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“看門(mén)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(huì)受到來(lái)自外界電磁場(chǎng)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(wú)法繼續(xù)工作，這樣會(huì)造成整個(gè)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(duì)單片機(jī)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的考慮，便產(chǎn)生了一種專(zhuān)門(mén)用于監(jiān)測(cè)單片機(jī)程序運(yùn)行狀態(tài)的芯片，俗稱(chēng)“看門(mén)狗”(watch dog)。
加入看門(mén)狗電路的目的是使單片機(jī)可以在無(wú)人狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)連續(xù)工作，其工作過(guò)程如下：看門(mén)狗芯片和單片機(jī)的一個(gè)I/O引腳相連，該I/O引腳通過(guò)單片機(jī)的程序控制，使它定時(shí)地往看門(mén)狗芯片的這個(gè)引腳上送入高電平(或低電平)，這一程序語(yǔ)句是分散地放在單片機(jī)其他控制語(yǔ)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(shí)，給看門(mén)狗引腳送電平的程序便不能被執(zhí)行到，這時(shí)，看門(mén)狗電路就會(huì)由于得不到單片機(jī)送來(lái)的信號(hào)，便將它和單片機(jī)復(fù)位引腳相連的引腳上送出一個(gè)復(fù)位信號(hào)，使單片機(jī)發(fā)生復(fù)位，從而單片機(jī)將從程序存儲(chǔ)器的起始位置重新開(kāi)始執(zhí)行程序，這樣便實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)的自動(dòng)復(fù)位。
通常看門(mén)狗電路需要一個(gè)專(zhuān)門(mén)的看門(mén)狗芯片連接單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)，不過(guò)這樣會(huì)給電路設(shè)計(jì)帶來(lái)復(fù)雜，STC單片機(jī)內(nèi)部自帶有看門(mén)狗，通過(guò)對(duì)相應(yīng)特殊功能寄存器的設(shè)置就可實(shí)現(xiàn)看門(mén)狗的應(yīng)用，STC89系列單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)專(zhuān)門(mén)的看門(mén)狗定時(shí)器寄存器，Watch Dog Timer 寄存器，其相應(yīng)功能見(jiàn)下個(gè)知識(shí)點(diǎn)。
看門(mén)狗定時(shí)器寄存器(WDT_CONTR)
STC單片機(jī)看門(mén)狗定時(shí)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(lái)管理STC單片機(jī)的看門(mén)狗控制部分，包括啟�？撮T(mén)狗、設(shè)置看門(mén)狗溢出時(shí)間等。單片機(jī)復(fù)位時(shí)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(mén)狗或只有停電關(guān)看門(mén)狗的選擇，大家根據(jù)需要可做出適合自己設(shè)計(jì)系統(tǒng)的選擇。其各位的定義如表4.2.1所示。
表1看門(mén)狗定時(shí)器寄存器(WDT_CONTR)
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位序號(hào) |
D7 |
D6 |
D5 |
D4 |
D3 |
D2 |
D1 |
D0 |
|
位符號(hào) |
-- |
-- |
EN_WDT |
CLR_WDT |
IDLE_WDT |
PS2 |
PS1 |
PS0 |
EN_WDT：看門(mén)狗允許位，當(dāng)設(shè)置為“1”時(shí)，啟動(dòng)看門(mén)狗。
CLR_WDT ：看門(mén)狗清“0”位，當(dāng)設(shè)為“1”時(shí)，看門(mén)狗定時(shí)器將重新計(jì)數(shù)。硬件 自動(dòng)清“0”此位。
IDLE_WDT：看門(mén)狗“IDLE”模式位，當(dāng)設(shè)置為“1”時(shí)，看門(mén)狗定時(shí)器在單片機(jī) 的“空閑模式”計(jì)數(shù)，當(dāng)清“0”該位時(shí), 看門(mén)狗定時(shí)器在單片機(jī)的“空閑模式” 時(shí)不計(jì)數(shù)。
PS2、PS1、PS0：看門(mén)狗定時(shí)器預(yù)分頻值，不同值對(duì)應(yīng)預(yù)分頻數(shù)如表4.2.2所示。
表2 12M晶振看門(mén)狗定時(shí)器預(yù)分頻值
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PS2 |
PS1 |
PS0 |
預(yù)分頻數(shù) |
看門(mén)狗溢出時(shí)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(mén)狗溢出時(shí)間與預(yù)分頻數(shù)有直接的關(guān)系，公式如下：
看門(mén)狗溢出時(shí)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(shí)鐘模式，STC單片機(jī)有兩種時(shí)鐘模式：?jiǎn)伪端�，也就�?2時(shí)鐘模式，這種時(shí)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(gè)振蕩周期為一個(gè)機(jī)器周期；另一種為雙倍速，又被稱(chēng)為6時(shí)鐘模式，在這種時(shí)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(cè)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(shí)鐘頻率。
下面我們通過(guò)兩個(gè)例子來(lái)進(jìn)一步講解使用看門(mén)狗和不使用看門(mén)狗時(shí)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(guò)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(mén)狗的溢出時(shí)間來(lái)使程序自動(dòng)復(fù)位運(yùn)行。
【例】：在實(shí)驗(yàn)板上實(shí)現(xiàn)如下描述：程序啟動(dòng)后設(shè)定看門(mén)狗溢出時(shí)間為2秒左右，然后點(diǎn)亮第一個(gè)發(fā)光二極管，稍延時(shí)一會(huì)，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(shí)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(mén)狗寄存器，因?yàn)?font face="Calibri">reg52.h頭文件中沒(méi)有對(duì)該寄存器的定義，以后要定義其它新的寄存器時(shí)方法相同，當(dāng)然也可以寫(xiě)在reg52.h頭文件中。
(2)程序開(kāi)始后，點(diǎn)亮發(fā)光二極管后延時(shí)約500ms后再熄滅，這里延時(shí)不可過(guò)長(zhǎng)，若兩次喂狗之間程序運(yùn)行的總時(shí)間超過(guò)看門(mén)狗的溢出時(shí)間，看門(mén)狗將復(fù)位單片機(jī)，大家可調(diào)節(jié)這個(gè)延時(shí)時(shí)間看實(shí)際演示效果。
(3)喂狗時(shí)使用和設(shè)定看門(mén)狗寄存器同樣的語(yǔ)句，只要看門(mén)狗寄存器中的CLR_WDT位被置1，看門(mén)狗定時(shí)器將重新計(jì)數(shù)，CLR_WDT位被置1后，由硬件自動(dòng)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(huì)點(diǎn)亮，這說(shuō)明程序沒(méi)有被復(fù)位，始終停止在while(1)循環(huán)中，看門(mén)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?yàn)橛辛丝撮T(mén)狗的作用，當(dāng)看門(mén)狗定時(shí)器溢出時(shí)，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(mén)狗時(shí)，需要在整個(gè)大程序的不同位置喂狗，每?jī)纱挝构分g的時(shí)間間隔一定不能小于看門(mén)狗定時(shí)器的溢出時(shí)間，否則程序?qū)?huì)不停的復(fù)位。
[此貼子已經(jīng)被作者于2010-4-9 17:27:00編輯過(guò)]
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