作者：逸珺

轉自：STM32

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，即計時單元和監控單元。計時單元實現計數與重裝。在計數過程中，軟件可以適時對計數器的初始值進行重裝，以防溢出。監控單元監視計時器的溢出事件，若計數器因未被軟件適時重裝而發生溢出，看門狗通常會執行復位動作，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看門狗模塊監測到計數溢出時，IWDG reset信號輸出低，經過與邏輯電路觸發脈沖發生器，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復位事件信號，進而觸發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？

請繼續閱讀。。.。。

模擬看門狗

模擬看門狗跟上面提到的監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， 只不過它監視的是模擬通道輸入信號幅度，當監測到輸入異常時會觸發模擬看門狗事件。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視的模擬輸入通道的輸入閾值，即上下門限值【被監測模擬信號幅度對應的ADC值】。當模擬看門狗監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測，借助于STM32片內模擬看門狗可輕松實現硬件監測，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，我們知道模看門狗可監控模擬信號是否超界，據此我們可以想到這樣一些應用場合：

供電電源超界檢測。在產品開發中，常常需要實現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。這在工業產品、汽車電子、醫療器械中都有明確強制要求。

實現控制環路fail-safe模式。比如一個控制系統根據采集到的傳感器信號來控制閥門的開度，以實現流量控制。或者一個速度控制系統，如果傳感器信號異常，需要馬上將設備置于功能安全狀態，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，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，主要演示實現的基本思路和框架，細節根據項目相應需求完善。 順便提醒，盡量基于 STM32CubeMx 來著手我們的 STM32 軟件開發。

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 */ AdcHandle.Init.ExternalTrigConvEdge = ADC_EXTERNALTRIGCONVEDGE_RISING; /* 軟件觸發 */ AdcHandle.Init.DMAContinuousRequests = ENABLE; /* DMA 循環模式使能 */ 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。對于產品開發中需要進行模擬輸入幅值監控的場合，使用它會非常便利。

責任編輯：haq