看門狗計時器用于監視和最小化代碼執行錯誤。內部看門狗定時器容易受到代碼執行問題的影響，使得外部看門狗電路在防止系統鎖定方面非常寶貴。

本文檔有助于為不同類型的應用選擇正確的看門狗/監控產品時間，以及如何在沒有軟件代碼的情況下應用電路。

以前使用專用硬件實現的許多電路功能現在都在軟件中實現，部分原因是當今低成本微處理器（μP）的廣泛選擇。雖然軟件通常是解決問題的成本最低、最靈活的方法，但它迫使設計人員采取額外措施來確保系統可靠性。雖然沒有代碼錯誤的程序，但仔細的測試可以將錯誤數量減少到每 1000 行代碼 10 到 10 個。因此，設計人員必須期望在具有 000，<> 行代碼的典型控制軟件程序中至少出現 <> 個代碼錯誤。

導致系統崩潰的桌面應用程序軟件錯誤并不嚴重，因為用戶可以重新啟動系統，而只有輕微的數據丟失。但是，對于工業控制軟件，系統必須能夠在沒有人為干預的情況下從代碼錯誤中恢復。此功能對于兩個主要類別至關重要：具有高可用性的系統，例如服務器、電話系統和生產線;以及必須高度可靠的系統，因為碰撞可能導致受傷，例如汽車、醫療器械、工業控制、機器人和自動門。即使這些標準都不適用，也最好在沒有用戶干預（按復位或電源循環）的情況下進行系統崩潰/恢復。如果設備在沒有人為干預的情況下從錯誤中恢復，則此設備的感知質量良好，因為用戶不知道設備內部出了問題。實現這種改進的系統可靠性的一種簡單有效的方法是使用看門狗。

看門狗

監視器是必須在監視器超時期限內清除的計數器。如果未進行清除，監視器將生成重置以導致系統重新啟動或創建不可屏蔽中斷 （NMI），從而導致程序分支進入故障恢復子例程。大多數看門狗都是邊緣觸發的。因此，看門狗輸入 （WDI） 上的上升沿或下降沿將清除計數器。WDI 引腳連接到處理器 I/O 引腳，該引腳由軟件切換（圖 1）。

圖1.微處理器通過WDI引腳上的脈沖清除看門狗定時器，以防止復位。

清除看門狗計數器的命令必須發生在主程序循環中（圖2）。如果未清除監視程序，則進行重置，軟件分支到地址 0000（啟動例程）。計算執行主循環所需的時間通常很困難，因為可能會調用許多子例程，具體取決于系統的輸入。因此，設計人員通常選擇比最長測量或計算的環路時間長得多的看門狗超時。

圖2.該圖顯示了在主循環中生成WDI信號的典型程序流程。

圖3顯示了正常操作時的看門狗和復位信號（看門狗在超時期限內清除）。在圖4中，看門狗計數器達到超時后生成復位。行業標準看門狗電路的超時范圍為100ms至2s，盡管有可調和定制的看門狗覆蓋更寬的范圍（30ms至分鐘）。如果主環路的執行時間對于看門狗來說太長，設計人員可以在主環路的不同部分實現多個看門狗切換命令，或使用超時更長的設備。

圖3.如果WDI引腳始終在看門狗超時內切換，則不會生成復位。

圖4.一旦看門狗計數器達到超時值，就會生成復位。

防止系統卡在寄生環路中的一種技術是在主環路開始時將相關I/O引腳設置為高電平，并在主環路的另一部分將其設置為低電平。如果軟件在主環路開始時卡在寄生環路中，則看門狗超時，系統恢復，因為WDI保持高電平（圖5）。如果使用低-高-低脈沖（如圖2所示），看門狗將被清除，但系統將保持卡住狀態。對于具有需要監視的多個任務的程序，可能需要更復雜的方案。每個任務設置一個標志，只有在設置了所有標志時，才會切換監視器。所有任務的持續時間必須短于監視器超時期限。與實際程序相比，圖 2 和圖 5 可能看起來很簡單，但它們說明了相關概念。還應監視更復雜的系統中的其他潛在問題，例如內存泄漏和堆棧溢出。這超出了本文的范圍，但通常通過使用合適的設計過程、執行仔細的代碼審查和使用專門的軟件工具來完成。

圖5.改進的程序流程具有兩個獨立的看門狗切換命令，這些命令在 WDI 引腳上生成上升沿和下降沿信號。這可以防止程序卡在寄生循環中。

內部與外部看門狗

許多μP具有集成的可編程看門狗，可在軟件控制下禁用。內部看門狗容易出現代碼錯誤，因此不能提供與獨立外部看門狗相同的保護。對于安全關鍵型應用（即自動門、醫療設備、機器人），內部看門狗是不可接受的。監管機構要求使用單獨的外部監管機構。因此，最好使用外部看門狗來降低關鍵系統故障的風險。

簡單的看門狗加復位

由于看門狗超時通常會復位系統，因此大多數看門狗都集成了μP復位功能，該復位器還監視處理器電源電壓。復位由看門狗或欠壓條件激活。圖823所示的MAX825-MAX6系列結合了這兩種功能，提供標準復位電壓、一個標稱看門狗、一個復位超時，電流消耗僅為6μA。這些器件采用超小型SC70封裝。

圖6.MAX823-MAX825系列集成了兩種常用功能：看門狗和復位。

工廠預設看門狗系列

MAX6316-MAX6322系列提供26路工廠預設復位電壓、1路標稱看門狗和<>路標稱復位超時以及<>種輸出配置（見表<>）。

電容可調看門狗

如果應用需要靈活的看門狗超時，設計人員可以使用可調電路。MAX6746-MAX6753系列提供工廠預設或分壓器可編程復位電壓，以及看門狗和復位超時的外部電容調整。圖7顯示了一個典型的工作電路，其中：

復位電壓由分壓器R1/R2確定，

復位超時由電容決定，以設置復位超時（C.SRT），和

看門狗超時由電容器設置，以設置看門狗超時（C斯威特).

圖7.圖中給出了電容可調看門狗系列MAX6346-MAX6353的典型應用電路。

圖 8 顯示了 C 的看門狗超時范圍斯威特值從 100pF 到 100nF。憑借如此廣泛的看門狗超時范圍，設計人員可以為任何應用提供解決方案。MAX6301-MAX6304系列與MAX6746-MAX6753系列具有基本相同的特性，但提供SO和DIP封裝。

圖8.此圖顯示了各種可用的看門狗超時。

引腳可選看門狗，具有更長的啟動/超時

如果啟動例程很長（參見圖 2），則需要具有兩種不同超時的看門狗：較長的初始超時和較短的正常操作超時。MAX6369-MAX6374系列具有引腳可編程的啟動延遲，可選擇200ms至60s，看門狗超時范圍為30ms至60s。某些版本提供看門狗的首次邊緣激活，為更長的啟動例程提供解決方案。對于這些芯片，看門狗在啟動期間被禁用，并由μP相關I/O引腳的第一個邊沿激活。

具有多個電源電壓的看門狗

對于雙電源系統，MAX6358-MAX6360系列可以 監視兩個標準電壓，并提供具有長啟動和正常超時的看門狗。對于具有三路電源電壓或同時需要高電平有效和低電平有效復位功能的系統，設計人員可以使用MAX6721-MAX6729系列。這些器件具有雙模式看門狗，具有較長的啟動時間以及正常的超時。它們可監測兩個標準電源電壓（MAX6721-MAX6722）或兩個標準電源電壓加第三個可調電源電壓（MAX6723-MAX6724）。這些器件提供手動復位輸入、電源失效比較器、雙復位輸出以及復位和/復位輸出。

具有超高可靠性的窗口看門狗

為實現超高可靠性，設計人員可以使用MAX6323/MAX6324窗口看門狗。對于這些器件，看門狗的脈沖清除必須在明確指定的時間窗口內發生。有效脈沖可能最早在最后一個脈沖后1.5ms到達，也可能在最后一個脈沖后10ms到達（有關其他范圍，請參見表1）。利用MAX6323/MAX6324，系統從寄生環路中恢復，如果清除看門狗命令在環路內，可以產生快速脈沖序列。這些脈沖將清除正常的看門狗，并且不會產生復位。使用窗口看門狗可以避免這種情況，因為它們需要看門狗脈沖之間的最小延遲。這些器件的典型應用是防抱死制動系統或其他汽車電路、高安全要求的工業和醫療應用，或系統可用性至關重要的應用。

結論

由于每個軟件程序都有代碼錯誤，設計人員必須確保系統不會鎖定。噪聲和EMI也會影響系統中的數據，并導致不可預測的系統行為。看門狗是提高系統可靠性的一種簡單、廉價的方法。外部看門狗可防止系統卡住，并在看門狗超時期限內未切換WDI時復位μP。由于當今的看門狗種類繁多，設計人員一定會找到符合器件要求的器件。

審核編輯：郭婷