“死機(jī)”。這時(shí)“看門狗”就起作用了。在大多數(shù)系統(tǒng)中，中斷子程序執(zhí)行的時(shí)間占總運(yùn)行時(shí)間的百分比都非常小，而在執(zhí)行中斷程序時(shí)，pc指針跑飛越過reti指令，而主程序又能正常運(yùn)行的機(jī)會就更少。

（3）在中斷子程序的運(yùn)作過程中，出現(xiàn)其數(shù)據(jù)信息的運(yùn)作比較復(fù)雜，并且進(jìn)行一系列的函數(shù)運(yùn)作時(shí)，就很可能發(fā)生系統(tǒng)失常的現(xiàn)象，比如在智能流量計(jì)過程中的死機(jī)現(xiàn)象，這種死機(jī)現(xiàn)象并不是很明顯，其鍵盤顯示操作是正常情況，但是在設(shè)定參數(shù)環(huán)節(jié)，總流量不發(fā)生累計(jì)，導(dǎo)致中斷系統(tǒng)的失效，進(jìn)而不利于主程序的穩(wěn)定運(yùn)”指令直接插在中斷子程序中是不合適的，而單獨(dú)插在主程序中又顯然是不夠的。筆者通過仔細(xì)推敲后，將“喂狗”指令分解開來，取反指令變成置位和清零兩種指令，將置位指令插在主程序中，而將清零指令插在t 0中斷子程序中，這樣將兩者聯(lián)系起來，缺一不可，無論主程序運(yùn)行失效，還是t 0中斷請求失效，都不能完成完整的“喂狗”指令，造成“看門狗”動作，從而確保了系統(tǒng)安全可靠地工作。

2 關(guān)于看門狗電路整體設(shè)計(jì)思路的分析

為了保證該看門狗電路整體設(shè)計(jì)的穩(wěn)定運(yùn)行，我們要進(jìn)行C51單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器系統(tǒng)的有效編程，確?？撮T狗的電路功能的穩(wěn)定運(yùn)行。進(jìn)行軟件環(huán)節(jié)與硬件環(huán)節(jié)的有效設(shè)置，確?？撮T狗的定時(shí)器設(shè)置程序的穩(wěn)定運(yùn)行。在此過程中，我們要實(shí)現(xiàn)對主程序的有效應(yīng)用，確保對看門狗的定時(shí)器程序的有效設(shè)置，確保其定時(shí)器系統(tǒng)的計(jì)時(shí)環(huán)節(jié)的穩(wěn)定運(yùn)行，將其計(jì)時(shí)規(guī)定在50ms，當(dāng)達(dá)到這一標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，定時(shí)器會發(fā)生溢出中斷，從而推動溢出中斷服務(wù)程序環(huán)節(jié)的運(yùn)作，確保下序環(huán)節(jié)的穩(wěn)定運(yùn)作，實(shí)現(xiàn)看門狗電路系統(tǒng)的正常運(yùn)行。當(dāng)num的值等于100時(shí)，說明看門狗定時(shí)器已經(jīng)計(jì)時(shí)5s，此時(shí)，單片機(jī)I/O端口P1.0輸出高電平，對程序進(jìn)行復(fù)位。在此過程中，喂狗代碼將被穿插于程序中循環(huán)體末尾。當(dāng)循環(huán)體結(jié)束時(shí)，喂狗代碼執(zhí)行，關(guān)閉定時(shí)器1、清空num并重新初始化定時(shí)器設(shè)置。若循環(huán)體進(jìn)入死循環(huán)，喂狗代碼無法執(zhí)行，num將一直累加至100，此時(shí)程序復(fù)位。 喂狗代碼放置位置可根據(jù)num預(yù)計(jì)數(shù)值進(jìn)行調(diào)整：當(dāng)num門限值較小，即看門狗計(jì)數(shù)時(shí)間較短時(shí)，喂狗代碼可放于程序中各循環(huán)體之后或均勻分布于整個(gè)主程序中。當(dāng)num門限值較大，即看門狗計(jì)數(shù)時(shí)間較長時(shí)，喂狗代碼可放于程序主循環(huán)體末尾。但是需注意看門狗計(jì)數(shù)時(shí)間必須長于正常工作時(shí)間，以免非正常復(fù)位。

結(jié)語

在此過程中，我們要注意對看門狗的定時(shí)器復(fù)位影響因素的應(yīng)用，確保該用戶程序的唯一指令的應(yīng)用，避免出現(xiàn)看門狗定時(shí)器的誤復(fù)位現(xiàn)象，避免出現(xiàn)系統(tǒng)的死機(jī)現(xiàn)象，從而保證看門狗系統(tǒng)內(nèi)部程序的穩(wěn)定運(yùn)行，確保實(shí)際工作的正常開展。對沒有中斷的用戶系統(tǒng)，只需將清零指令也插在主程序中就可以了；對于有多種中斷的用戶系統(tǒng)，如果沒有中斷嵌套，則清零指令可以插在任一個(gè)中斷子程序中，而在主程序中適當(dāng)加入一些有關(guān)中斷的冗余指令，以免因有關(guān)中斷的特殊功能寄存器數(shù)據(jù)受到干擾時(shí)導(dǎo)致中斷功能失效。

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