STC89C5X單片機(jī)“看門狗”原理、詳解和演示程序

作者：時(shí)間：2011-01-27 來源：網(wǎng)絡(luò)

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“看門狗定時(shí)器”是這樣一種東西，從功能上說它可以讓微控制器在意外狀況下（比如軟件陷入死循環(huán)）重新回復(fù)到系統(tǒng)上電狀態(tài)，以保證系統(tǒng)出問題的時(shí)候重啟一次。就跟我們現(xiàn)在用電腦一樣，死機(jī)了你就按一下reset鍵重啟一次電腦，看門狗就是負(fù)責(zé)干這個(gè)事兒的。它是52單片機(jī)增加的一個(gè)功能，以前Intel 8031、……、AT 89C51時(shí)代單片機(jī)片內(nèi)都沒有“看門狗”功能，需要我們外擴(kuò)看門狗芯片，比如X5045。

　　很多人初次接觸不太理解怎么用，書上也講的含含糊糊，故意說的很復(fù)雜很玄妙（可能是現(xiàn)在寫書人的通病，生怕寫的簡(jiǎn)單的別人覺得他沒水平）。其實(shí)要是說明白點(diǎn)：“看門狗”就是一個(gè)計(jì)數(shù)器，由于位數(shù)有限計(jì)數(shù)器能夠裝的數(shù)值是有限的(比如8位的最多裝256個(gè)數(shù)、16位的最多裝65536個(gè)數(shù))，從開啟“看門狗”那刻起，它就開始不停的數(shù)機(jī)器周期，數(shù)一個(gè)機(jī)器周期就計(jì)數(shù)器加１，加到計(jì)數(shù)器盛不下了（術(shù)語叫溢出）就就產(chǎn)生一個(gè)復(fù)位信號(hào)，重啟系統(tǒng)。

　　注解：這里順便說一下，一般教材上叫“看門狗定時(shí)器”，其實(shí)定時(shí)器原理還是計(jì)數(shù)器，只是計(jì)的是時(shí)鐘周期，所以我為了初學(xué)者好理解叫統(tǒng)一叫“計(jì)數(shù)器”，這里闡明一下。

　　明白了上面的原理，我們?cè)谠O(shè)計(jì)程序時(shí)，先根據(jù)看門狗計(jì)數(shù)器的位數(shù)和系統(tǒng)的時(shí)鐘周期算一下計(jì)滿數(shù)需要的時(shí)間，就是說在這個(gè)時(shí)間內(nèi)“看門狗”計(jì)數(shù)器是不會(huì)裝滿的，然后在這個(gè)時(shí)間內(nèi)告訴它重新開始計(jì)數(shù)，就是把計(jì)數(shù)器清零，這個(gè)過程叫“喂狗”，這樣隔一段時(shí)間喂一次狗，只要程序正常運(yùn)行他就永遠(yuǎn)計(jì)不滿，一旦出現(xiàn)死循環(huán)之類的故障，沒有及時(shí)來清零計(jì)數(shù)器，就會(huì)導(dǎo)致裝滿了溢出，他就重啟系統(tǒng)，這就是看門狗的看門原理，其實(shí)想想傻傻的、笨笨的。

　　舉個(gè)例子說：8051 單片機(jī)選用12MHz晶振，一個(gè)時(shí)鐘周期為1us，如果“看門狗計(jì)數(shù)器”是16位的，最大計(jì)數(shù)65536個(gè)，那么從0開始計(jì)到65535需要約65ms，所以我們可以在程序的50ms左右清零一次計(jì)數(shù)器（“喂狗”），讓他重新從0開始計(jì)，再過50ms，再清，……，這樣下去只要程序正常運(yùn)行，計(jì)數(shù)器永遠(yuǎn)不會(huì)計(jì)滿，也就永遠(yuǎn)不會(huì)被“看門狗”復(fù)位。當(dāng)然這個(gè)喂狗的時(shí)間是大家自己選的，只要不超過65ms，你選多少都可以，一般不要喂得太勤，這樣單片機(jī)運(yùn)行時(shí)間浪費(fèi)了，比如你1ms喂一次就太勤了，也不要說那我65ms喂一次，這樣太邊緣，這樣抗干擾能力就下降了，最好是留一定的余量，這個(gè)就是設(shè)計(jì)者自己掌握了，我一般是讓計(jì)到90%左右就清一次。

　　每種單片機(jī)的“看門狗”實(shí)現(xiàn)方法不盡相同，但是原理都一樣，而且“看門狗”都是啟動(dòng)了之后就不能被關(guān)閉，只能系統(tǒng)復(fù)位（重新斷電在上電）才能關(guān)閉。設(shè)置“看門狗”的一般步驟如下：
　　1. 設(shè)置“看門狗”相關(guān)寄存器，啟動(dòng)“看門狗”；
　　2. 隔一段時(shí)間清零一次，“喂狗”；
　　3. 如果程序正常，一直運(yùn)行；如果程序出錯(cuò)，沒有按時(shí)“喂狗”，“看門狗”就在溢出的時(shí)候復(fù)位系統(tǒng)。

值得提一下：

　　由于現(xiàn)在AT89S52應(yīng)用比較廣泛，所以我先說說ATMEL的看門狗；再說說本次試驗(yàn)用的STC89C52RC的看門狗；注意兩個(gè)不一樣?。?！

　　AT89S52單片機(jī)看門狗定時(shí)器是14位的，最大計(jì)數(shù)2¹⁴=16384個(gè)數(shù)，每計(jì)16384個(gè)時(shí)鐘周期就溢出一次。也就是說如果使用12M晶振的話，至少應(yīng)該在16.384ms內(nèi)喂一次狗。

　　STC89C5X系列單片機(jī)由于采用了“預(yù)分頻技術(shù)”，它的溢出時(shí)間是=(N*Prescale*32768)/晶振頻率（不要問我為什么，他們就是這么設(shè)計(jì)的，我們就這么用就行）。

其中N是單片機(jī)的時(shí)鐘周期，STC89C5X系列單片機(jī)提供6時(shí)鐘周期和12時(shí)鐘周期兩種時(shí)鐘周期，可以在燒寫程序時(shí)修改；
Prescale是預(yù)分頻數(shù)，通過設(shè)置【看門狗控制寄存器】可以設(shè)置為2、4、8、16、32、64、128、256；怎么設(shè)置演示程序中有介紹；
晶振頻率就是系統(tǒng)選用的晶振。

　　所以如果同樣選擇12MHz晶振，使用傳統(tǒng)的12時(shí)鐘周期，它最小的溢出時(shí)間是（12*2*32768）/(12*10⁶)=65.536ms，最大溢出時(shí)間是（12*256*32768）/(12*10⁶)≈8.38s。如果選擇256分頻，也就是說只要在8.38秒之內(nèi)喂一次狗就可以了。戲謔的說：這只狗比較抗餓，J~~

　　對(duì)于我們用戶來說，看門狗的時(shí)間是越長(zhǎng)越好，這樣可以節(jié)省更多的單片機(jī)資源，尤其是對(duì)時(shí)間要求精準(zhǔn)的系統(tǒng)，如果執(zhí)行過程中我們不停地“喂狗”，那么是比較浪費(fèi)時(shí)間的。所以STC89C5X系列單片機(jī)的看門狗更有優(yōu)勢(shì)一些。當(dāng)然這個(gè)也是個(gè)人的選擇，如果對(duì)時(shí)間要求的不苛刻的話，勤喂幾次狗也沒關(guān)系。

　　下面我就以STC89C52RC單片機(jī)為例說說典型的51單片機(jī)的看門狗程序如何寫，關(guān)于STC89C52RC單片機(jī)的“看門狗”定義請(qǐng)看STC89C51RC-RD單片機(jī)使用說明。以下程序在Keil 2和Keil 3下調(diào)時(shí)通過，下載在本校的實(shí)驗(yàn)板上達(dá)到預(yù)期效果。STC89C52RC/54RD+/58RD+/516RD+單片機(jī)上測(cè)試正常運(yùn)行。

　　如果沒有我們的實(shí)驗(yàn)板，請(qǐng)按照下面的硬件原理圖自己在最小系統(tǒng)上搭建一個(gè)實(shí)驗(yàn)環(huán)境也很容易。

STC89C5X單片機(jī)“看門狗”原理、詳解和演示程序

圖1. STC89C52最小單片機(jī)系統(tǒng)+兩個(gè)指示燈

STC89C5X單片機(jī)“看門狗”原理、詳解和演示程序

圖2. 串行口接口（用于下載程序和測(cè)試本次試驗(yàn)）

001/*************************************************************************** 
002程序功能：本程序演示STC51單片機(jī)看門狗程序 
003程序設(shè)計(jì)：燕山大學(xué) 魯信瓊 
004晶振選擇：11.0592MHz, 如果晶振不匹配，請(qǐng)修改延時(shí)函數(shù)參數(shù) 
005承接51單片機(jī)、PIC單片機(jī)程序、VB/VC++上位機(jī)程序、電子產(chǎn)品軟硬件設(shè)計(jì)開發(fā)工作 
006EMail: xqlu(at)ysu.net.cn QQ: 9790335 
007
008由于現(xiàn)在AT89S52很流行，所以我先說說ATMEL的看門狗；再說說本次試驗(yàn)用的STC89C52RC的看門狗；注意兩個(gè)不一樣?。?！ 
009
010★下面是關(guān)于ATMEL-51單片機(jī)看門狗的描述 
011【看門狗計(jì)數(shù)器】(watchdog timer)是一個(gè)14位的計(jì)數(shù)器，它以機(jī)器周期（晶振頻率/12）增加，當(dāng)計(jì)數(shù)值計(jì)滿(16383/0x3FFF)了就使單片機(jī)軟復(fù)位； 
012當(dāng)啟動(dòng)了【看門狗計(jì)數(shù)器】之后，我們需要在它計(jì)數(shù)沒有滿之前復(fù)位計(jì)數(shù)器強(qiáng)制它不能夠溢出，這個(gè)過程稱作喂狗。 
013
014"看門狗"原理： 
0151. 系統(tǒng)上電并不啟動(dòng)看門狗計(jì)數(shù)器，通過設(shè)置【看門狗重置寄存器(WDTRST SFR)】啟動(dòng)【看門狗計(jì)數(shù)器】，一般設(shè)置是給WDTRST寫入0x1E和0xE1啟動(dòng)； 
0162. 【看門狗計(jì)數(shù)器】一旦啟動(dòng)不可停止，除非是硬件RST或者看門狗的軟復(fù)位才能使其停止； 
0173. 設(shè)計(jì)程序在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間喂狗一次，使其不能計(jì)滿，程序就能不間斷執(zhí)行； 
0184. 如果程序中出現(xiàn)死循環(huán)或者執(zhí)行某一步超時(shí)，看門狗計(jì)數(shù)器就會(huì)計(jì)滿溢出，(這個(gè)時(shí)候我們認(rèn)為程序沒有按照預(yù)定計(jì)劃執(zhí)行--程序跑飛)，則復(fù)位系統(tǒng)。 
019
020★下面是關(guān)于STC89C5XX-51單片機(jī)看門狗的描述 
021WDT_CONTR位置0xE1; [-] [-] [EN_WDT] [CLR_WDT] [IDLE_WDT] [PS2] [PS1] [PS0] 
022EN_WDT: 看門狗允許位，置1啟動(dòng)看門狗，看門狗不能自動(dòng)啟動(dòng)，需要設(shè)置該位后啟動(dòng)，一旦啟動(dòng)不能關(guān)閉(只能系統(tǒng)重新上電和看門狗復(fù)位可以關(guān)閉) 
023CLR_WDT: 看門狗計(jì)數(shù)器清零位，置1清零看門狗計(jì)數(shù)器，當(dāng)計(jì)數(shù)器開始重新計(jì)數(shù)，硬件清零該位。 
024IDLE_WDT: 單片機(jī)IDLE模式看門狗允許位，當(dāng)IDLE_WDT=1時(shí)，單片機(jī)在IDLE模式(空閑模式)依然啟用看門狗 
025PS2~PS0: 看門狗定時(shí)器預(yù)分頻器，下表中Prescale表示預(yù)分頻數(shù) 
026PS2 PS1 PS0 Prescale 
0270 0 0 2 
0280 0 1 4 
0290 1 0 8 
0300 1 1 16 
0311 0 0 32 
0321 0 1 64 
0331 1 0 128 
0341 1 1 256 
035
036看門狗溢出時(shí)間：(N*Prescale*32768)/晶振頻率，其中N表示指令周期數(shù)N=12表示12時(shí)鐘周期模式；N=6表示6時(shí)鐘周期模式 
037
038關(guān)于實(shí)驗(yàn)的注意事項(xiàng)： 
0391. 本次試驗(yàn)使用的是11.0592MHz晶振，設(shè)置WDT_CONTR=(0011 0100)B，32預(yù)分頻，單片機(jī)使用12指令周期模式。 
040計(jì)算看門狗溢出時(shí)間：[12*32*32768/(11059200)]≈1s。 
0412. 本次試驗(yàn)的硬件電路很簡(jiǎn)單，就是最小系統(tǒng)上增加兩個(gè)LED燈，原理圖見正文，用戶可以很容易實(shí)現(xiàn)。 
042***************************************************************************/
043#include REG52.H> 
044sfr WDT_CONTR=0xE1; //定義特殊功能寄存器：STC單片機(jī)看門狗控制寄存器 
045#define uchar unsigned char 
046#define true 1 
047#define false 0 
048#define WEIGOU WDT_CONTR=0x34 //看門狗啟動(dòng)設(shè)置和“喂狗”操作 
049sbit LED=P1^6; //信號(hào)燈，系統(tǒng)正常工作就一閃一閃的 
050sbit LED_busy=P1^7; //工作燈，上電滅一會(huì)兒（約800ms），然后正常工作的時(shí)候一直亮著；用于指示系統(tǒng)是否重啟 
051uchar timer0_ctr,i; 
052const uchar str[]="I love MCU!"; //定義一句話，讓他從串口輸出，只有系統(tǒng)重啟的時(shí)候才輸出一次，所以也是用于驗(yàn)證看門狗有沒有重啟系統(tǒng) 
053
054/*************************************************************************/
055//延時(shí)函數(shù)，11.0592MHz晶振下延時(shí)約xms毫秒 
056void delay_ms(unsigned xms) 
057{ 
058unsigned x,y; 
059for(x=xms; x>0; x--) 
060for(y=110; y>0; y--); 
061} 
062/*************************************************************************/
063
064/*************************************************************************/
065//主程序初始化函數(shù) 
066void InitMain() 
067{ 
068//初始化時(shí)兩盞燈都熄滅 
069LED=1; 
070LED_busy=1; 
071
072TMOD=0x21; //定時(shí)器0工作在方式1，作為16位定時(shí)器；定時(shí)器1工作在方式2，作為串行口波特率發(fā)生器 
073TH0=0x4C; //定時(shí)器0裝初值：每隔50ms溢出一次 
074TL0=0x00; 
075IE=0x82; //IE=(1000 0010)B, 使能定時(shí)器0中斷 
076TR0=1; //啟動(dòng)定時(shí)器0 
077} 
078/*************************************************************************/
079
080/*************************************************************************/
081//串行口初始化程序 
082void InitCOM() 
083{ 
084SCON=0x50; //SCON=(0101 0000)B，波特率不加倍，允許接收 
085TH1=0xFD; //設(shè)置波特率=9600bps 
086TL1=TH1; 
087TR1=1; //啟動(dòng)定時(shí)器1 
088} 
089/*************************************************************************/
090
091/*************************************************************************/
092//定時(shí)器0中斷服務(wù)程序程序，控制信號(hào)燈閃爍。如果系統(tǒng)正常運(yùn)行，信號(hào)燈1.5秒閃一次 
093void Timer0_isr() interrupt 1 
094{ 
095TH0=0x4C; 
096TL0=0x00; 
097timer0_ctr++; 
098
099if(timer0_ctr>=30) 
100{ 
101TR0=0; //定時(shí)器0暫停，否則再次來中斷會(huì)沖斷程序 
102timer0_ctr=0; 
103LED=0; 
104delay_ms(100); 
105LED=1; 
106TR0=1; //定時(shí)器0重新啟動(dòng) 
107} 
108} 
109/*************************************************************************/
110
111void main() 
112{ 
113WEIGOU; //上來第一步設(shè)置看門狗定時(shí)器，并且啟動(dòng) 
114InitMain(); 
115InitCOM(); 
116
117//開機(jī)通過串口發(fā)送一次“I love MCU!”，使用串口調(diào)試助手可以查看 
118//由于在while大循環(huán)外邊，所以只要系統(tǒng)不重新啟動(dòng)，則上電后只會(huì)發(fā)送一次，用于判斷系統(tǒng)是否重啟 
119i=0; 
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