看门狗电路通俗理解

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看门狗通俗理解：

转自：STC89C5X单片机“看门狗”原理详解-电子工程世界

很多人初次接触不太理解怎么用，书上也讲的含含糊糊，故意说的很复杂很玄妙（可能是现在写书人的通病，生怕写的简单的别人觉得他没水平）。其实要是说明白点：“看门狗”就是一个计数器，由于位数有限计数器能够装的数值是有限的(比如8位的最多装256个数、16位的最多装65536个数)，从开启“看门狗”那刻起，它就开始不停的数机器周期，数一个机器周期就计数器加１，加到计数器盛不下了（术语叫溢出）就就产生一个复位信号，重启系统。

　　注解：这里顺便说一下，一般教材上叫“看门狗定时器”，其实定时器原理还是计数器，只是计的是时钟周期，所以我为了初学者好理解叫统一叫“计数器”，这里阐明一下。

　　明白了上面的原理，我们在设计程序时，先根据看门狗计数器的位数和系统的时钟周期算一下计满数需要的时间，就是说在这个时间内“看门狗”计数器是不会装满的，然后在这个时间内告诉它重新开始计数，就是把计数器清零，这个过程叫“喂狗”，这样隔一段时间喂一次狗，只要程序正常运行他就永远计不满，一旦出现死循环之类的故障，没有及时来清零计数器，就会导致装满了溢出，他就重启系统，这就是看门狗的看门原理，其实想想傻傻的、笨笨的。

　　举个例子说：8051 单片机选用12MHz晶振，一个时钟周期为1us，如果“看门狗计数器”是16位的，最大计数65536个，那么从0开始计到65535需要约65ms，所以我们可以在程序的50ms左右清零一次计数器（“喂狗”），让他重新从0开始计，再过50ms，再清，……，这样下去只要程序正常运行，计数器永远不会计满，也就永远不会被“看门狗”复位。当然这个喂狗的时间是大家自己选的，只要不超过65ms，你选多少都可以，一般不要喂得太勤，这样单片机运行时间浪费了，比如你1ms喂一次就太勤了，也不要说那我65ms喂一次，这样太边缘，这样抗干扰能力就下降了，最好是留一定的余量，这个就是设计者自己掌握了，我一般是让计到90%左右就清一次。

　　每种单片机的“看门狗”实现方法不尽相同，但是原理都一样，而且“看门狗”都是启动了之后就不能被关闭，只能系统复位（重新断电在上电）才能关闭。设置“看门狗”的一般步骤如下：
　　1. 设置“看门狗”相关寄存器，启动“看门狗”；
　　2. 隔一段时间清零一次，“喂狗”；
　　3. 如果程序正常，一直运行；如果程序出错，没有按时“喂狗”，“看门狗”就在溢出的时候复位系统。

值得提一下：

　　由于现在AT89S52应用比较广泛，所以我先说说ATMEL的看门狗；再说说本次试验用的STC89C52RC的看门狗；注意两个不一样！！！

　　AT89S52单片机看门狗定时器是14位的，最大计数214=16384个数，每计16384个时钟周期就溢出一次。也就是说如果使用12M晶振的话，至少应该在16.384ms内喂一次狗。

　　STC89C5X系列单片机由于采用了“预分频技术”，它的溢出时间是=(N*Prescale*32768)/晶振频率（不要问我为什么，他们就是这么设计的，我们就这么用就行）。

其中N是单片机的时钟周期，STC89C5X系列单片机提供6时钟周期和12时钟周期两种时钟周期，可以在烧写程序时修改；
Prescale是预分频数，通过设置【看门狗控制寄存器】可以设置为2、4、8、16、32、64、128、256；怎么设置演示程序中有介绍；
晶振频率就是系统选用的晶振。

　　所以如果同样选择12MHz晶振，使用传统的12时钟周期，它最小的溢出时间是（12*2*32768）/(12*106)=65.536ms，最大溢出时间是（12*256*32768）/(12*106)≈8.38s。如果选择256分频，也就是说只要在8.38秒之内喂一次狗就可以了。戏谑的说：这只狗比较抗饿，J~~

　　对于我们用户来说，看门狗的时间是越长越好，这样可以节省更多的单片机资源，尤其是对时间要求精准的系统，如果执行过程中我们不停地“喂狗”，那么是比较浪费时间的。所以STC89C5X系列单片机的看门狗更有优势一些。当然这个也是个人的选择，如果对时间要求的不苛刻的话，勤喂几次狗也没关系

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/service the dog），一个输出到MCU的RST端，MCU正常工作的时候，每隔一段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，使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。看门狗命令在程序的中断中拥有最高的优先级。

它实际上是一个计数器，一般给看门狗一个数字，程序开始运行后看门狗开始倒计数。如果程序运行正常，过一段时间CPU应发出指令让看门狗复位，重新开始倒计数。如果看门狗减到0就认为程序没有正常工作，强制整个系统复位。

看门狗是一个定时器电路，负责在程序跑飞或硬件停滞的情况下对单片机进行复位操作，使程序能从头执行。
工作原理：上面说过，看门狗是一个定时器电路，这个电路有一个输入和一个输出，输入就是喂狗操作（至于什么是喂狗，见下文），所谓喂狗，就是通过外部输入重装载看门狗计数器的值；输出接到另一个电路通常是单片机/MCU的复位端。当看门狗的计数器由初始值递减至0时，输出一个信号到另一个电路的复位端，程序执行复位操作。
使用方法：为监测程序是否跑飞，在程序中隔一段时间执行一次喂狗操作，即在一个完整的程序段中，间隔性的放入多个喂狗操作，如果程序在某个点出错开始跑飞，那下一次的喂狗操作就得不到执行，这样的话，当看门狗的计数器由初始值递减至0时（还是从0递增？，我的理解是递增就是定期置0，递减就定期置T0初值），程序执行复位操作。要注意的是，喂狗的时间间隔，不能太晚，太晚的话，超过了计数器的溢出时间，程序就执行复位操作了，就相当于错误的判断成程序跑飞了。

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10次方)-1=65 535，T0输入计数频率是.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。

分类

硬件看门狗

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，我们要在定时时间到之前对定时器进行复位。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。

软件看门狗

而在某些情况下，也会采用纯软件的方法来设置看门狗，如在单片机系统中，利用闲置的定时器/计数器就可以设计一个软件看门狗。具体实现步骤如下：

首先，在初始化程序中设置定时器/计数器的方式以控制寄存器（TMOD）和定时时间的初值，并且打开中断。

然后，根据定时器的时间，在主程序中按一定的时间间隔插人复位定时器的指令（喂狗），两条喂狗指令之间的时间间隔可以根据系统时钟与指令周期计算出来，而且该时间周期应该小于定时器的定时时间。

最后，在定时器的中断服务程序中，设置一条无条件转移指令，将程序计数器PC转移到初始化程序的入口。

在非单片机系统，如PowerPC系统中，也可以采用多线程的方式来设置软件狗,其主要的步骤如下所述：

首先，新建一个看门狗线程，该线程维护一个全局变量数组，该数组相当于每个工作线程的计数器。看门狗线程为一一个死循环，每隔一段时间就会循环一次，并将全局变量数组的每一个值都加1后判断是否超过预定义的上限值,若发现某个线程对应的变量数值超过最大值，则看门狗线程会重置该线程。

然后，每个工作线程中，每隔一段时间就会将对应的全局变量置0 （喂狗）。

软件看门狗的优点是无需额外的硬件支持，但当系统存在严重的错误时（例如：中断服务出错），则有可能导致软件看门狗失效。 [4]

【MCU】单片机看门狗工作原理_m0_38045338的博客-CSDN博客

工作原理
看门狗定时器(Watch Dog Timer, WDT)是MCU的一个组成部分，是一个计数器，其基本原理是先给计数器设定一个数值(溢出值)，程序开始运行后，看门狗定时器开始计数，程序正常运行时，会周期发出指令将计数器置零(喂狗)，重新开始计数，而如果长时间没有清零，计数器增加到设定值(定时器溢出)，计数器会认为程序出现了异常，强制系统复位。

分类
看门狗又分硬件看门狗和软件看门狗。

硬件看门狗又叫外部看门狗，外部定时器电路的输出连接到电路的复位端，程序周期性的对定时器清零(俗称‘喂狗’)。
软件看门狗(又叫内狗)原理上一样，只是将外部定时器用内部定时器代替，可以简化硬件电路设计，但可靠性差，如内部定时器自身故障就无法检测到系统异常。
注意事项
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。

设计思路
51单片机系统看门狗的设计思路：

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。系统晶振频率Fosc = 12MHz，T0为16位计数器，最大计数值为65535，机器周期Tcy = 12 / Fosc = 1μs，即T0输入计数频率1μs，溢出周期为65535μs。
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。
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。
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