【干货】STM32通过ADC模拟看门狗实现掉电保存

1.前言

        很多时候我们需要将程序中的一些参数、数据等存储在EEPROM或者Flash中，达到掉电保存的目的。但有些情况下，程序需要频繁的修改这些参数，如果每次修改参数都进行一次保存，那将大大降低存储器的寿命。尤其是单片机内部Flash，以STM32F030K6T6为例，擦写寿命只有1000次。当然，这是最小值，实际可能比这个多，但也是有风险。

        因此，最好的办法就是在程序运行中不进行保存操作，只在断电时保存一次。

        掉电保存的关键是怎样检测掉电瞬间，方法有很多种：

1. 通过外部电路检测电源，触发IO中断。
2. 通过单片机的PVD(可编程电压检测器) 中断检测。
3. 通过ADC看门狗中断检测。

        不管那种方式，一般都是通过中断来实现，主要是为了快速响应。

        今天主要介绍第三种方式，通过ADC看门狗实现掉电保存。

2.硬件设计

2.1掉电时间

        掉电保存的前提是断电后电源电压是缓慢下降的，这样才有足够的时间去检测掉电并保存数据。因此，电源上必须有个大电容，保证电源断开后能继续给单片机供电。

        具体需要维持多长时间，要看存储器的擦写周期。以STM32F030K6T6的内部存储器为例，擦除一页需要30ms，写入一个16位数据需要53.5us。根据实际需要擦除和写入的数据多少来计算至少需要多少时间。

        还需要关注一个参数，编程电压。在用示波器测量掉电时的波形时，测量出从断电瞬间到电压降低到2.4V时的时间，该时间大于总的数据擦写的时间即可。当然要留有一定裕量。如果时间不够，就要加大电容了。

2.2ADC检测

       ADC检测掉电的方式有两种，一种是通过某个通道直接采集电源电压（或者分压后采集），另一种是采集内部参考电压Vrefint来判断电源电压。

        第一种方式很好理解，采样值就代表电源电压，可以直接去触发ADC的看门狗中断。

        第二种方式由于内部参考电压是不变的，STM32F030是1.23V，有一定误差。当电源电压变化时，ADC采集的参考电压会发生变化，因此也可以判断通过这个变化触发看门狗中断。这里有个前提，即单片机的VREF引脚或AVDD引脚就是要检测的电源电压。

3.软件设计

        首先打开STM32CubeMx，配置一下ADC，如下。

        首先需要使能Vrefint Channel，如果需要其它通道也可以使能。

        其次需要使能ADC的看门狗，看门狗通道选择Vrefint，设置一下高/低门限值，使能看门狗中断模式，同时ADC的中断也要打开。

        这里的高/低门限是指，当ADC的采样值大于高门限或小于低门限时，ADC的看门狗中断将被触发。

        如果是用于掉电检测，只要关心高门限就行。正常时ADC采样值=1.23*4096/3.3，大约是1526左右，由于Vrefint和电源电压都有误差，所以只是个大概。如果我们将掉电电压检测值设为3.1V，那对应的ADC看门狗的高门限值应为1.23*4096/3.1，约1625左右。

        生成代码后，在初始化完成启动ADC采样，如下：

uint32_t adc_buf;
 
HAL_ADCEx_Calibration_Start(&hadc);
HAL_Delay(100);
HAL_ADC_Start_DMA(&hadc,(uint32_t*)&adc_buf,1);

        然后再ADC的中断中添加保存数据的程序即。

void ADC1_IRQHandler(void)
{
  /* USER CODE BEGIN ADC1_IRQn 0 */
  /* USER CODE END ADC1_IRQn 0 */
  HAL_ADC_IRQHandler(&hadc);
  /* USER CODE BEGIN ADC1_IRQn 1 */
  Save_Param();  //保存参数
  while(1);
  /* USER CODE END ADC1_IRQn 1 */
}

        这里有两点需要注意：

        一是在中断中先关闭功耗较大的外设，比如液晶背光、数码管等。使断电时电源电压下降不至于太快。

        二是在保存数据后关闭看门狗中断，或者直接死循环（因为已经断电，也不需要执行其它程序了）。这样做主要是为了防止电压下降的太慢，多次触发看门狗中断，导致最后一次写入错误。