Watchdog在8XC552系列单片机系统中的应用

1引言

Philips公司的8XC552单片机以其体积小、功能强、价格低等优势而广泛地使用在工业控制、DCS控制和智能仪器等领域。笔者在智能配电监测仪的研制过程中，虽然采取了相应的抗干扰措施，但由于工业现场环境中电磁场、电网尖峰、谐波、浪涌及雷电辐射等影响，仍有可能出现程序死循环、跑飞等失控现象。为此，笔者采用Watchdog技术保证了系统的正常运行，通常 Watchdog技术在单片机应用系统中可分为软件Watchdog和硬件Watchdog。Philips公司的8XC552、Intel的8098、 Motorala的68C05以及Microchip的16C5X系列单片机本身已带有软件Watchdog功能，因此，只要硬件接法正确，在软件设计中调用相应语句进行启动即可。

2硬件组成原理

2．1系统工作原理

图1所示是87C522单片机用于智能型配电仪的连接电路，本智能配电仪中的87C552为主控芯片，该芯片除具有三个16位定时器T0、T1及T2 外，还有一个专作监视8位定时器、简称 WDT（WatchdogTimer）的T3定时器。因为微控制器有时会受噪音、射频干扰等环境因素的影响而导入错误的运行状态。监视定时器的功能就是在某特定的时限内使微控制器复位，从而将其从错误的状态中恢复过来以重新开始正常运行。当T3用作Watchdog定时器并由软件启动计时后，如果系统已达到所设定的预定时间而仍没有重新启动定时器，此时就会产生溢出信号并停止计时，表明系统出现异常。CPU可以对定时器重新启动、清零、设定计时值等操作。系统正常运行时，CPU将周期性地重新启动定时器，当然其启动周期应小于定时器的设定值，以保证定时器始终不能产生溢出信号。而当系统运行不正常时，由于 CPU不能周期性地启动定时器，因而定时器将产生溢出信号，以强迫CPU恢复系统的正常运行。

2．2 Watchdog的内部结构原理

监视定时器的结构原理如图2所示。它的核心为一8位定时器，其前级是一个11位定标器。后者的输入信号为fosc／12，即定标器对机器周期进行递增计数。这样，每过2个机器周期，定时器T3的值便增加1000次。若用16MHz或24MHz晶体振荡器，则监视定时器的增值间隔将分别为1．536ms 和1．024ms；其相应的最大溢出周期分别为393．216ms和262．144ms。

当监视定时器溢出时，系统将产生一个内部复位脉冲以使8XC552复位。由图2可以看出，T3溢出时，RST引脚内侧的晶体管因栅极出现一个负脉冲而瞬时导通，从而在RST引脚上输出一个复位正脉冲，其宽度为3个机器周期。如果RST引脚外接电容，则这么窄的输出脉冲可能遭到破坏，因为电容不允许 RST引脚电压产生突变，但这不会影响到内部复位操作。

3调试中的常见问题及其解决方法

在对系统进行调试时，有可能出现闪屏、无法显示以及显示杂乱等现象，现将这些问题的解决方法介绍如下：

（1）LCD出现闪屏，无法翻屏显示现象

笔者在用仿真器运行编程时，LCD能够翻屏并不断显示采集来的三相用电参数，但离开仿真器处于脱机运行状态时，LCD只能显示第一屏数据。经查仿真器的引脚接高电平，而脱机时脚悬空，从而引起了脚的状态不固定，并不断产生内部复位信号使单片机复位而出现了上述现象。后来把脚接低电平，仍然出现上述现象。而把脚接高电平后（即禁用Watchdog功能），则LCD显示正常。因此，引脚应严格禁止悬空以避免出现不稳定的状态，同时在未载入Watchdog程序之前，其引脚也不能接低电平。

（2）LCD无显示

RST端的电容应确保连接正确，否则在高电平时将无法加到复位端而使CPU不能运行程序，从而出现LCD无显示的现象。

（3）LCD显示数据杂

乱无章、数据死锁

把脚接低电平，可能会出现LCD显示的数据杂乱无章、数据死锁现象。其原因是源程序中未载入Watchdog程序，因此应保证在源程序中加入Watchdog程序，以消除数据的死锁或显示杂乱无章等问题。

4软件设计

4．1软件设计

编写监视定时器运行软件时，程序员首先应当确定系统能够在错误状态下支持的时间，也就是设定溢出周期的依据。例如能维持16ms，则把T3的初值设定为 10，这样，在16MHz晶振的情况下，溢出周期为15．36ms。此时程序员就可对其软件进行划分，以确定把重写T3值的指令插在什么地方，才能使相邻两次重写操作间隔不超过监视定时器的溢出周期，以保证正常运作时T3不溢出。因此，程序员应当了解所有软件模块的执行时间，同时也要考虑到出现条件跳转、子程序及内外中断等因素所带来的影响。对于那些很难估算其执行时间的程序段落，应按最坏情况估算。为防止误写，监视定时器值的重写可分两步进行。首先将 PCON．4（监视定时器装入允许位WLE）置1，以允许对T3进行写入；第二步向T3写入新