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进阶--在Arduino中使用看门狗定时器

字号+ 作者:PLC工程师 来源:未知 2016-02-26 15:32 我要评论( )

看门狗定时器(WDT,Watch Dog Timer)实际上是一个计数器,一般给看门狗一个大数,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。

简介
看门狗定时器是单片机的一个组成部分,在单片机程序的调试和运行中都有着重要的意义。
看门狗定时器(WDT,Watch Dog Timer)实际上是一个计数器,一般给看门狗一个大数,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。
看门狗定时器工作原理
使能时,WDT将递增,直到溢出,或称“超时”。除非处于休眠或空闲模式,WDT 超时会强制器件复位。为避免WDT 超时复位,用户必须定期用PWRSAV 或CLRWDT 指令将看门狗定时器清零。如果WDT 在休眠或空闲模式下超时,器件将唤醒并从PWRSAV 指令执行处继续执行代码。在上述两种情况下,WDTO 位(RCON<4>)都会置1,表示该器件复位或唤醒事件是由于WDT超时引起的。如果WDT 将CPU从休眠或空闲模式唤醒,“休眠”状态位(RCON<3>)或“空闲”状态位(RCON<2>)也会置1,表示器件之前处于省电模式。
功能作用
此外,WatchDog还可以在你的程序陷入死循环的时候,让单片机复位而不用整个系统断电,从而保护你的硬件电路。看门狗定时器对微控制器提供了独立的保护系统,当系统出现故障时,在可选的超时周期之后,看门狗将以RESET信号作出响应,像x25045就可选超时周期为1.4秒、600毫秒、200毫秒三种。当你的程序死机时,x25045就会使单片机复位。
大多数看门狗定时器IC产生一个单一的,有限的输出脉冲持续时间当看门狗超时。这适用于触发复位或中断微处理器,但有些应用需要输出(故障指示灯)的锁存器。
考虑到安全性问题,汽车电子系统需要监控电路监测故障容限或安全性。看门狗定时器可理想满足这类需求,通过对微控制器正常工作条件下产生的周期脉冲进行检测,侦测电路或IC的失效状态,一旦发生故障可立即切换到备份/冗余系统。
简单锁定看门狗定时器设计
在看门狗(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。出于对单片机运行状态进行实时监测的考虑,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))集成电路(MAX*9)的基础上,该电路提供了响应的输入脉冲流损失锁存故障指示。该电路可以监控风扇(上风扇的转速输出计算),振荡电路,或一个微处理器软件执行。
大多数看门狗定时器IC产生一个单一的,有限的输出脉冲持续时间当看门狗超时。这适用于触发复位或中断微处理器,但有些应用需要输出(故障指示灯)的锁存器。一个简单的电路(图1)提供了响应的输入脉冲流损失锁存故障指示。在μP-supervisor/watchdog集成电路(MAX*9)的基础上,该电路用于监测风扇(在风扇的转速输出计算),振荡电路,或一个合适的微处理器软件执行。
在上电期间,低电平有效复位仍然很低,直到VCC的稳定和复位超时时间到期。电容器C通过R,直到FET的栅极电压达到阈值(电压VTH),它开启了场效应管,使锁存能力。为了防止误触发,你应该设置RC延迟的时间远远超过了复位超时。
WDI输入(引脚6)必须按切换电容器CSWT设立最低速率。如果这没有发生,低电平有效复位变低,在LED指示灯,在连接和低拉复位,从而锁定低电平复位。该电路仍然有效,直到你循环VCC或推开关在此条件。要么关闭FET的行动,并允许重置变高。
为了监测风扇开漏测速信号,从世界发展指标10kΩ的连接到VCC(引脚8)上拉电阻器。由于风扇需要一些时间来旋转起来,看门狗电路需要为一个短暂的延迟时间间隔停用。您可以通过将本延迟电容(C2)从对地复位。请注意,此延迟必须小于上述RC延迟,或低电平有效复位锁存过早会较短。
对于一个风扇监控,对CSWT值设置最大转速脉冲周期根据公式5.06×106 × CSWT,其中在几秒钟内CSWT。如果转速低于这个阈值时,低电平有效复位输出低和插销。
看门狗定时器的操作
在正常操作期间,一次WDT 超时溢出将产生一次器件复位。当器件处于休眠状态时,一次WDT超时溢出将唤醒器件,使其继续正常操作(即称作WDT 唤醒)。对WDTE 设置位清零可以永久性地关闭WDT。
后分频器分配完全是由软件控制,即它可在程序执行期间随时更改。
为避免发生不可预测的器件复位,当从Timer0 预分频器的分配改为WDT 后分频器的分配时,必须执行下列指令序列。即使WDT 被禁止,也要执行这个指令序列。

看门狗(Watch Dog)是一个独立的定时器,当你开启看门狗后,需要在程序中看门狗定时器溢出前,对其进行 喂狗(复位)操作,否则看门狗会强制你的单片机重启,从头运行程序。
 
虽然Arduino核心库并未提供看门狗相关的API,但AVRGCC提供了相应的API支持,同样简单易用。
需要注意的是Arduino bootloader并不支持看门狗,如果你直接使用看门狗定时器,可能会卡死在bootloader中。如果要使用看门狗建议使用ISP下载器直接下载程序。

在使用该API前,你需要调用相应的头文件wdt.h:
#include <avr/wdt.h>

在wdt.h中,提供了3个看门狗API:

wdt_enable(timeout) //看门狗使能 并设置超时时间
wdt_disable() //看门狗禁止
wdt_reset() //看门狗复位
 
wdt_enable(timeout) 中timeout可使用如下常量:
序号
常量
定义
1
WDTO_15MS
看门狗定时器15ms超时
2
WDTO_30MS
看门狗定时器30ms超时
3
WDTO_60MS
看门狗定时器60ms超时
4
WDTO_120MS
看门狗定时器120ms超时
5
WDTO_250MS
看门狗定时器250ms超时
6
WDTO_500MS
看门狗定时器500ms超时
7
WDTO_1S
看门狗定时器1S超时
8
WDTO_2S
看门狗定时器2S超时
9
WDTO_4S
看门狗定时器4S超时
10
WDTO_8S
看门狗定时器8S超时


通常情况下,在arduino中使用该API,你需要在setup中使能看门狗定时器,并在loop中按实际需要进行喂狗操作。示例代码如下:

#include <avr/wdt.h>
void setup()
{
   pinMode(13,OUTPUT);
   wdt_enable(WDTO_2S);  //开启看门狗,并设置溢出时间为两秒
}

void loop()
{
   digitalWrite(13,HIGH);
   delay(100);
   digitalWrite(13,LOW);
   delay(100);
   wdt_reset(); //喂狗操作,使看门狗定时器复位
}

 

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