STC89C5X單片機“看門狗”原理、詳解和演示程序
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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(xué)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(yuǎn)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(yuǎn)不會計滿，也就永遠(yuǎn)不會被“看門狗”復(fù)位。當(dāng)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！?。?/SPAN>
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(zhǔn)的系統(tǒng)，如果執(zhí)行過程中我們不停地“喂狗”，那么是比較浪費時間的。所以STC89C5X系列單片機的看門狗更有優(yōu)勢一些。當(dāng)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(dá)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。
圖1. STC89C52最小單片機系統(tǒng)+兩個指示燈
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(xué) 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) |
006 | EMail: 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(dāng)計數(shù)值計滿(16383/0x3FFF)了就使單片機軟復(fù)位； |
012 | 當(dāng)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： |
015 | 1. 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； |
016 | 2. 【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； |
017 | 3. 設(shè)計程序在適當(dāng)?shù)臅r間喂狗一次，使其不能計滿，程序就能不間斷執(zhí)行； |
018 | 4. 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(rèn)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 |
021 | WDT_CONTR位置0xE1; [-] [-] [EN_WDT] [CLR_WDT] [IDLE_WDT] [PS2] [PS1] [PS0] |
022 | EN_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) |
023 | CLR_WDT: 看門狗計數(shù)器清零位，置1清零看門狗計數(shù)器，當(dāng)計數(shù)器開始重新計數(shù)，硬件清零該位。 |
024 | IDLE_WDT: 單片機IDLE模式看門狗允許位，當(dāng)IDLE_WDT=1時，單片機在IDLE模式(空閑模式)依然啟用看門狗 |
025 | PS2~PS0: 看門狗定時器預(yù)分頻器，下表中Prescale表示預(yù)分頻數(shù) |
026 | PS2 PS1 PS0 Prescale |
027 | 0 0 0 2 |
028 | 0 0 1 4 |
029 | 0 1 0 8 |
030 | 0 1 1 16 |
031 | 1 0 0 32 |
032 | 1 0 1 64 |
033 | 1 1 0 128 |
034 | 1 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： |
039 | 1. 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。 |
041 | 2. 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> |
044 | sfr 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 |
049 | sbit LED=P1^6; //信號燈，系統(tǒng)正常工作就一閃一閃的 |
050 | sbit 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 |
051 | uchar timer0_ctr,i; |
052 | const 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 |
056 | void delay_ms(unsigned xms) |
057 | { |
058 | unsigned x,y; |
059 | for(x=xms; x>0; x--) |
060 | for(y=110; y>0; y--); |
061 | } |
062 | /*************************************************************************/ |
063 | |
064 | /*************************************************************************/ |
065 | //主程序初始化函數(shù) |
066 | void InitMain() |
067 | { |
068 | //初始化時兩盞燈都熄滅 |
069 | LED=1; |
070 | LED_busy=1; |
071 | |
072 | TMOD=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 |
073 | TH0=0x4C; //定時器0裝初值：每隔50ms溢出一次 |
074 | TL0=0x00; |
075 | IE=0x82; //IE=(1000 0010)B, 使能定時器0中斷 |
076 | TR0=1; //啟動定時器0 |
077 | } |
078 | /*************************************************************************/ |
079 | |
080 | /*************************************************************************/ |
081 | //串行口初始化程序 |
082 | void InitCOM() |
083 | { |
084 | SCON=0x50; //SCON=(0101 0000)B，波特率不加倍，允許接收 |
085 | TH1=0xFD; //設(shè)置波特率=9600bps |
086 | TL1=TH1; |
087 | TR1=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 |
093 | void Timer0_isr() interrupt 1 |
094 | { |
095 | TH0=0x4C; |
096 | TL0=0x00; |
097 | timer0_ctr++; |
098 | |
099 | if(timer0_ctr>=30) |
100 | { |
101 | TR0=0; //定時器0暫停，否則再次來中斷會沖斷程序 |
102 | timer0_ctr=0; |
103 | LED=0; |
104 | delay_ms(100); |
105 | LED=1; |
106 | TR0=1; //定時器0重新啟動 |
107 | } |
108 | } |
109 | /*************************************************************************/ |
110 | |
111 | void main() |
112 | { |
113 | WEIGOU; //上來第一步設(shè)置看門狗定時器，并且啟動 |
114 | InitMain(); |
115 | InitCOM(); |
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 |
119 | i=0; |
120 | while(str[i]!='
|