单片机看门狗电路的作用

接线图 2023年07月21日 22:45 262 admin

在由单片机构成的微型计算机系统中，由于单片机的工作常常会受到来自外界电磁场的干扰，造成程序的跑飞，而陷入死循环，程序的正常运行被打断，由单片机控制的系统无法继续工作，会造成整个系统的陷入停滞状态，发生不可预料的后果，所以出于对单片机运行状态进行实时监测的考虑，便产生了一种专门用于监测单片机程序运行状态的芯片，俗称“看门狗”(watchdog)

其作用是使单片机可以在无人状态下实现连续工作，其工作原理是：看门狗芯片和单片机的一个I/O引脚相连，该I/O引脚通过程序控制它定时地往看门狗的这个引脚上送入高电平(或低电平)，这一程序语句是分散地放在单片机其他控制语句中间的，一旦单片机由于干扰造成程序跑飞后而陷入某一程序段进入死循环状态时，写看门狗引脚的程序便不能被执行，这个时候，看门狗电路就会由于得不到单片机送来的信号，便在它和单片机复位引脚相连的引脚上送出一个复位信号，使单片机发生复位，即程序从程序存储器的起始位置开始执行，这样便实现了单片机的自动复位。

单片机看门狗电路的作用

看门狗的作用：看门狗定时器是一个计数器，基本功能是在发生软件问题和程序跑飞后使系统重新启动。看门狗计数器正常工作时自动计数，程序流程定期将其复位清零，如果系统在某处卡死或跑飞，该定时器将溢出，并将进入中断。在定时器中断中执行一些复位操作，使系统恢复正常的工作状态，即在程序没有正常运行期间，如期复位看门狗以保证所选择

的定时溢出归零，使处理器重新启动。软件的可靠性一直是一个关键问题。任何使用软件的人都可能会经历计算机死机或程序跑飞的问题，这种情况在嵌入式系统中也同样存在。由于单片机的抗干扰能力有限，在工业现场的仪器仪表中，常会由于电压不稳、电弧干扰等造成死机。在水表、电表等无人看守的情况下，也会因系统遭受干扰而无法重启。为了保证系统在干扰后能自动恢复正常，看门狗定时器(Watchdog TImer)的利用是很有价值的。

现今市面上流行的一些单片机，多嵌有内部WDT，如TI的MSP430系列，Philips的P87XXX和P89XXX系列，Microchip的PIC列，Atmel的AT89SXX系列和Holtek公司的Htxxx系列。但是这些内部看门狗在工作时，多存在一定的误差。一些工程师在设计的过程中，由于忽略了这一点，导致系统出现异常。MSP430系列单片机是美国德州仪器公司(TI)近几年开发的新一代单片机，该系列是一款16位、具有精简指令集、超低功耗的全新概念混合型单片机。在众多单片机系列中，由于它具有极低的功耗、丰富的片内外设和方便灵活的开发手段，已成为一颗耀眼的新星。其内部自带看门狗及复位电路，理论上如果程序跑飞，可用看门狗将其复位。但在实际使用过程中，发现看门狗的作用并非万无一失，以下实验证明了这一点。实验电路如图1所示。

试验程序清单：

#include《msp430x12.h》

void main(void){

p1dir l=0x0f; //设置p1.2-.p1.0为输出

for(;;){

volaTIle unsigned int i;

wdtctl=wdtpw+wdtcncl;

//复位wdt

piout==0x0t;

i=5000;

do(i--)

while(i!=0);

}}

上述实验启动后，如果程序正常运行，LED会闪烁。缺省时，MSP430的看门狗是允许状态，所运行的程序会不断地访问看门狗。理论上，这个系统是不会发生启动失败的，因为即使启动失败，看门狗也应该在数百毫秒内启动，复位整个系统。基于这种思想，对单片机的复位进行测试。K2断开，用K1连续产生。Reset信号，测试看门狗使系统重启的成功率。K2闭合，则reset端高电平，理论上K1不能有效产生复位脉冲，观察看门狗是否起作用。

实验结果与分析

实验结果如下：K2断开，连续开关K1，上电重启系统，平均155次失败1次(LED不闪)，即看门狗失效概率0.6%;K2闭合，连续开关K1，平均18次失败1次(LED不闪)，且一旦失败，将连续失败下去，看门狗无效率占到了约5.5%。另外，当采用同样具有内置看门狗的其他系列单片机替代实验中的MSP430，启动程序段作相应修改时，实验结果仍大致相同，这说明具有内置看门狗的单片机面临的问题是相同的。经分析可能有如下原因：

①由于看门狗的时钟不独立，计数时钟与系统为同一分频链路，因此看门狗不能在系统出现问题时有效运作。

②由于时钟可用软件设置，启动失败时，开机时钟可能处于空档，没有时钟看门狗不能生效。

③有些看门狗需要用软件设置或启动，因此启动失败后，初始化程序没有激活，CPU可能跳转到随机代码，使看门狗被禁止。这样的看门狗是需要有可靠的上电复位作保证的，因此，从理论上讲，原设计存在着不合理性。基于上述分析，采用片外看门狗专用芯片TPS3823由独立的分频振荡电路提供计数脉冲。实验电路如图2所示。

上述电路中，TPS3823输出定时溢出信号给Reset端。程序段中，CPU要不断地通过I/O口输出喂狗信号，使看门狗计数器清零。在此电路中重复上述试验中K1、K2的相同动作，系统重启成功率达到100%。

未来的内置看门狗必须有独立可靠的时钟。系统上电后，看门狗即为允许状态，无需软件设置，它只能被外部硬件跳线或内部熔丝(fuse)所禁止。目前，如果要求设计可靠性较高的嵌入式系统，外置看门狗是必须考虑的。内置看门狗的另一问题是系统复位后，程序应判断是由Reset端正常上电复位，还是程序跑飞看门狗所致，由此确定现场数据是否应该保留。这也是在看门狗应用中所应考虑的。

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