【MCU】单片机看门狗工作原理

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1 背景

在单片机运行中，可能会遇到电磁场等恶劣环境干扰失控，造成程序进入死循环，程序跑飞(死机)等意外故障，程序的正常运行被打断，系统无法继续运行，陷入停滞状态，发生不可预料的后果。此时可通过按下复位按钮，强制系统复位。但更理想的实现是通过一套监控系统，实时监视MCU运行状态，在运行异常时，使系统摆脱故障状态。看门狗(Watchdog)技术能够解决这一问题。

2 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。

3 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。

4 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。

5 设计思路

51单片机系统看门狗的设计思路：

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。
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。