单片机看门狗定时器的使用示例

由于环境、电磁干扰或程序可靠性等因素的影响，单片机系统程序有时会出现运行中断或错误，从而造成整个系统瘫痪。人们通常把单片机软件运行故障称“跑飞或死机”现象。单片机的程序“跑飞”对系统的危害极大，有时会发生不可预料的严重后果。

作为电子系统的核心控制单元，单片机的运行状态必须有实时监测和自我保护机制，因此人们设计出一种专门用于单片机程序运行状态的监测电路，俗称“看门狗”（WATCH DOG）。看门狗可以制作成独立的芯片作为单片机的外围部件使用，如X5045芯片，也可以集成在单片机内部，如增强型51系列单片机。在单片机系统设计时，看门狗可作为单片机内部硬件资源直接应用。

1.看门狗的工作原理

看门狗实际上是一个定时器或计数器，简称WDT。单片机运行工作中，看门狗会对单片机机器周期脉冲不停计数，当单片机程序陷入死循环时，单片机程序如果不能及时对看门狗的定时器复位，看门狗就会在其定时器计满溢出时产生一个复位信号，从而使系统重启。在单片机程序运行正常情况下，软件会在一定时间内对看门狗定时器及时清零复位，从而保证系统不被重启，这个程序称为喂狗程序。

看门狗应用时，首先确定看门狗计数器的位数，然后参考计数脉冲周期计算出看门狗计数溢出所需的时间T，喂狗程序喂狗时间要小于T，这样隔一段时间喂一次狗，只要程序正常运行，看门狗定时器就不会溢出。一旦出现程序死循环故障，喂狗程序失效，不能对看门狗定时器及时来清零，就会导致计数溢出，重启系统。

比如，一个WDT为16bit，最大计数65535，如果单片机的机器脉冲周期为1μs，WDT从0开始计到65535共耗时65ms，若程序在每隔50ms左右对WDT清零一次，只要程序正常运行，计数器永远不会计满，也就永远不会被“看门狗”复位。喂狗的时间是程序设计用户自定的，只要不超过65ms即可。

看门狗一般有软件看门狗和硬件看门狗两种。软件看门狗不需增加电路，但要占用单片机系统的一个定时器资源，若系统软件运行不正常，可能导致看门狗系统也瘫痪，所以软件看门狗在系统设计时很少被采用。

2.STC系列单片机的片内看门狗

STC系列单片机内部自带看门狗电路，通过对其相应特殊功能寄存器（WDT_CONTR）进行设置，就可实现系统具有看门狗的自动保护功能。

（1）溢出时间估算

STC89C5X系列单片机由于采用了预分频技术，它的溢出时间为

T＝N×P×32768

式中，N是单片机的机器周期；P（Presales）是预分频数，可通过设置看门狗控制寄存器得到。STC89C5×系列单片机给内部看门狗提供了6时钟周期和12时钟周期两种机器周期，可以在下载程序过程中对下载软件有关项进行修改。比如，单片机的晶振频率为12MHz，如果单片机机器周期N＝1μs，此时选择P＝2，则看门狗溢出时间约为65.5ms，使用时，只需在65.5ms之内对看门狗定时器清零（喂狗）即可。

（2）看门狗定时器寄存器WDT_CONTR设置

在STC89C5×系列单片机内部，WDT_CONTR寄存器主要用来管理STC单片机的看门狗控制部分，包括启停看门狗、设置看门狗溢出时间等。WDT_CONTR在特殊功能寄存器中的字节地址为E1H，不能位寻址，单片机复位时该寄存器不一定全部被清零。在STC下载程序软件界面上，可通过设置来复位看门狗。WDT_CONTR各个位见表4-6。

表4-6 看门狗定时器寄存器（WDT_CONTR）各位设置

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EN_WDT，看门狗定时器允许位，当设置为“1”时，启动看门狗。

CLR_WDT，看门狗定时器清零位，当设为“1”时，看门狗定时器将重新计数。硬件自动清“0”此位。

IDLE_WDT，看门狗定时器“IDLE”模式位，当设置为“1”时，看门狗定时器在单片机的“空闲模式”计数，当清零该位时，看门狗定时器在单片机的“空闲模式”时不计数。PS2、PS1、PS0，看门狗定时器预分频值，不同值对应预分频数见表4-7。

表4-7 看门狗定时器预分频值（单片机晶振频率为12MHz）

看门狗溢出时间越长，喂狗时间越长，程序可以节省更多的单片机硬件资源，尤其是对时间要求精准的系统，如果程序执行过程中不停地“喂狗”，就会占用单片机资源。

3.看门狗应用

STC系列单片机片内看门狗应用程序设计的一般步骤为：设置看门狗相关寄存器、启动看门狗、隔一段时间对看门狗清零一次（俗称喂狗）。如果程序运行正常，看门狗计数器不会计满溢，说明程序运行正常，如果程序出错，没有按时“喂狗”，“看门狗”就在溢出的时候会让单片机系统复位。下面通过一个实验说明看门狗的作用。

参考电路可采用项目1单只LED的闪烁电路，这里设定看门狗时间为1s，在1s内必须再次喂狗，否则单片机自动复位。通过发光二极管可以看出其看门狗是否起作用。看门狗演示项目程序如下：

由于reg52.h头文件不包含看门狗定时器WDT_CONTR的定义，因此需要使用寄存器声明关键字sfr对WDT_CONTR的地址进行声明，0x01为WDT_CONTR的地址。

WDT_CONTR＝0x14，设置看门狗定时器的工作情况为启动、空闲模式计数，预分频数位为2，溢出时间为65.5ms。

WDT_CONTR＝0x24，设置看门狗定时器的工作情况为CLR_WDT＝0，看门狗定时器清零，其他位不变。

在此程序中，看门狗定时器一直被清零时，看门狗不起作用，程序在while（1）处循环，发光二极管只闪烁一次；当屏蔽掉喂狗程序后，1s后单片机重启，会看到LED一直处于闪烁状态。程序编译后可以下载到STC单片机实验开发板上运行，观察屏蔽前和屏蔽后的LED效果，验证看门狗在系统中的作用。

应用看门狗时，需要在程序中选择合适的位置加入喂狗语句，连续两次喂狗之间的时间间隔不能大于看门狗定时器的溢出时间，否则程序将会重新复位。