555定時(shí)器芯片實(shí)現單片機看門(mén)狗電路

隨著(zhù)單片機在能源領(lǐng)域中的廣泛應用，單片機的抗干擾問(wèn)題越來(lái)越突出，煤礦井下環(huán)境一般比較惡劣，這便會(huì )為單片機控制系統帶來(lái)各種干擾，以致系統不能正常工作。單片機應用系統的抗干擾性能主要取決于硬件的抗干擾設計，但軟件
抗干擾設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內硬件的運作，卻常會(huì )使系統的軟件無(wú)法正常運行，單片機應用的一個(gè)突出問(wèn)題，便是單片機運行過(guò)程中經(jīng)常出現的程序跑飛現象。
在單片機系統中，因為干擾的原因，在非預期的情況下，使得程序計數器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域，這便是程序的跑飛。程序跑飛后或者會(huì )使指令的地址碼和操作碼發(fā)生改變，PC 把操作數當作指令來(lái)執行；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，運行結果常常會(huì )使單片機進(jìn)入死循環(huán)———便是大家常說(shuō)的“死機”。為確保在無(wú)人當值的情況下，單片機“死機”后能自動(dòng)恢復過(guò)來(lái)，通常采用軟件陷阱，外部WDT 電路，以及軟件控制的WATCHDOG 等方法，使系統恢復正常（后兩種俗稱(chēng)“看門(mén)狗”），限于篇幅不做專(zhuān)門(mén)說(shuō)明，這里主要向大家介紹用555 定時(shí)器軟硬結合做看門(mén)狗的一種方法。
2、555定時(shí)器
一般情況下，看門(mén)狗主要是通過(guò)不斷監視程序運行一個(gè)事件的時(shí)間是否超過(guò)預定的時(shí)間來(lái)判斷程序是否進(jìn)入了死循環(huán)，因此利用555 定時(shí)器可復位的觸發(fā)功能外加延時(shí)電路可實(shí)現看門(mén)狗的功能。555定時(shí)器是一種多用途的單片集成電路，內部電路如圖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(guò)一個(gè)小電容接地，以防旁路高頻交流干擾；R 為定時(shí)器直接復位端，加低電平可將定時(shí)器直接置“0”，此時(shí)，OUT輸出“0”，Q 為1”，V 導通，D 端對地通路；TH 為復位閥值輸入端，當TH 電壓超過(guò)2/3UDD（即A1 負端分壓）時(shí)，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TR電壓低于1/3 UDD（即A2 正端分壓）時(shí)，A2 輸出“1”，定時(shí)器被置位，此時(shí)，OUT 輸出“1”，Q 為“0”，V截止，D端對地斷路。
3、看門(mén)狗電路及運行指令以INTEL公司的16 位單片機8096 為例，555定時(shí)器作為看門(mén)狗與單片機的接口電路可設計如圖2 所示。

首先在單片機初始化時(shí)用指令“ORBPORT1，#01H”置P1.0 為“1”，則三極管T 導通，555 芯片的R 為“1”，TH、TR 端經(jīng)R、C 充電，電位逐漸上升，當電位還低于1/3 UDD 時(shí)，OUT 輸出“1”，D端對地斷路，電容C 正常充電，（http://www.diangon.com/版權所有）一旦程序跑飛或進(jìn)入死循環(huán)，在電位上升到高于2/3 UDD時(shí)仍沒(méi)有“喂狗”，則OUT輸出變?yōu)?ldquo;0”，經(jīng)三極管T拉低單片機的RESET 腳，并使復位電容放電，這時(shí)
D 端對地短路，電容C 也通過(guò)Rf 放電，當TH、TR端電位放電到低于1/3 UDD（注意）時(shí)，OUT輸出重新變?yōu)?ldquo;1”，單片機進(jìn)入復位狀態(tài)。
“喂狗”是指復位看門(mén)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(shí)
SKIP ；以使TR電壓降到1/3 UDD為宜
ORB PORT1，#01H ；使P1.0 為“1”
當P1.0 被置為“0”時(shí)，555 定時(shí)器的R 端為“0”，三極管T 截止。R 端為“0”則555 芯片被復位，OUT 輸出為“0”，同時(shí)D 端對地短路，電容C放電為重新延時(shí)做準備，但因為三極管的截止，此時(shí)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，從而區分開(kāi)了“喂狗”與系統故障時(shí)看門(mén)狗發(fā)生作用的不同之處。
4、需要注意的問(wèn)題
這里仍然有一個(gè)問(wèn)題需要注意，那就是555定時(shí)器的正常工作與否完全依賴(lài)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 的預置狀態(tài)的，若單片機在進(jìn)入死循環(huán)之前，P1.0 被誤置為了“0”，看
門(mén)狗始終處于“被喂”的狀態(tài)，那這個(gè)電路便就無(wú)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(lái)應對，就是在程序的關(guān)鍵地方多次插寫(xiě)看門(mén)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(guò)盡管如此軟件冗余的應用也還是有一個(gè)前提的，那就是跑飛的程序必須落在程序區，冗余的指令得到執行方可生效，若跑飛的程序落在了非程序區，僅憑指令冗余技術(shù)便不可靠了，這時(shí)我們便還須借助其他抗干擾技術(shù)的支持，如軟件陷阱、標志技術(shù)，本質(zhì)可靠性程序的設計等，在此不再贅述，但這些都必須包含在一個(gè)可靠的程序內———畢竟，單片機系統來(lái)自干擾的影響是立體的，那么，我們的應對策略便也須是全方位的。