Watchdog在Philips 8XC552系列單片機系統中的應用

1 引言
　　
philips公司的8xc552單片機以其體積小、功能強、價格低等優勢而廣泛地使用在工業控制、dcs控制和智能儀器等領域。筆者在智能配電監測儀的研制過程中，雖然采取了相應的抗干擾措施，但由于工業現場環境中電磁場、電網尖峰、諧波、浪涌及雷電輻射等影響，仍有可能出現程序死循環、跑飛等失控現象。為此，筆者采用watchdog技術保證了系統的正常運行，通常watchdog技術在單片機應用系統中可分為軟件watchdog和硬件watchdog。philips公司的8xc552、intel的8098、motorala的68c05以及microchip的16c5x系列單片機本身已帶有軟件watchdog功能，因此，只要硬件接法正確，在軟件設計中調用相應語句進行啟動即可。

2 硬件組成原理

2．1系統工作原理

圖1所示是87c522單片機用于智能型配電儀的連接電路，本智能配電儀中的87c552為主控芯片，該芯片除具有三個16位定時器t0、t1及t2外，還有一個專作監視8位定時器、簡稱wdt（watchdogtimer）的t3定時器。因為微控制器有時會受噪音、射頻干擾等環境因素的影響而導入錯誤的運行狀態。監視定時器的功能就是在某特定的時限內使微控制器復位，從而將其從錯誤的狀態中恢復過來以重新開始正常運行。當t3用作watchdog定時器并由軟件啟動計時后，如果系統已達到所設定的預定時間而仍沒有重新啟動定時器，此時就會產生溢出信號并停止計時，表明系統出現異常。cpu可以對定時器重新啟動、清零、設定計時值等操作。系統正常運行時，cpu將周期性地重新啟動定時器，當然其啟動周期應小于定時器的設定值，以保證定時器始終不能產生溢出信號。而當系統運行不正常時，由于cpu不能周期性地啟動定時器，因而定時器將產生溢出信號，以強迫cpu恢復系統的正常運行。

當監視定時器溢出時，系統將產生一個內部復位脈沖以使8xc552復位。由圖2可以看出，t3溢出時，rst引腳內側的晶體管因柵極出現一個負脈沖而瞬時導通，從而在rst引腳上輸出一個復位正脈沖，其寬度為3個機器周期。如果rst引腳外接電容，則這么窄的輸出脈沖可能遭到破壞，因為電容不允許rst引腳電壓產生突變，但這不會影響到內部復位操作。

如果將8xc552的引腳接至低電平，則輸入信號至定標器的通路將暢通無阻，于是監視定時器便正常運作。但若將引腳接高電平，輸入信號則會因與門被封鎖而不能通過，這時監視定時器處于關閉狀態。應當指出，一旦t3被開啟，則無法用軟件使之關閉；同時如果t3被禁止，也無法用軟件啟動。
　　
如果=0，那么pcon寄存器的pd位便不可寫入，其初值為0，無法置l，即不可進入掉電方式。故監視定時器和掉電方式兩者不可兼得。

（1）lcd出現閃屏，無法翻屏顯示現象
　　
筆者在用仿真器運行編程時，lcd能夠翻屏并不斷顯示采集來的三相用電參數，但離開仿真器處于脫機運行狀態時，lcd只能顯示第一屏數據。經查仿真器的引腳接高電平，而脫機時腳懸空，從而引起了腳的狀態不固定，并不斷產生內部復位信號使單片機復位而出現了上述現象。后來把腳接低電平，仍然出現上述現象。而把腳接高電平后（即禁用watchdog功能），則lcd顯示正常。因此，引腳應嚴格禁止懸空以避免出現不穩定的狀態，同時在未載入watchdog程序之前，其引腳也不能接低電平。

（2）lcd無顯示
　　
rst端的電容應確保連接正確，否則在高電平時將無法加到復位端而使cpu不能運行程序，從而出現lcd無顯示的現象。

（3）lcd顯示數據雜亂無章、數據死鎖

把腳接低電平，可能會出現lcd顯示的數據雜亂無章、數據死鎖現象。其原因是源程序中未載入watchdog程序，因此應保證在源程序中加入watchdog程序，以消除數據的死鎖或顯示雜亂無章等問題。

4 軟件設計

4．1軟件設計
　　
編寫監視定時器運行軟件時，程序員首先應當確定系統能夠在錯誤狀態下支持的時間，也就是設定溢出周期的依據。例如能維持16ms，則把t3的初值設定為10，這樣，在16mhz晶振的情況下，溢出周期為15．36ms。此時程序員就可對其軟件進行劃分，以確定把重寫t3值的指令插在什么地方，才能使相鄰兩次重寫操作間隔不超過監視定時器的溢出周期，以保證正常運作時t3不溢出。因此，程序員應當了解所有軟件模塊的執行時間，同時也要考慮到出現條件跳轉、子程序及內外中斷等因素所帶來的影響。對于那些很難估算其執行時間的程序段落，應按最壞情況估算。為防止誤寫，監視定時器值的重寫可分兩步進行。首先將pcon．4（監視定時器裝入允許位wle）置1，以允許對t3進行寫入；第二步向t3寫入新值。由圖2可知，對t3的寫信號同時也會加到wle的清0端，于是每當t3被寫入新值時，wle位便自動復位。因此，當該值為00h時，溢出間隔最大；而ffh值則對應最小溢出周期。若采用12mhz晶振，這兩值則分別為524ms和2ms。最大和最小溢出周期的計算公式分別為：

4．2定時間隔和訪問時間的設定
　　
數據采集及處理是程序中的關鍵部分，也是決定儀器精度的關鍵所在。本儀器采用電壓、電流、頻率、相位為主要采集參數，且這些參數是連續變化的，因此采樣時間不宜設置得過長，否則會影響儀器的精度。筆者將電流與電壓的采樣時間定為5ms，頻率與相位的采集時間為20ms，這樣，watchdog的定時間隔設置較佳，具體如圖3所示。圖3中，watchdog在wdt1時間內完成對采集頻率數據的監控，而在wdt2、wdt3、wdt4內分別負責對電壓、電流、相位數據采集的監控。在設計程序時，一般取1．1ts＜tw＜2ts，其中ts為采樣周期，tw為watchdog的定時時間，ts分別為t1、t2、t3、t4的大小，tw分別為wdt1、wdt2、wdt3、wdt4的大小。tw設置太小會增加訪問頻率，影響程序執行效率；而設置太大則會干擾程序的正常運行，且需等待很長時間才可以恢復運行，而采集或控制對象可能已在這一步偏離過大。因此，cpu訪問時間原則上小于tw就可以了，為防止時間估計不準，設計時應小些為好，這樣可以防止系統異常而處于每經過tw時間啟動一次的死循環中。