基于X25045的新型看門(mén)狗電路

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

前言

工控系統在運行時(shí)，通常都會(huì )遇到各種各樣的現場(chǎng)干擾，抗干擾能力是衡量工控系統性能的一個(gè)重要指標?？撮T(mén)狗(Watchdog)電路是自行監測系統運行的重要保證，幾乎所有的工控系統都包含看門(mén)狗電路。在8096系列單片機和增強型8051系列單片機中，該系統已經(jīng)做在芯片內部，用戶(hù)只要用軟件開(kāi)放它就可以，使用很方便。但目前工控系統仍在使用廉價(jià)的普通型8051系列單片機，則看門(mén)狗電路必須由用戶(hù)自己建立。

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

X25045芯片簡(jiǎn)介

X25045是美國Xicor公司的生產(chǎn)的標準化8腳集成電路，它將EEPROM、看門(mén)狗定時(shí)器、電壓監控三種功能組合在單個(gè)芯片之內，大大簡(jiǎn)化了硬件設計，提高了系統的可靠性，減少了對印制電路板的空間要求，降低了成本和系統功耗，是一種理想的單片機外圍芯片。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，數據由此引腳逐位輸出；
SI：串行輸入，數據或命令由此引腳逐位寫(xiě)入X25045；
SCK：串行時(shí)鐘輸入，其上升沿將數據或命令寫(xiě)入，下降沿將數據輸出；
WP：寫(xiě)保護輸入。當它低電平時(shí)，寫(xiě)操作被禁止；
Vss：地；
Vcc：電源電壓；
RESET：復位輸出。
X25045在讀寫(xiě)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(mén)狗電路設計及編程

X25045硬件連接圖如圖2所示。X25045芯片內包含有一個(gè)看門(mén)狗定時(shí)器，可通過(guò)軟件預置系統的監控時(shí)間。在看門(mén)狗定時(shí)器預置的時(shí)間內若沒(méi)有總線(xiàn)活動(dòng)，則X25045將從RESET輸出一個(gè)高電平信號，經(jīng)過(guò)微分電路C2、R3輸出一個(gè)正脈沖，使CPU復位。圖2電路中，CPU的復位信號共有3個(gè)：上電復位(C1、R2)，人工復位(S、R1、R2)和Watchdog復位(C2、R3)，通過(guò)或門(mén)綜合后加到RESET端。C2、R3的時(shí)間常數不必太大，有數百微秒即可，因為這時(shí)CPU的振蕩器已經(jīng)在工作。

圖2 X25045看門(mén)狗電路硬件連接圖

看門(mén)狗定時(shí)器的預置時(shí)間是通過(guò)X25045的狀態(tài)寄存器的相應位來(lái)設定的。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(mén)狗電路有關(guān)，其余位和EEPROM的工作設置有關(guān)。

表2 X25045狀態(tài)寄存器

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

看門(mén)狗電路的定時(shí)時(shí)間長(cháng)短可由具體應用程序的循環(huán)周期決定，通常比系統正常工作時(shí)最大循環(huán)周期的時(shí)間略長(cháng)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(mén)狗的定時(shí)時(shí)間永遠達不到預置時(shí)間，系統就不會(huì )復位而正常工作。當系統跑飛，用軟件陷阱等別的方法無(wú)法捕捉回程序時(shí)，則看門(mén)狗定時(shí)時(shí)間很快增長(cháng)到預置時(shí)間，迫使系統復位。

以下是C語(yǔ)言編寫(xiě)的看門(mén)狗程序部分。

#include "reg51.h"
sbit cs=P1^2;/*片選信號由P1.2產(chǎn)生*/
sbit sck=P1^3; /*時(shí)鐘信號由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)送一字節數據子函數*/
{
unsigned char i;
for(i=0; i<8; i++)
{ ACC=com; /*將數據放入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(xiě)讀使能命令*/
cs=0;
tran();
cs=1;
com=0x01; /*發(fā)寫(xiě)狀態(tài)字命令*/
cs=0;
tran();
com=0x00; /*定時(shí)1.4s*/
tran();
cs=1;
...;系統正常運行的程序部分
}

需要注意的是，在程序正常運行的時(shí)候，應該在適當的地方加一條喂狗指令，使系統正常運行時(shí)的定時(shí)時(shí)間達不到預置時(shí)間。系統就不會(huì )復位。喂狗指令如下。

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

X25045的看門(mén)狗電路使用十分方便。X25045內部還集成了512BEEPROM和電壓運行監視系統，只需這樣一塊芯片，外加晶振和復位電路就可以組成單片機的應用系統，非常適合于便攜式儀器和嵌入式系統的設計。

參考文獻

1、李朝青. 單片機原理與控制技術(shù). 北京航空航天大學(xué)出版社,2001

2、胡偉,季曉衡．單片機C程序時(shí)間及應用實(shí)例．人民郵電出版社,2003

3、美國Xicor公司x25045資料