用CD4060制作看門狗報警電路

1、用CD4060制作看門狗報警電路

看門狗定時器（WDT，WatchDogTimer）是單片機(jī)的一個組成部分，它實際上是一個計數(shù)器，一般給看門狗一個大數(shù)，程序開始運行后看門狗開始倒計數(shù)。如果程序運行正常，過一段時間CPU應(yīng)發(fā)出指令讓看門狗，重新開始倒計數(shù)。如果看門狗減到0就認(rèn)為程序沒有正常工作，強(qiáng)制整個系統(tǒng)復(fù)位。

原理圖：

CD4060芯片特性

1）電壓范圍寬，應(yīng)該可以工作在3V～15V，輸入阻抗高，驅(qū)動能力差外，跟74系列的功能基本沒有區(qū)別；

2）輸入時，1/2工作電壓以下為0，1/2工作電壓以上為1；

3）輸出時，1=工作電壓；0=0V；

4）驅(qū)動能力奇差，在設(shè)計時最多只能帶1個TTL負(fù)載；

5）如果加上拉電阻的話，至少要100K電阻；

6）唯一現(xiàn)在使用的可能就是計數(shù)器，CD4060的計數(shù)器可以到14級二進(jìn)制串行計數(shù)。

看門狗電路由14位二進(jìn)制計數(shù)器CD4060和三極管VT1、VT2等組成。

Vout接單片機(jī)AT89C51的引腳輸出口P1.7，由單片機(jī)的CPU向看門狗電路發(fā)送喂狗信號——正脈沖，在兩個正脈沖間隔內(nèi)，P1.7保持為低電平（此功能要結(jié)合軟件才能實現(xiàn)，相應(yīng)的軟件設(shè)計在下面介紹）。我們知道，單片機(jī)AT89C51的I／O口帶灌電流負(fù)載的能力比較大，每個引腳低電平時的吸入電流為20mA，帶拉電流負(fù)載的能力卻很小，實測情況是，每個引腳高電平時的輸出電流僅25μA，現(xiàn)在P1.7口被設(shè)計成帶拉電流負(fù)載的方式，為了提高P1.7口帶拉電流負(fù)載的能力，所以，電路中設(shè)置了上拉電阻R3。

14位二進(jìn)制計數(shù)器CD4060的計數(shù)脈沖由其內(nèi)部振蕩器和外接阻容元件R1、R2、C1組成的電路產(chǎn)生，振蕩周期為

T0SC=2.2×R1×C1=0.22ms

振蕩器產(chǎn)生的計數(shù)脈沖（矩形波）可以直接引出，同時還可以從CD4060的10個輸出端Q4～Q10和Q12～Q14得到不同分頻系數(shù)的方波輸出，各方波輸出信號的周期如表1所示。這樣，如果CD4060得不到CPU通過P1.7口發(fā)送來的喂狗信號——正脈沖，則CD4060的輸出端Q14在1.8S內(nèi)將產(chǎn)生一個完整周期的方波信號，而且低電平在前，高電平在后，其高電平經(jīng)三極管VT1、VT2處理后形成單片機(jī)AT89C51的復(fù)位信號，使單片機(jī)AT89C51復(fù)位。

由此可見，單片機(jī)AT89C51正常工作時，只要在0.9S內(nèi)從P1.7口送出一個正脈沖，便可及時清零看門狗，輸出端Q14就不會產(chǎn)生定時溢出信號，從而使看門狗電路對單片機(jī)系統(tǒng)不起作用。并且，從CD4060的10個輸出端Q4～Q10和Q12～Q14可以得到不同周期的方波信號，經(jīng)三極管VT1、VT2處理后形成單片機(jī)系統(tǒng)的復(fù)位信號，可以適應(yīng)不同用戶應(yīng)用程序，從而該硬件看門狗電路可以適應(yīng)不同的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。

對MCS-51系列的單片機(jī)而言，它所需要的復(fù)位信號是高電平寬度大于2個機(jī)器周期的正脈沖，例如，單片機(jī)的時鐘脈沖頻率為12MHz時，則所需要的復(fù)位信號高電平寬度為2μs以上就可以了，而由上面的分析可知，CD4060的Q14輸出的是高電平寬度為0.9s的方波，如果讓它直接作為單片機(jī)的復(fù)位信號，則單片機(jī)的復(fù)位時間勢必在0.9s以上，這樣盡管可以使程序跑飛的單片機(jī)復(fù)位，但是顯然沒有做到盡快地引導(dǎo)跑飛的程序到正確的軌道來，如果這樣做的話，對于某些單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)而言可能帶來非常嚴(yán)重的后果。

圖1中的三極管VT1、VT2及其周圍阻容元件構(gòu)成波形轉(zhuǎn)換電路，把較寬的正脈沖變換為較窄的正脈沖，從而較好地解決了上述的問題。三極管VT1、VT2構(gòu)成的2級直接耦合放大器作為緩沖器使用，它是CD4060的輸出端Q14的灌電流負(fù)載，C2、R8是微分電路。

經(jīng)分析后不難看出，電路中的R7、R8、C2還具有單片機(jī)上電復(fù)位的功能。

2、上電復(fù)位與看門狗信號復(fù)位的不同處理過程

由于程序跑飛很可能會造成一些隨機(jī)破壞事件，對某些系統(tǒng)而言，希望盡可能從斷點處恢復(fù)運行，因此，有必要妥善解決跑飛的程序回復(fù)后的處理。

單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)上電時，上電復(fù)位電路會使得單片機(jī)處于復(fù)位狀態(tài)，這一般稱為冷啟動，這種情況下，單片機(jī)處于復(fù)位狀態(tài)表現(xiàn)為：

（1）程序計數(shù)器PC的值為0000H。

（2）I／O口（P0、P1、P2、P3（1））為FFH狀態(tài)，即準(zhǔn)雙向I／O口的輸入狀態(tài)。

（3）堆棧指示器SP=07H，即堆棧底為片內(nèi)RAM的07H單元。

（4）除上述狀態(tài)外，所有特殊功能寄存器SFR的有效位均為0。

（5）上電復(fù)位時，由于是重新供電，RAM在斷電時數(shù)據(jù)丟失，上電復(fù)位后為隨機(jī)數(shù)。

單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的程序跑飛時，看門狗產(chǎn)生復(fù)位信號，也會使得單片機(jī)處于復(fù)位狀態(tài)，這一般稱為熱啟動，這種情況下，單片機(jī)處于復(fù)位狀態(tài)表現(xiàn)為：

（1）程序計數(shù)器PC的值為0000H。

（2）I／O口（P0、P1、P2、P3）為FFH狀態(tài)，即準(zhǔn)雙向I／O口的輸入狀態(tài)。

（3）堆棧指示器SP=07H，即堆棧底為片內(nèi)RAM的07H單元。

（4）除上述狀態(tài)外，所有特殊功能寄存器SFR的有效位均為0。

（5）復(fù)位信號使得單片機(jī)處于復(fù)位狀態(tài)時，片內(nèi)RAM中的數(shù)據(jù)不受影響。

比較上面兩種單片機(jī)復(fù)位方式可知，上電復(fù)位與信號復(fù)位不同之處是第（5）點，這正是我們區(qū)分兩種單片機(jī)復(fù)位方式的根據(jù)。具體方法是設(shè)置上電復(fù)位標(biāo)志，例如，片內(nèi)RAM的7EH單元和7FH單元分別為（7EH）=18H且（7FH）=81H時表示已完成上電復(fù)位。上面兩種單片機(jī)復(fù)位方式都使得程序從0000H入口。然而，上電復(fù)位后要進(jìn)行系統(tǒng)的完全初始化，而程序跑飛回復(fù)后往往要求保留一些過程參數(shù)，不允許重新初始化，而且還要對一些關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行檢查與修復(fù)。

因此，要根據(jù)不同情況進(jìn)行不同的初始化處理。圖2是上電復(fù)位與程序跑飛回復(fù)初始化處理框圖。0000H是MCU的復(fù)位人口，程序啟動后，首先判斷是上電復(fù)位（冷啟動），還是程序跑飛回復(fù)（熱啟動）。上電復(fù)位是開機(jī)操作，要建立上電標(biāo)志，并進(jìn)行系統(tǒng)的完全初始化。程序跑飛回復(fù)應(yīng)進(jìn)行相關(guān)資源的檢查與修復(fù)，以防止系統(tǒng)運行出錯。另外，根據(jù)系統(tǒng)特點，需要保留一些過程數(shù)據(jù)，不得進(jìn)行完全初始化。