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“看門狗”概念及其應(yīng)用
在由單片機(jī)構(gòu)成的系統(tǒng)中，由于單片機(jī)的工作有可能會受到來自外界電磁場的干擾，造成程序的跑飛，從而陷入死循環(huán)，程序的正常運(yùn)行被打斷，由單片機(jī)控制的系統(tǒng)便無法繼續(xù)工作，這樣會造成整個系統(tǒng)陷入停滯狀態(tài)，發(fā)生不可預(yù)料的后果，所以出于對單片機(jī)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實時監(jiān)測的考慮，便產(chǎn)生了一種專門用于監(jiān)測單片機(jī)程序運(yùn)行狀態(tài)的芯片，俗稱“看門狗”(watch dog)。
加入看門狗電路的目的是使單片機(jī)可以在無人狀態(tài)下實現(xiàn)連續(xù)工作，其工作過程如下：看門狗芯片和單片機(jī)的一個I/O引腳相連，該I/O引腳通過單片機(jī)的程序控制，使它定時地往看門狗芯片的這個引腳上送入高電平(或低電平)，這一程序語句是分散地放在單片機(jī)其他控制語句中間的，一旦單片機(jī)由于干擾造成程序跑飛后而陷入某一程序段進(jìn)入死循環(huán)狀態(tài)時，給看門狗引腳送電平的程序便不能被執(zhí)行到，這時，看門狗電路就會由于得不到單片機(jī)送來的信號，便將它和單片機(jī)復(fù)位引腳相連的引腳上送出一個復(fù)位信號，使單片機(jī)發(fā)生復(fù)位，從而單片機(jī)將從程序存儲器的起始位置重新開始執(zhí)行程序，這樣便實現(xiàn)了單片機(jī)的自動復(fù)位。
通�？撮T狗電路需要一個專門的看門狗芯片連接單片機(jī)來實現(xiàn)，不過這樣會給電路設(shè)計帶來復(fù)雜，STC單片機(jī)內(nèi)部自帶有看門狗，通過對相應(yīng)特殊功能寄存器的設(shè)置就可實現(xiàn)看門狗的應(yīng)用，STC89系列單片機(jī)內(nèi)部有一個專門的看門狗定時器寄存器，Watch Dog Timer 寄存器，其相應(yīng)功能見下個知識點(diǎn)。
看門狗定時器寄存器(WDT_CONTR)
STC單片機(jī)看門狗定時器寄存器在特殊功能寄存器中的字節(jié)地址為E1H，不能位尋址， 該寄存器用來管理STC單片機(jī)的看門狗控制部分，包括啟�？撮T狗、設(shè)置看門狗溢出時間等。單片機(jī)復(fù)位時該寄存器不一定全部被清0，在STC下載程序軟件界面上可設(shè)置復(fù)位關(guān)看門狗或只有停電關(guān)看門狗的選擇，大家根據(jù)需要可做出適合自己設(shè)計系統(tǒng)的選擇。其各位的定義如表4.2.1所示。
表1看門狗定時器寄存器(WDT_CONTR)
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位序號 |
D7 |
D6 |
D5 |
D4 |
D3 |
D2 |
D1 |
D0 |
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位符號 |
-- |
-- |
EN_WDT |
CLR_WDT |
IDLE_WDT |
PS2 |
PS1 |
PS0 |
EN_WDT：看門狗允許位，當(dāng)設(shè)置為“1”時，啟動看門狗。
CLR_WDT ：看門狗清“0”位，當(dāng)設(shè)為“1”時，看門狗定時器將重新計數(shù)。硬件 自動清“0”此位。
IDLE_WDT：看門狗“IDLE”模式位，當(dāng)設(shè)置為“1”時，看門狗定時器在單片機(jī) 的“空閑模式”計數(shù)，當(dāng)清“0”該位時, 看門狗定時器在單片機(jī)的“空閑模式” 時不計數(shù)。
PS2、PS1、PS0：看門狗定時器預(yù)分頻值，不同值對應(yīng)預(yù)分頻數(shù)如表4.2.2所示。
表2 12M晶振看門狗定時器預(yù)分頻值
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PS2 |
PS1 |
PS0 |
預(yù)分頻數(shù) |
看門狗溢出時間 |
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0 |
0 |
0 |
2 |
65.5ms |
|
0 |
0 |
1 |
4 |
131.0ms |
|
0 |
1 |
0 |
8 |
262.1ms |
|
0 |
1 |
1 |
16 |
524.2ms |
|
1 |
0 |
0 |
32 |
1.0485s |
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1 |
0 |
1 |
64 |
2.0971s |
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1 |
1 |
0 |
128 |
4.1943s |
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1 |
1 |
1 |
256 |
8.3886s |
看門狗溢出時間與預(yù)分頻數(shù)有直接的關(guān)系，公式如下：
看門狗溢出時間=(N×預(yù)分頻數(shù)×32768)/晶振頻率
上式中N表示STC單片機(jī)的時鐘模式，STC單片機(jī)有兩種時鐘模式：單倍速，也就是12時鐘模式，這種時鐘模式下，STC單片機(jī)與其它公司51單片機(jī)具有相同的機(jī)器周期，即12個振蕩周期為一個機(jī)器周期；另一種為雙倍速，又被稱為6時鐘模式，在這種時鐘模式下，STC單片機(jī)比其它公司的51單片機(jī)運(yùn)行速度要快一倍，關(guān)于單倍速與雙倍速的設(shè)置在下載程序軟件界面上有設(shè)置選擇，大家可自行下載測試程序運(yùn)行速度。預(yù)分頻數(shù)的值由PS2、PS1和PS0的組合確定，如表4.2.2所示。晶振頻率即為當(dāng)前系統(tǒng)的時鐘頻率。
下面我們通過兩個例子來進(jìn)一步講解使用看門狗和不使用看門狗時程序運(yùn)行的區(qū)別，由于STC單片機(jī)的高抗干擾特點(diǎn)，至今我還未曾遇到過程序跑飛的情況，因此我們也很難人為制造出使單片機(jī)程序跑亂的情況，下面的程序演示利用看門狗的溢出時間來使程序自動復(fù)位運(yùn)行。
【例】：在實驗板上實現(xiàn)如下描述：程序啟動后設(shè)定看門狗溢出時間為2秒左右，然后點(diǎn)亮第一個發(fā)光二極管，稍延時一會，然后熄滅發(fā)光二極管，使程序進(jìn)入等待死循環(huán)狀態(tài)，并且在死循環(huán)中大約每隔1秒喂狗一次，看程序運(yùn)行是否正常。
新建文件part3.4.2.c，程序代碼如下：
#include <reg52.h> //52系列單片機(jī)頭文件
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
sfr WDT_CONTR=0xe1;
sbit led1=P0^0;
sbit leds=P1^4; //led使能
void delayms(uint xms)
{
uint i,j;
for(i=xms;i>0;i--) //i=xms即延時約xms毫秒
for(j=110;j>0;j--);
}
void main()
{
WDT_CONTR=0x35;
leds=0;
led1=0;
delayms(500);
led1=1;
while(1)
{
delayms(1000);
WDT_CONTR=0x35;
}
}
分析：
(1)“sfr WDT_CONTR=0xe1;”定義STC單片機(jī)中新加入的看門狗寄存器，因為reg52.h頭文件中沒有對該寄存器的定義，以后要定義其它新的寄存器時方法相同，當(dāng)然也可以寫在reg52.h頭文件中。
(2)程序開始后，點(diǎn)亮發(fā)光二極管后延時約500ms后再熄滅，這里延時不可過長，若兩次喂狗之間程序運(yùn)行的總時間超過看門狗的溢出時間，看門狗將復(fù)位單片機(jī)，大家可調(diào)節(jié)這個延時時間看實際演示效果。
(3)喂狗時使用和設(shè)定看門狗寄存器同樣的語句，只要看門狗寄存器中的CLR_WDT位被置1，看門狗定時器將重新計數(shù)，CLR_WDT位被置1后，由硬件自動將其清零。
(4)演示結(jié)果表現(xiàn)為發(fā)光二極管點(diǎn)亮后，馬上熄滅，再不會點(diǎn)亮，這說明程序沒有被復(fù)位，始終停止在while(1)循環(huán)中，看門狗處于被正常喂狗的情況下。
【例】只需把while(1)循環(huán)中的“WDT_CONTR=0x35;”這句刪掉，演示結(jié)果為小燈不停的閃爍，因為有了看門狗的作用，當(dāng)看門狗定時器溢出時，使單片機(jī)復(fù)位從頭重新執(zhí)行程序，所以小燈閃爍。
在應(yīng)用看門狗時，需要在整個大程序的不同位置喂狗，每兩次喂狗之間的時間間隔一定不能小于看門狗定時器的溢出時間，否則程序?qū)煌５膹?fù)位。
[此貼子已經(jīng)被作者于2010-4-9 17:27:00編輯過]
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