STC89C5X單片機“看門狗”原理、詳解和演示程序

作者：時間：2011-01-27 來源：網(wǎng)絡(luò)

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“看門狗定時器”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)出問題的時候重啟一次。就跟我們現(xiàn)在用電腦一樣，死機了你就按一下reset鍵重啟一次電腦，看門狗就是負責干這個事兒的。它是52單片機增加的一個功能，以前Intel 8031、……、AT 89C51時代單片機片內(nèi)都沒有“看門狗”功能，需要我們外擴看門狗芯片，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，生怕寫的簡單的別人覺得他沒水平）。其實要是說明白點：“看門狗”就是一個計數(shù)器，由于位數(shù)有限計數(shù)器能夠裝的數(shù)值是有限的(比如8位的最多裝256個數(shù)、16位的最多裝65536個數(shù))，從開啟“看門狗”那刻起，它就開始不停的數(shù)機器周期，數(shù)一個機器周期就計數(shù)器加１，加到計數(shù)器盛不下了（術(shù)語叫溢出）就就產(chǎn)生一個復(fù)位信號，重啟系統(tǒng)。

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

　　明白了上面的原理，我們在設(shè)計程序時，先根據(jù)看門狗計數(shù)器的位數(shù)和系統(tǒng)的時鐘周期算一下計滿數(shù)需要的時間，就是說在這個時間內(nèi)“看門狗”計數(shù)器是不會裝滿的，然后在這個時間內(nèi)告訴它重新開始計數(shù)，就是把計數(shù)器清零，這個過程叫“喂狗”，這樣隔一段時間喂一次狗，只要程序正常運行他就永遠計不滿，一旦出現(xiàn)死循環(huán)之類的故障，沒有及時來清零計數(shù)器，就會導(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，其實想想傻傻的、笨笨的。

　　舉個例子說：8051 單片機選用12MHz晶振，一個時鐘周期為1us，如果“看門狗計數(shù)器”是16位的，最大計數(shù)65536個，那么從0開始計到65535需要約65ms，所以我們可以在程序的50ms左右清零一次計數(shù)器（“喂狗”），讓他重新從0開始計，再過50ms，再清，……，這樣下去只要程序正常運行，計數(shù)器永遠不會計滿，也就永遠不會被“看門狗”復(fù)位。當然這個喂狗的時間是大家自己選的，只要不超過65ms，你選多少都可以，一般不要喂得太勤，這樣單片機運行時間浪費了，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，這個就是設(shè)計者自己掌握了，我一般是讓計到90%左右就清一次。

　　每種單片機的“看門狗”實現(xiàn)方法不盡相同，但是原理都一樣，而且“看門狗”都是啟動了之后就不能被關(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“看門狗”；
　　2. 隔一段時間清零一次，“喂狗”；
　　3. 如果程序正常，一直運行；如果程序出錯，沒有按時“喂狗”，“看門狗”就在溢出的時候復(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；再說說本次試驗用的STC89C52RC的看門狗；注意兩個不一樣?。?！

　　AT89S52單片機看門狗定時器是14位的，最大計數(shù)2¹⁴=16384個數(shù)，每計16384個時鐘周期就溢出一次。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系列單片機由于采用了“預(yù)分頻技術(shù)”，它的溢出時間是=(N*Prescale*32768)/晶振頻率（不要問我為什么，他們就是這么設(shè)計的，我們就這么用就行）。

其中N是單片機的時鐘周期，STC89C5X系列單片機提供6時鐘周期和12時鐘周期兩種時鐘周期，可以在燒寫程序時修改；
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時鐘周期，它最小的溢出時間是（12*2*32768）/(12*10⁶)=65.536ms，最大溢出時間是（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~~

　　對于我們用戶來說，看門狗的時間是越長越好，這樣可以節(jié)省更多的單片機資源，尤其是對時間要求精準的系統(tǒng)，如果執(zhí)行過程中我們不停地“喂狗”，那么是比較浪費時間的。所以STC89C5X系列單片機的看門狗更有優(yōu)勢一些。當然這個也是個人的選擇，如果對時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單片機為例說說典型的51單片機的看門狗程序如何寫，關(guān)于STC89C52RC單片機的“看門狗”定義請看STC89C51RC-RD單片機使用說明。以下程序在Keil 2和Keil 3下調(diào)時通過，下載在本校的實驗板上達到預(yù)期效果。STC89C52RC/54RD+/58RD+/516RD+單片機上測試正常運行。

　　如果沒有我們的實驗板，請按照下面的硬件原理圖自己在最小系統(tǒng)上搭建一個實驗環(huán)境也很容易。

STC89C5X單片機“看門狗”原理、詳解和演示程序

圖1. STC89C52最小單片機系統(tǒng)+兩個指示燈

STC89C5X單片機“看門狗”原理、詳解和演示程序

圖2. 串行口接口（用于下載程序和測試本次試驗）

001/*************************************************************************** 
002程序功能：本程序演示STC51單片機看門狗程序 
003程序設(shè)計：燕山大學 魯信瓊 
004晶振選擇：11.0592MHz, 如果晶振不匹配，請修改延時函數(shù)參數(shù) 
005承接51單片機、PIC單片機程序、VB/VC++上位機程序、電子產(chǎn)品軟硬件設(shè)計開發(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；再說說本次試驗用的STC89C52RC的看門狗；注意兩個不一樣?。?！ 
009
010★下面是關(guān)于ATMEL-51單片機看門狗的描述 
011【看門狗計數(shù)器】(watchdog timer)是一個14位的計數(shù)器，它以機器周期（晶振頻率/12）增加，當計數(shù)值計滿(16383/0x3FFF)了就使單片機軟復(fù)位； 
012當啟動了【看門狗計數(shù)器】之后，我們需要在它計數(shù)沒有滿之前復(fù)位計數(shù)器強制它不能夠溢出，這個過程稱作喂狗。 
013
014"看門狗"原理： 
0151. 系統(tǒng)上電并不啟動看門狗計數(shù)器，通過設(shè)置【看門狗重置寄存器(WDTRST SFR)】啟動【看門狗計數(shù)器】，一般設(shè)置是給WDTRST寫入0x1E和0xE1啟動； 
0162. 【看門狗計數(shù)器】一旦啟動不可停止，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)計程序在適當?shù)臅r間喂狗一次，使其不能計滿，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，看門狗計數(shù)器就會計滿溢出，(這個時候我們認為程序沒有按照預(yù)定計劃執(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啟動看門狗，看門狗不能自動啟動，需要設(shè)置該位后啟動，一旦啟動不能關(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: 看門狗計數(shù)器清零位，置1清零看門狗計數(shù)器，當計數(shù)器開始重新計數(shù)，硬件清零該位。 
024IDLE_WDT: 單片機IDLE模式看門狗允許位，當IDLE_WDT=1時，單片機在IDLE模式(空閑模式)依然啟用看門狗 
025PS2~PS0: 看門狗定時器預(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時鐘周期模式；N=6表示6時鐘周期模式 
037
038關(guān)于實驗的注意事項： 
0391. 本次試驗使用的是11.0592MHz晶振，設(shè)置WDT_CONTR=(0011 0100)B，32預(yù)分頻，單片機使用12指令周期模式。 
040計算看門狗溢出時間：[12*32*32768/(11059200)]≈1s。 
0412. 本次試驗的硬件電路很簡單，就是最小系統(tǒng)上增加兩個LED燈，原理圖見正文，用戶可以很容易實現(xiàn)。 
042***************************************************************************/
043#include REG52.H> 
044sfr WDT_CONTR=0xE1; //定義特殊功能寄存器：STC單片機看門狗控制寄存器 
045#define uchar unsigned char 
046#define true 1 
047#define false 0 
048#define WEIGOU WDT_CONTR=0x34 //看門狗啟動設(shè)置和“喂狗”操作 
049sbit LED=P1^6; //信號燈，系統(tǒng)正常工作就一閃一閃的 
050sbit LED_busy=P1^7; //工作燈，上電滅一會兒（約800ms），然后正常工作的時候一直亮著；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)重啟的時候才輸出一次，所以也是用于驗證看門狗有沒有重啟系統(tǒng) 
053
054/*************************************************************************/
055//延時函數(shù)，11.0592MHz晶振下延時約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//初始化時兩盞燈都熄滅 
069LED=1; 
070LED_busy=1; 
071
072TMOD=0x21; //定時器0工作在方式1，作為16位定時器；定時器1工作在方式2，作為串行口波特率發(fā)生器 
073TH0=0x4C; //定時器0裝初值：每隔50ms溢出一次 
074TL0=0x00; 
075IE=0x82; //IE=(1000 0010)B, 使能定時器0中斷 
076TR0=1; //啟動定時器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; //啟動定時器1 
088} 
089/*************************************************************************/
090
091/*************************************************************************/
092//定時器0中斷服務(wù)程序程序，控制信號燈閃爍。如果系統(tǒng)正常運行，信號燈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; //定時器0暫停，否則再次來中斷會沖斷程序 
102timer0_ctr=0; 
103LED=0; 
104delay_ms(100); 
105LED=1; 
106TR0=1; //定時器0重新啟動 
107} 
108} 
109/*************************************************************************/
110
111void main() 
112{ 
113WEIGOU; //上來第一步設(shè)置看門狗定時器，并且啟動 
114InitMain(); 
115InitCOM(); 
116
117//開機通過串口發(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，則上電后只會發(fā)送一次，用于判斷系統(tǒng)是否重啟 
119i=0; 
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