用CD4060制作看门狗报警电路

1、用CD4060制作看门狗报警电路

看门狗定时器（WDT，WatchDogTimer）是单片机的一个组成部分，它实际上是一个计数器，一般给看门狗一个大数，程序开始运行后看门狗开始倒计数。如果程序运行正常，过一段时间CPU应发出指令让看门狗，重新开始倒计数。如果看门狗减到0就认为程序没有正常工作，强制整个系统复位。

原理图：

CD4060芯片特性

1）电压范围宽，应该可以工作在3V～15V，输入阻抗高，驱动能力差外，跟74系列的功能基本没有区别；

2）输入时，1/2工作电压以下为0，1/2工作电压以上为1；

3）输出时，1=工作电压；0=0V；

4）驱动能力奇差，在设计时最多只能带1个TTL负载；

5）如果加上拉电阻的话，至少要100K电阻；

6）唯一现在使用的可能就是计数器，CD4060的计数器可以到14级二进制串行计数。

看门狗电路由14位二进制计数器CD4060和三极管VT1、VT2等组成。

Vout接单片机AT89C51的引脚输出口P1.7，由单片机的CPU向看门狗电路发送喂狗信号——正脉冲，在两个正脉冲间隔内，P1.7保持为低电平（此功能要结合软件才能实现，相应的软件设计在下面介绍）。我们知道，单片机AT89C51的I／O口带灌电流负载的能力比较大，每个引脚低电平时的吸入电流为20mA，带拉电流负载的能力却很小，实测情况是，每个引脚高电平时的输出电流仅25μA，现在P1.7口被设计成带拉电流负载的方式，为了提高P1.7口带拉电流负载的能力，所以，电路中设置了上拉电阻R3。

14位二进制计数器CD4060的计数脉冲由其内部振荡器和外接阻容元件R1、R2、C1组成的电路产生，振荡周期为

T0SC=2.2×R1×C1=0.22ms

振荡器产生的计数脉冲（矩形波）可以直接引出，同时还可以从CD4060的10个输出端Q4～Q10和Q12～Q14得到不同分频系数的方波输出，各方波输出信号的周期如表1所示。这样，如果CD4060得不到CPU通过P1.7口发送来的喂狗信号——正脉冲，则CD4060的输出端Q14在1.8S内将产生一个完整周期的方波信号，而且低电平在前，高电平在后，其高电平经三极管VT1、VT2处理后形成单片机AT89C51的复位信号，使单片机AT89C51复位。

由此可见，单片机AT89C51正常工作时，只要在0.9S内从P1.7口送出一个正脉冲，便可及时清零看门狗，输出端Q14就不会产生定时溢出信号，从而使看门狗电路对单片机系统不起作用。并且，从CD4060的10个输出端Q4～Q10和Q12～Q14可以得到不同周期的方波信号，经三极管VT1、VT2处理后形成单片机系统的复位信号，可以适应不同用户应用程序，从而该硬件看门狗电路可以适应不同的单片机应用系统。

对MCS-51系列的单片机而言，它所需要的复位信号是高电平宽度大于2个机器周期的正脉冲，例如，单片机的时钟脉冲频率为12MHz时，则所需要的复位信号高电平宽度为2μs以上就可以了，而由上面的分析可知，CD4060的Q14输出的是高电平宽度为0.9s的方波，如果让它直接作为单片机的复位信号，则单片机的复位时间势必在0.9s以上，这样尽管可以使程序跑飞的单片机复位，但是显然没有做到尽快地引导跑飞的程序到正确的轨道来，如果这样做的话，对于某些单片机应用系统而言可能带来非常严重的后果。

图1中的三极管VT1、VT2及其周围阻容元件构成波形转换电路，把较宽的正脉冲变换为较窄的正脉冲，从而较好地解决了上述的问题。三极管VT1、VT2构成的2级直接耦合放大器作为缓冲器使用，它是CD4060的输出端Q14的灌电流负载，C2、R8是微分电路。

经分析后不难看出，电路中的R7、R8、C2还具有单片机上电复位的功能。

2、上电复位与看门狗信号复位的不同处理过程

由于程序跑飞很可能会造成一些随机破坏事件，对某些系统而言，希望尽可能从断点处恢复运行，因此，有必要妥善解决跑飞的程序回复后的处理。

单片机应用系统上电时，上电复位电路会使得单片机处于复位状态，这一般称为冷启动，这种情况下，单片机处于复位状态表现为：

（1）程序计数器PC的值为0000H。

（2）I／O口（P0、P1、P2、P3（1））为FFH状态，即准双向I／O口的输入状态。

（3）堆栈指示器SP=07H，即堆栈底为片内RAM的07H单元。

（4）除上述状态外，所有特殊功能寄存器SFR的有效位均为0。

（5）上电复位时，由于是重新供电，RAM在断电时数据丢失，上电复位后为随机数。

单片机应用系统的程序跑飞时，看门狗产生复位信号，也会使得单片机处于复位状态，这一般称为热启动，这种情况下，单片机处于复位状态表现为：

（1）程序计数器PC的值为0000H。

（2）I／O口（P0、P1、P2、P3）为FFH状态，即准双向I／O口的输入状态。

（3）堆栈指示器SP=07H，即堆栈底为片内RAM的07H单元。

（4）除上述状态外，所有特殊功能寄存器SFR的有效位均为0。

（5）复位信号使得单片机处于复位状态时，片内RAM中的数据不受影响。

比较上面两种单片机复位方式可知，上电复位与信号复位不同之处是第（5）点，这正是我们区分两种单片机复位方式的根据。具体方法是设置上电复位标志，例如，片内RAM的7EH单元和7FH单元分别为（7EH）=18H且（7FH）=81H时表示已完成上电复位。上面两种单片机复位方式都使得程序从0000H入口。然而，上电复位后要进行系统的完全初始化，而程序跑飞回复后往往要求保留一些过程参数，不允许重新初始化，而且还要对一些关键参数进行检查与修复。

因此，要根据不同情况进行不同的初始化处理。图2是上电复位与程序跑飞回复初始化处理框图。0000H是MCU的复位人口，程序启动后，首先判断是上电复位（冷启动），还是程序跑飞回复（热启动）。上电复位是开机操作，要建立上电标志，并进行系统的完全初始化。程序跑飞回复应进行相关资源的检查与修复，以防止系统运行出错。另外，根据系统特点，需要保留一些过程数据，不得进行完全初始化。