對于看門狗大家或許不陌生，但對于模擬看門狗有的朋友可能就不甚了解了。本文來聊聊模擬看門狗，旨在梳理相應的概念，理解模擬看門狗原理、與常規(guī)看門狗的異同點以及工程應用價值。

啥是看門狗？

一般來講，單片機的看門狗可簡單看成相對獨立的兩部分，即計時單元和監(jiān)控單元。計時單元實現(xiàn)計數(shù)與重裝。在計數(shù)過程中，軟件可以適時對計數(shù)器的初始值進行重裝，以防溢出。監(jiān)控單元監(jiān)視計時器的溢出事件，若計數(shù)器因未被軟件適時重裝而發(fā)生溢出，看門狗通常會執(zhí)行復位動作，比如復位處理器。?

以STM32F4系列單片機獨立看門狗IWDG（ Independent watchdog）為例，看看其計時電路的功能架構：

我們再結合STM32的復位邏輯模塊，來大致看看IWDG的復位控制過程。

當IWDG看門狗模塊監(jiān)測到計數(shù)溢出時，IWDG reset信號輸出低，經過與邏輯電路觸發(fā)脈沖發(fā)生器，產生一個正向窄脈沖以控制MOSFET在該脈沖寬度期間導通，并經由濾波電路產生系統(tǒng)復位事件信號，進而觸發(fā)STM32復位。

上面大致介紹了常見的獨立看門狗的功能及工作流程。那么STM32芯片的模擬看門狗是又怎么回事呢？跟上面提到的獨立看門狗有關系嗎？它是怎么工作的？

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模擬看門狗

模擬看門狗跟上面提到的監(jiān)控微處理器是否正常運行的獨立看門狗沒有關系，它是基于ADC外設應用的一個功能模塊。它以類似于獨立看門狗的方式進行工作， 只不過它監(jiān)視的是模擬通道輸入信號幅度，當監(jiān)測到輸入異常時會觸發(fā)模擬看門狗事件。軟件上基于模擬狗事件再進行相應的處理。當我們在對模擬看門狗做初始化配置時，需事先設定看門狗要監(jiān)視的模擬輸入通道的輸入閾值，即上下門限值【被監(jiān)測模擬信號幅度對應的ADC值】。當模擬看門狗監(jiān)測到輸入信號電壓超過閾值時，它將產生看門狗事件，并可以觸發(fā)中斷以運行相應處理代碼。

如果說沒有這個模擬看門狗，而我們又需要對模擬輸入信號幅度做實時監(jiān)測，往往會有兩方面的方案。其一，我們通過軟件方式，對ADC采樣值進行代碼輪詢。顯然，這會大大增加CPU的負荷，而且實時性也難以保證。其二，我們可以考慮額外設計硬件監(jiān)控電路。比方，將模擬輸入外接兩個比較器，將模擬信號與外部產生的上下邊界比較閾值進行比較（如下圖），從而產生中斷信號給單片機也能實現(xiàn)類似的實時功能需求。

那么，此時需要更多的外圍器件并占用單片機額外的中斷請求引腳。
不難看出，對于模擬輸入信號幅度的監(jiān)測，借助于STM32片內模擬看門狗可輕松實現(xiàn)硬件監(jiān)測，既無須外擴硬件電路也無須軟件輪詢信號的合法性或安全性。同時，又大大減輕了CPU的負荷，并保證了對輸入異常的實時響應。

模擬看門狗在哪里？

既然模擬看門狗是ADC模塊的一部分功能單元，我們不妨以看看STM32F4系列的ADC框圖。對于如何使用一個外設模塊，首先瀏覽其功能框圖無疑是個不錯舉措。我們可以從ADC模塊的功能框圖中找到模擬看門狗功能單元之所在。

有啥工程應用價值？

到此，我們知道?？撮T狗可監(jiān)控模擬信號是否超界，據(jù)此我們可以想到這樣一些應用場合：

• 供電電源超界檢測。在產品開發(fā)中，常常需要實現(xiàn)較為智能的電源診斷。在一個產品的關鍵功能鏈中，電源是否異常往往需要格外關注。通常需要相應的診斷檢測電路，以檢測設備電源電壓是否超出限定值，如超出限定值需做出診斷報警。這在工業(yè)產品、汽車電子、醫(yī)療器械中都有明確強制要求。

• 實現(xiàn)控制環(huán)路fail-safe模式。比如一個控制系統(tǒng)根據(jù)采集到的傳感器信號來控制閥門的開度，以實現(xiàn)流量控制。或者一個速度控制系統(tǒng)，如果傳感器信號異常，需要馬上將設備置于功能安全狀態(tài)，以避免造成經濟損失或者帶來人身傷害。還比如一個電機轉速控制系統(tǒng)，如果電流傳感器值超限，需要馬上讓電機停機等。

其實，需要做模擬監(jiān)測的場合還很多，這里不多做列舉。

代碼怎么寫呢？

下面給出大致參考例程，主要演示實現(xiàn)的基本思路和框架，細節(jié)根據(jù)項目相應需求完善。順便提醒，盡量基于STM32CubeMx來著手我們的STM32軟件開發(fā)。

static void ADC_Config(void){ ? ADC_ChannelConfTypeDef ? sConfig; ? ADC_AnalogWDGConfTypeDef AnalogWDGConfig;

?/*?初始化?*/?

AdcHandle.Instance = ADCx;

?AdcHandle.Init.ClockPrescaler????????=?ADC_CLOCK_ASYNC_DIV1;??????????/*?異步時鐘模式,時鐘不分頻?*/?

AdcHandle.Init.Resolution ? ? ? ? ? ?= ADC_RESOLUTION_12B; ? ? ? ? ? ?/* 12位 */

AdcHandle.Init.DataAlign ? ? ? ? ? ? = ADC_DATAALIGN_RIGHT; ? ? ? ? ? /* 右對齊模式 */

?AdcHandle.Init.ScanConvMode ? ? ? ? ?= DISABLE; ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? /* Sequencer

disabled (ADC conversion on only 1 channel: channel set on rank 1) */

AdcHandle.Init.EOCSelection ? ? ? ? ?= ADC_EOC_SINGLE_CONV; ? ? ? ? ? /* EOC標志指示轉換結束 */

?AdcHandle.Init.LowPowerAutoWait ? ? ?= DISABLE; ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? /* 自動延遲轉換功能禁用 */

AdcHandle.Init.ContinuousConvMode ? ?= DISABLE; ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? /* 禁用連續(xù)模式，單次模式 */

?AdcHandle.Init.NbrOfConversion ? ? ? = 1;

AdcHandle.Init.DiscontinuousConvMode = DISABLE;

AdcHandle.Init.NbrOfDiscConversion ? = 1;?

AdcHandle.Init.ExternalTrigConv ? ? ?= ADC_EXTERNALTRIG_T3_TRGO; ? ? ?/* Timer 3 觸發(fā) */

?AdcHandle.Init.ExternalTrigConvEdge ?= ADC_EXTERNALTRIGCONVEDGE_RISING; /* 軟件觸發(fā) */

AdcHandle.Init.DMAContinuousRequests = ENABLE; ?

AdcHandle.Init.Overrun ? ? ? ? ? ? ? = ADC_OVR_DATA_OVERWRITTEN; ? ? ?/* 如溢出DR寄存器將被最后的轉換結果覆蓋 */

AdcHandle.Init.OversamplingMode ? ? ?= DISABLE; ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? /* 禁用過采樣 */

if (HAL_ADC_Init(&AdcHandle) != HAL_OK)

?{

/* 初始化錯誤處理 */

Error_Handler();

?}

/* 如ADC轉換超出所設模擬看門狗窗口，則考慮到IT在每次ADC轉換后發(fā)生，*/

/* 請選擇足夠長的采樣時間和ADC時鐘，以免在IRQHandler中產生開銷。*/

sConfig.Channel ? ? ?= ADC_CHANNEL_5; ? ? ? ? ? ? ? /* 通道選擇 */

sConfig.Rank ? ? ? ? = ADC_REGULAR_RANK_1; ? ? ? ? ?/* Rank 選擇 */

sConfig.SamplingTime = ADC_SAMPLETIME_6CYCLES_5; ? ?/* 采樣時間 */

sConfig.SingleDiff ? = ADC_SINGLE_ENDED; ? ? ? ? ? ?/* 單端輸入模式 */

sConfig.OffsetNumber = ADC_OFFSET_NONE; ? ? ? ? ? ? /* 無偏移 */

sConfig.Offset = 0; ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? /* 偏移禁用，該值無用 */

if (HAL_ADC_ConfigChannel(&AdcHandle, &sConfig) != HAL_OK)

{

/* 通道配置錯誤處理 */

Error_Handler();

}

/*?設置模擬看門狗閾值?*/??

?/*?Analog?watchdog?1?模擬看門狗配置?*/?

AnalogWDGConfig.WatchdogNumber = ADC_ANALOGWATCHDOG_1;

AnalogWDGConfig.WatchdogMode = ADC_ANALOGWATCHDOG_ALL_REG;

AnalogWDGConfig.Channel = ADCx_CHANNELa;

AnalogWDGConfig.ITMode = ENABLE;

AnalogWDGConfig.HighThreshold = (RANGE_12BITS * 5/8);

AnalogWDGConfig.LowThreshold = (RANGE_12BITS * 1/8);

if (HAL_ADC_AnalogWDGConfig(&AdcHandle, &AnalogWDGConfig) != HAL_OK)

{

/* 配置錯誤處理 */

Error_Handler();

}

}

void HAL_ADC_LevelOutOfWindowCallback(ADC_HandleTypeDef* hadc)

{

/* 看門狗錯誤處理,這里可以實現(xiàn)fail-safe需求*/

/* 1.比如關閉關鍵電路 */

/* 2.設置報警標志 ? ?*/

/* 3.代碼盡可能運行短 */

.....

ubAnalogWatchdogStatus = SET;

}

#define ADCCONVERTEDVALUES_BUFFER_SIZE 256 ? /* 數(shù)組aADCxConvertedValues[]大小 */

/* ADC轉換結果 */

static __IO uint16_t ? aADCxConvertedValues[ADCCONVERTEDVALUES_BUFFER_SIZE];

static void start_adc(void)

{

/* 啟動ADC以DMA模式運行 */

if (HAL_ADC_Start_DMA(&AdcHandle,

(uint32_t *)aADCxConvertedValues,

ADCCONVERTEDVALUES_BUFFER_SIZE

) != HAL_OK)

{

/* 啟動錯誤處理 */

Error_Handler();

}

}

總結

這里針對STM32芯片模擬看門狗的概念及原理做了較為清晰的介紹，它也算是STM32一個具有特色的功能模塊。對于產品開發(fā)中需要進行模擬輸入幅值監(jiān)控的場合，使用它會非常便利。