單片機(jī)看門狗電路的作用
在由單片機(jī)構(gòu)成的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中,由于單片機(jī)的工作常常會(huì)受到來自外界電磁場(chǎng)的干擾,造成程序的跑飛,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)無法繼續(xù)工作,會(huì)造成整個(gè)系統(tǒng)的陷入停滯狀態(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)生了一種專門用于監(jiān)測(cè)單片機(jī)程序運(yùn)行狀態(tài)的芯片,俗稱“看門狗”(watchdog)
其作用是使單片機(jī)可以在無人狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)連續(xù)工作,其工作原理是:看門狗芯片和單片機(jī)的一個(gè)I/O引腳相連,該I/O引腳通過程序控制它定時(shí)地往看門狗的這個(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),寫看門狗引腳的程序便不能被執(zhí)行,這個(gè)時(shí)候,看門狗電路就會(huì)由于得不到單片機(jī)送來的信號(hào),便在它和單片機(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,即程序從程序存儲(chǔ)器的起始位置開始執(zhí)行,這樣便實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)的自動(dòng)復(fù)位。
單片機(jī)看門狗電路的作用
看門狗的作用: 看門狗定時(shí)器是一個(gè)計(jì)數(shù)器,基本功能是在發(fā)生軟件問題和程序跑飛后使系統(tǒng)重新啟動(dòng)??撮T狗計(jì)數(shù)器正常工作時(shí)自動(dòng)計(jì)數(shù),程序流程定期將其復(fù)位清零,如果系統(tǒng)在某處卡死或跑飛,該定時(shí)器將溢出,并將進(jìn)入中斷。在定時(shí)器中斷中執(zhí)行一些復(fù)位操作,使系統(tǒng)恢復(fù)正常的工作狀態(tài),即在程序沒有正常運(yùn)行期間,如期復(fù)位看門狗以保證所選擇
的定時(shí)溢出歸零,使處理器重新啟動(dòng)。軟件的可靠性一直是一個(gè)關(guān)鍵問題。任何使用軟件的人都可能會(huì)經(jīng)歷計(jì)算機(jī)死機(jī)或程序跑飛的問題,這種情況在嵌入式系統(tǒng)中也同樣存在。由于單片機(jī)的抗干擾能力有限,在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的儀器儀表中,常會(huì)由于電壓不穩(wěn)、電弧干擾等造成死機(jī)。在水表、電表等無人看守的情況下,也會(huì)因系統(tǒng)遭受干擾而無法重啟。為了保證系統(tǒng)在干擾后能自動(dòng)恢復(fù)正常,看門狗定時(shí)器(Watchdog TImer)的利用是很有價(jià)值的。
現(xiàn)今市面上流行的一些單片機(jī),多嵌有內(nèi)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。但是這些內(nèi)部看門狗在工作時(shí),多存在一定的誤差。一些工程師在設(shè)計(jì)的過程中,由于忽略了這一點(diǎn),導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)異常。MSP430系列單片機(jī)是美國(guó)德州儀器公司(TI)近幾年開發(fā)的新一代單片機(jī),該系列是一款16位、具有精簡(jiǎn)指令集、超低功耗的全新概念混合型單片機(jī)。在眾多單片機(jī)系列中,由于它具有極低的功耗、豐富的片內(nèi)外設(shè)和方便靈活的開發(fā)手段,已成為一顆耀眼的新星。其內(nèi)部自帶看門狗及復(fù)位電路,理論上如果程序跑飛,可用看門狗將其復(fù)位。但在實(shí)際使用過程中,發(fā)現(xiàn)看門狗的作用并非萬無一失,以下實(shí)驗(yàn)證明了這一點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)電路如圖1所示。
試驗(yàn)程序清單:
#include《msp430x12.h》
void main(void){
p1dir l=0x0f; //設(shè)置p1.2-.p1.0為輸出
for(;;){
volaTIle unsigned int i;
wdtctl=wdtpw+wdtcncl;
//復(fù)位wdt
piout==0x0t;
i=5000;
do(i--)
while(i!=0);
}}
上述實(shí)驗(yàn)啟動(dòng)后,如果程序正常運(yùn)行,LED會(huì)閃爍。缺省時(shí),MSP430的看門狗是允許狀態(tài),所運(yùn)行的程序會(huì)不斷地訪問看門狗。理論上,這個(gè)系統(tǒng)是不會(huì)發(fā)生啟動(dòng)失敗的,因?yàn)榧词箚?dòng)失敗,看門狗也應(yīng)該在數(shù)百毫秒內(nèi)啟動(dòng),復(fù)位整個(gè)系統(tǒng)?;谶@種思想,對(duì)單片機(jī)的復(fù)位進(jìn)行測(cè)試。K2斷開,用K1連續(xù)產(chǎn)生。Reset信號(hào),測(cè)試看門狗使系統(tǒng)重啟的成功率。K2閉合,則reset端高電平,理論上K1不能有效產(chǎn)生復(fù)位脈沖,觀察看門狗是否起作用。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析
實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下:K2斷開,連續(xù)開關(guān)K1,上電重啟系統(tǒng),平均155次失敗1次(LED不閃),即看門狗失效概率0.6%;K2閉合,連續(xù)開關(guān)K1,平均18次失敗1次(LED不閃),且一旦失敗,將連續(xù)失敗下去,看門狗無效率占到了約5.5%。另外,當(dāng)采用同樣具有內(nèi)置看門狗的其他系列單片機(jī)替代實(shí)驗(yàn)中的MSP430,啟動(dòng)程序段作相應(yīng)修改時(shí),實(shí)驗(yàn)結(jié)果仍大致相同,這說明具有內(nèi)置看門狗的單片機(jī)面臨的問題是相同的。經(jīng)分析可能有如下原因:
①由于看門狗的時(shí)鐘不獨(dú)立,計(jì)數(shù)時(shí)鐘與系統(tǒng)為同一分頻鏈路,因此看門狗不能在系統(tǒng)出現(xiàn)問題時(shí)有效運(yùn)作。
②由于時(shí)鐘可用軟件設(shè)置,啟動(dòng)失敗時(shí),開機(jī)時(shí)鐘可能處于空檔,沒有時(shí)鐘看門狗不能生效。
③有些看門狗需要用軟件設(shè)置或啟動(dòng),因此啟動(dòng)失敗后,初始化程序沒有激活,CPU可能跳轉(zhuǎn)到隨機(jī)代碼,使看門狗被禁止。這樣的看門狗是需要有可靠的上電復(fù)位作保證的,因此,從理論上講,原設(shè)計(jì)存在著不合理性?;谏鲜龇治觯捎闷饪撮T狗專用芯片TPS3823由獨(dú)立的分頻振蕩電路提供計(jì)數(shù)脈沖。實(shí)驗(yàn)電路如圖2所示。
上述電路中,TPS3823輸出定時(shí)溢出信號(hào)給Reset端。程序段中,CPU要不斷地通過I/O口輸出喂狗信號(hào),使看門狗計(jì)數(shù)器清零。在此電路中重復(fù)上述試驗(yàn)中K1、K2的相同動(dòng)作,系統(tǒng)重啟成功率達(dá)到100%。
未來的內(nèi)置看門狗必須有獨(dú)立可靠的時(shí)鐘。系統(tǒng)上電后,看門狗即為允許狀態(tài),無需軟件設(shè)置,它只能被外部硬件跳線或內(nèi)部熔絲(fuse)所禁止。目前,如果要求設(shè)計(jì)可靠性較高的嵌入式系統(tǒng),外置看門狗是必須考慮的。內(nèi)置看門狗的另一問題是系統(tǒng)復(fù)位后,程序應(yīng)判斷是由Reset端正常上電復(fù)位,還是程序跑飛看門狗所致,由此確定現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)是否應(yīng)該保留。這也是在看門狗應(yīng)用中所應(yīng)考慮的。
編輯:admin 最后修改時(shí)間:2018-05-08