单片机看门狗(Watchdog)的工作原理及其应用

单片机看门狗(Watchdog)的工作原理及其应用

2010年05月16日星期日 23:00

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)。

看门狗电路的应用，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。

看门狗，又叫 watchdog timer，是一个定时器电路。一般有一个输入，叫喂狗(kicking the dog or service the dog)，一个输出到MCU的RST端，MCU 正常工作的时候，每隔一端时间输出一个信号到喂狗端，给 WDT 清零。如果超过规定的时间不喂狗，(一般在程序跑飞时)，WDT 定时超过，就会给出一个复位信号到MCU，是MCU复位，防止MCU死机。看门狗的作用就是防止程序发生死循环，或者说程序跑飞。

工作原理：在系统运行以后也就启动了看门狗的计数器，看门狗就开始自动计数，如果到了一定的时间还不去清看门狗，那么看门狗计数器就会溢出从而引起看门狗中断，造成系统复位。所以，在使用有看门狗的芯片时要注意清看门狗。

硬件看门狗是利用了一个定时器，来监控主程序的运行，也就是说在主程序的运行过程中，我们要在看门狗定时器定时时间到之前对其进行复位。如果出现死循环，或者说PC指针不能回来，那么定时时间到后就会使单片机复位。常用的WDT芯片如MAX813 ,5045, IMP 813等,价格4~10元不等。

软件看门狗技术的原理和这差不多，只不过是用软件的方法实现，我们还是以51系列来讲，我们知道在51单片机中有两个定时器，我们就可以用这两个定时器来对主程序的运行进行监控。我们可以对T0设定一定的定时时间，当产生定时中断的时候对一个变量进行赋值，而这个变量在主程序运行的开始已经有了一个初值，在这里我们要设定的定时值要小于主程序的运行时间，这样在主程序的尾部对变量的值进行判断，如果值发生了预期的变化，就说明T0中断正常，如果没有发生变化则使程序复位。对于T1我们用来监控主程序的运行，我们给T1设定一定的定时时间，在主程序中对其进行复位，如果不能在一定的时间里对其进行复位，T1 的定时中断就会使单片机复位。在这里T1的定时时间要设的大于主程序的运行时间，给主程序留有一定的的裕量。而T1的中断正常与否我们再由T0定时中断子程序来监视。这样就够成了一个循环，T0监视T1，T1监

视主程序，主程序又来监视T0，从而保证系统的稳定运行。

51 系列有专门的看门狗定时器,对系统频率进行分频计数，定时器溢出时，将引起复位。看门狗可设定溢出率,也可单独用来作为定时器使用。

凌阳61的看门狗比较单一：一个是时间单一；第二是功能在实际的使用中只需在循环当中加入清狗的指令就OK了。

AVR系列中，avr-libc 提供三个API 支持对器件内部Watchdog 的操作，它们分别是：

wdt_reset() // Watchdog 复位

wdt_enable(timeout) // Watchdog 使能

wdt_disable() // Watchdog 禁止

C8051Fxxx单片机内部也有一个21位的使用系统时钟的定时器，该定时器检测对其控制寄存器的两次特定写操作的时间间隔。如果这个时间间隔超过了编程的极限值，将产生一个WDT复位。

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看门狗使用注意：大多数51 系列单片机都有看门狗,当看门狗没有被定时清零时，将引起复位。这可防止程序跑飞。设计者必须清楚看门狗的溢出时间以决定在合适的时候，清看门狗。清看门狗也不能太过频繁，否则会造成资源浪费。程序正常运行时，软件每隔一定的时间(小于定时器的溢出周期)给定时器置数，即可预防溢出中断而引起的误复位。

看门狗运用：看门狗是恢复系统的正常运行及有效的监视管理器（具有锁定光驱，锁定任何指定程序的作用，可用在家庭中防止小孩无节制地玩游戏、上网、看录像）等具有很好的应用价值。

系统软件"看门狗"的设计思路：

1. 看门狗定时器T0的设置。在初始化程序块中设置T0的工作方式，并开启中断和计数功能。系统Fosc=12 MHz，T0为16位计数器，最大计数值为(2的16次方)-1=65 535，T0输入计数频率为Fosc/12，溢出周期为(65 535+1)／1=65 536(μs)。

2. 计算主控程序循环一次的耗时。考虑系统各功能模块及其循环次数，本系统主控制程序的运行时间约为16．6 ms。系统设置"看门狗"定时器T0定时30 ms(T0的初值为65 536-30 000=35 536)。主控程序的每次循环都将刷新T0的初值。如程序进入"死循环"而T0的初值在30 ms内未被刷新，这时"看门狗"定时器T0将溢出并申请中断。

3.设计T0溢出所对应的中断服务程序。此子程序只须一条指令，即在T0对应的中断向量地址(000BH)写入"无条件转移"命令，把计算机拖回整个程序的第一行，对单片机重新进行初始化并获得正确的执行顺序。

看门狗也有对计算机危害之处。如果用看门狗软件加密并发送到环形网络内（如学校机房），将会造成每发送一次，两台电脑同时中毒一天，还会持续一周蔓延。如：运行速度超慢，桌面背景变换，画图软件要黑色出绿色等等。还会造成每台电脑少几个文件。