51單片機內部看門狗實驗

ID:383039 · 發表于 2018-8-5 15:54

在由單片機構成的系統中，由于單片機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，程序的正常運行被打斷，由單片機控制的系統便無法繼續工作，這樣會造成整個系統陷入停滯狀態，發生不可預料的后果，所以出于對單片機運行狀態進行實時監測的考慮，便產生了一種專門用于監測單片機程序運行狀態的芯片，俗稱“看門狗”(watch dog)。

      加入看門狗電路的目的是使單片機可以在無人狀態下實現連續工作，其工作過程如下：看門狗芯片和單片機的一個I/O引腳相連，該I/O引腳通過單片機的程序控制，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其他控制語句中間的，一旦單片機由于干擾造成程序跑飛后而陷入某一程序段進入死循環狀態時，給看門狗引腳送電平的程序便不能被執行到，這時，看門狗電路就會由于得不到單片機送來的信號，便將它和單片機復位引腳相連的引腳上送出一個復位信號，使單片機發生復位，從而單片機將從程序存儲器的起始位置重新開始執行程序，這樣便實現了單片機的自動復位。

      通常看門狗電路需要一個專門的看門狗芯片連接單片機來實現，不過這樣會給電路設計帶來復雜，STC單片機內部自帶有看門狗，通過對相應特殊功能寄存器的設置就可實現看門狗的應用，STC89系列單片機內部有一個專門的看門狗定時器寄存器，Watch Dog Timer 寄存器，其相應功能見下個知識點。

      看門狗定時器寄存器(WDT_CONTR)

STC單片機看門狗定時器寄存器在特殊功能寄存器中的字節地址為E1H，不能位尋址，該寄存器用來管理STC單片機的看門狗控制部分，包括啟停看門狗、設置看門狗溢出時間等。單片機復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置復位關看門狗或只有停電關看門狗的選擇，大家根據需要可做出適合自己設計系統的選擇。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)

位序號
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0

位符號
--
--
EN_WDT
CLR_WDT
IDLE_WDT
PS2
PS1
PS0

            EN_WDT：看門狗允許位，當設置為“1”時，啟動看門狗。

            CLR_WDT ：看門狗清“0”位，當設為“1”時，看門狗定時器將重新計數。硬件             自動清“0”此位。

            IDLE_WDT：看門狗“IDLE”模式位，當設置為“1”時，看門狗定時器在單片機             的“空閑模式”計數，當清“0”該位時, 看門狗定時器在單片機的“空閑模式”                時不計數。

            PS2、PS1、PS0：看門狗定時器預分頻值，不同值對應預分頻數如表4.2.2所示。

  表2 12M晶振看門狗定時器預分頻值

PS2
PS1
PS0
預分頻數
看門狗溢出時間

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

1
0
1
64
2.0971s

1
1
0
128
4.1943s

1
1
1
256
8.3886s

                  看門狗溢出時間與預分頻數有直接的關系，公式如下：

看門狗溢出時間=(N×預分頻數×32768)/晶振頻率

   上式中N表示STC單片機的時鐘模式，STC單片機有兩種時鐘模式：單倍速，也就是12時鐘模式，這種時鐘模式下，STC單片機與其它公司51單片機具有相同的機器周期，即12個振蕩周期為一個機器周期；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單片機比其它公司的51單片機運行速度要快一倍，關于單倍速與雙倍速的設置在下載程序軟件界面上有設置選擇，大家可自行下載測試程序運行速度。預分頻數的值由PS2、PS1和PS0的組合確定，如表4.2.2所示。晶振頻率即為當前系統的時鐘頻率。

      下面我們通過兩個例子來進一步講解使用看門狗和不使用看門狗時程序運行的區別，由于STC單片機的高抗干擾特點，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位運行。

      【例】：在TX-1C實驗板上實現如下描述：程序啟動后設定看門狗溢出時間為2秒左右，然后點亮第一個發光二極管，稍延時一會，然后熄滅發光二極管，使程序進入等待死循環狀態，并且在死循環中大約每隔1秒喂狗一次，看程序運行是否正常。

      新建文件part3.4.2.c，程序代碼如下：

               #include <reg52.h>                   //52系列單片機頭文件

#define uchar unsigned char

#define uint unsigned int

sfr WDT_CONTR=0xe1;

sbit led1=P1^0;

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;

      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，當然也可以寫在reg52.h頭文件中。

      (2)程序開始后，點亮發光二極管后延時約500ms后再熄滅，這里延時不可過長，若兩次喂狗之間程序運行的總時間超過看門狗的溢出時間，看門狗將復位單片機，大家可調節這個延時時間看實際演示效果。

      (3)喂狗時使用和設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，CLR_WDT位被置1后，由硬件自動將其清零。

      (4)演示結果表現為發光二極管點亮后，馬上熄滅，再不會點亮，這說明程序沒有被復位，始終停止在while(1)循環中，看門狗處于被正常喂狗的情況下。

      【例】只需把while(1)循環中的“WDT_CONTR=0x35;”這句刪掉，演示結果為小燈不停的閃爍，因為有了看門狗的作用，當看門狗定時器溢出時，使單片機復位從頭重新執行程序，所以小燈閃爍。

      在應用看門狗時，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，否則程序將會不停的復位。

單片機源程序如下: