看門(mén)狗定時(shí)器提高了基于微控制器的系統(tǒng)的可靠性。但是，它們并非萬(wàn)無(wú)一失。在本設(shè)計(jì)解決方案中，我們回顧了看門(mén)狗定時(shí)器電路的功能和操作，探討了它們的局限性，并提出了一系列有助于克服這些缺點(diǎn)的看門(mén)狗IC。

介紹

你在半夜醒來(lái)時(shí)聽(tīng)到你忠誠(chéng)的狗山姆大聲吠叫的聲音。你躺在那里聽(tīng)了一會(huì)兒，然后得出通常的結(jié)論，他很可能被一只隨機(jī)的野生動(dòng)物在夜間徘徊時(shí)穿過(guò)你后院的噪音打擾了。事實(shí)上，幾分鐘后，吠叫停止了，當(dāng)你再次開(kāi)始漂移時(shí)，你會(huì)感到安慰。突然間，你猛地驚醒——狗停止吠叫是因?yàn)樗炙耍€是，也許，他被入侵者噤聲了？最終，你的好奇心會(huì)變得更好，當(dāng)你下樓時(shí)，你會(huì)責(zé)備自己看了太多犯罪驚悚片。在確保自己一切都井井有條之后，你溜回被子里，繼續(xù)前往點(diǎn)頭之地的旅行?？撮T(mén)狗非常適合安全，但雖然狗的吠叫可以讓人放心，但它也可能令人擔(dān)憂，這意味著您偶爾需要進(jìn)行手動(dòng)檢查。

在監(jiān)測(cè)異?；顒?dòng)時(shí)，微處理器看門(mén)狗電路，如它們的犬類等效電路，是可靠和值得信賴的，但與我們的四足朋友不同，它并不智能。隨著微控制器進(jìn)入日益多樣化的應(yīng)用范圍，必須重新評(píng)估曾經(jīng)被認(rèn)為是微不足道（在某種程度上被認(rèn)為是理所當(dāng)然）的看門(mén)狗電路的性能。在此設(shè)計(jì)解決方案中，我們快速回顧了看門(mén)狗定時(shí)器電路的功能和操作。在介紹看門(mén)狗定時(shí)器IC系列之前，我們將討論它們的局限性及其對(duì)某些應(yīng)用的嚴(yán)重影響，該系列提供故障保護(hù)以解決這些缺點(diǎn)，同時(shí)還具有其他一些好處。

看門(mén)狗定時(shí)器

執(zhí)行關(guān)鍵或安全相關(guān)功能的微型設(shè)備需要高水平的監(jiān)督，以確保能夠正確檢測(cè)和糾正故障。關(guān)鍵功能可以定義為不能容忍停機(jī)時(shí)間的功能，并且（在許多情況下）維修成本很高的功能。這些功能幾乎存在于微型市場(chǎng)的每個(gè)細(xì)分市場(chǎng)中：患者監(jiān)控系統(tǒng)、過(guò)程控制工廠和與安全相關(guān)的汽車(chē)應(yīng)用，僅舉幾例。微型器件經(jīng)常受到電源瞬變、電磁干擾 （EMI） 和靜電放電 （ESD） 的影響。這些可能導(dǎo)致它執(zhí)行錯(cuò)誤的指令。為了防止這種情況，看門(mén)狗定時(shí)器是一個(gè)有用的外圍設(shè)備，可以幫助捕獲和重置已經(jīng)“失控”的微型?？撮T(mén)狗定時(shí)器是一個(gè)簡(jiǎn)單的倒數(shù)定時(shí)器，用于在指定的時(shí)間間隔后重置微。在正常運(yùn)行的系統(tǒng)中，軟件將定期重新啟動(dòng)看門(mén)狗定時(shí)器。重新啟動(dòng)后，看門(mén)狗開(kāi)始計(jì)時(shí)另一個(gè)預(yù)定間隔。如果微處理器運(yùn)行正常，軟件將在超時(shí)之前重新啟動(dòng)看門(mén)狗定時(shí)器。如果看門(mén)狗定時(shí)器超時(shí)，它將重置微型。如果系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)正確且沒(méi)有硬件故障，則重置將使系統(tǒng)進(jìn)入已知良好狀態(tài)并再次開(kāi)始正常運(yùn)行。

操作說(shuō)明

圖2顯示了一個(gè)簡(jiǎn)單的看門(mén)狗電路布置。微型器件被編程為以指定的時(shí)間間隔向看門(mén)狗定時(shí)器IC發(fā)送脈沖。如果看門(mén)狗定時(shí)器輸入 （WDI） 在該時(shí)間內(nèi)未切換，則會(huì)向微信號(hào)發(fā)送脈沖，警告發(fā)生故障。警告信號(hào)可以是復(fù)位到微，也可以是饋送到微的不可屏蔽中斷（NMI）端口的窄脈沖。故障可能是由代碼執(zhí)行錯(cuò)誤或產(chǎn)生WDI脈沖的定時(shí)電路中的錯(cuò)誤引起的。

圖2.典型的看門(mén)狗定時(shí)器電路。

這種安排的簡(jiǎn)單時(shí)序圖如下圖 3 所示。

圖3.如果 WDI 未在監(jiān)視器窗口中切換，則 WDO 將切換

一些看門(mén)狗定時(shí)器不僅在WDI切換太晚時(shí)，而且在切換太快時(shí)警告微型，從而提供額外的安全性。上時(shí)間間隔和下時(shí)間間隔之間的差異稱為“看門(mén)狗窗口”。當(dāng)微執(zhí)行例程時(shí)，它通常會(huì)在代碼中的某個(gè)點(diǎn)設(shè)置一個(gè)標(biāo)志。在預(yù)設(shè)的時(shí)間間隔內(nèi)，它響應(yīng)中斷服務(wù)例程（ISR），該例程記錄是否已設(shè)置看門(mén)狗標(biāo)志，如果是，則向WDI發(fā)送脈沖。如果沒(méi)有，則假定微型已掛斷;也許執(zhí)行一個(gè)無(wú)限循環(huán)。微觀故障也可能意味著 ISR 執(zhí)行得太頻繁。

不錯(cuò)？好

無(wú)論看門(mén)狗定時(shí)器的功能如何，都存在無(wú)法通過(guò)復(fù)位來(lái)糾正的某些故障。例如，看門(mén)狗定時(shí)器無(wú)法防止或檢測(cè)損壞的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。除非損壞的數(shù)據(jù)影響程序流，否則不會(huì)發(fā)生監(jiān)視器超時(shí)。此外，應(yīng)該注意的是，看門(mén)狗定時(shí)器無(wú)法立即檢測(cè)到故障。根據(jù)定義，監(jiān)視程序計(jì)時(shí)器必須達(dá)到其超時(shí)間隔的末尾，然后才能重置處理器。顯然，在時(shí)間關(guān)鍵型應(yīng)用中，例如連續(xù)血糖監(jiān)測(cè)儀或胰島素泵，不能容忍延遲，看門(mén)狗定時(shí)器電路必須具有超控功能，如果微被困在無(wú)限循環(huán)中或開(kāi)始執(zhí)行損壞的數(shù)據(jù)，可以立即激活該功能。

拴著皮帶的看門(mén)狗

MAX16152和MAX16153（圖4）通過(guò)提供手動(dòng)復(fù)位（MR）輸入，允許外部按鈕或邏輯信號(hào)啟動(dòng)復(fù)位脈沖，從而解決這些問(wèn)題。RST和WDO作為漏極開(kāi)路輸出提供。

圖4.MAX16152/MAX16153的功能框圖

這些IC的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，它們還可以用作超低電流（典型值為400nA）監(jiān)控電路，以監(jiān)控單個(gè)系統(tǒng)電源電壓。每當(dāng) V抄送電源電壓大于最小工作電壓，但小于復(fù)位門(mén)限。電源電壓升至復(fù)位門(mén)限以上后，復(fù)位輸出在復(fù)位超時(shí)周期內(nèi)保持置位狀態(tài)，然后取消置位。復(fù)位電壓門(mén)限范圍為 1.50V 至 5.0V，增量約為 100mV。MAX16152采用纖巧的0.86mm x 1.27mm 6焊球WLP，MAX16153采用6引腳SOT23封裝。

對(duì)于不需要手動(dòng)復(fù)位的不太重要的應(yīng)用（例如個(gè)人計(jì)算設(shè)備），另外兩個(gè)系列型號(hào)MAX16154 （6焊球WLP）和MAX16155 （6引腳SOT23）提供了一個(gè)邏輯輸入（WD_EN）引腳，允許在系統(tǒng)微控制器處于“睡眠”模式或未執(zhí)行代碼時(shí)禁用看門(mén)狗功能。這可用于防止看門(mén)狗IC在這些時(shí)間內(nèi)不必要地向微控制器發(fā)送中斷（即喚醒）。

總結(jié)

在本設(shè)計(jì)解決方案中，我們回顧了看門(mén)狗定時(shí)器電路的功能和操作，并探討了它們的局限性。存儲(chǔ)器錯(cuò)誤和無(wú)限循環(huán)是看門(mén)狗定時(shí)器無(wú)法始終檢測(cè)和復(fù)位的兩個(gè)微控制器錯(cuò)誤。對(duì)于無(wú)法接受的應(yīng)用，使用可手動(dòng)復(fù)位的看門(mén)狗定時(shí)器非常重要。我們推出了一系列提供此選項(xiàng)的毫微功耗看門(mén)狗定時(shí)器IC，以及用作電源電壓監(jiān)控器的額外優(yōu)勢(shì)。極低的電流消耗和極小的封裝尺寸使這些IC非常適合多種電池供電應(yīng)用，包括便攜式計(jì)算、計(jì)量和醫(yī)療可穿戴設(shè)備。

審核編輯：郭婷