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標題: 單片機軟件抗干擾的誤區 [打印本頁]

作者: 51黑plc 時間: 2016-3-10 18:18
標題: 單片機軟件抗干擾的誤區
單片機中存在這樣一種廣泛流傳的誤解：在MCS-51系列單片機中，只要用指令使程序從起始地址開始執行，就可以復位單片機，擺脫干擾。通過一個簡單的實驗，揭示了軟件復位的可靠方法。
有的單片機(如8098)有專門的復位指令，某些增強型MCS-51系統單片機雖然沒有復位指令，但片內集成了WATCHDOG電路，故抗干擾也不成問題。而普及型MCS-51系列單片機(如8031和8032)既然無復位指令，又不帶硬件WATCHDOS，如果沒有外接硬件WATCHDOG電路，就必須采用軟件抗干擾技術。常用的軟件抗干擾技術有：軟件陷阱、指令冗余、軟件WATCHDOG等，它們的作用是在系統受干擾時能及時發現，再用軟件的方法使系統復位。所謂軟件復位就是用一系列指令來模仿復位操作，這就是MCS-51系列單片機所特有的軟件復位技術。
現用一簡單的實驗說明，實驗電路如附圖所示。接于仿真插座P1.0的發光二極管LED0用來表示主程序的工作情況，接于P1。1的發光二極管LED1用于表示低級中斷子程序的工作情況，接于P1。2的發光二極管LED2用來表示高級中斷子程序的工作情況，接于P3。2口的按鈕用來設立干擾標志，程序檢測到干擾標志后故意進入死循環或掉進陷井，模仿受干擾的情況，從而檢驗各種復位方法的實際效果。寮驗初始化程序如下：

ORG 0000H

STAT: LJMP MAIN 復位入口地址
LJMP PX0 按鈕中斷向量(低級中斷)

ORG 000BH
LJMP PT0 t0中斷向量(低級中斷)
ORG 001BH
LJMP PT1 T1中斷向量(高級中斷)
ORG 0030H

MAIN：

CLR EA
MOV SP，#7
MOV P1，#0FFH

MOV P3，#0FFH

MOV TMOD，#11H

CLR 00H 干擾標志初始化

SETB ET0

SETB ET1

SETB EX0

SETB PT1
SETB TR0

SETB TR1
SETB EA
LOOP: CPL P1.0 主程序發光二極管LED閃爍

MOV R6,#80H

MOV R7,#0
TT1:
DJNZ R7,TT1
DJNZ R6,TT1
SJMP LOOP

PX0:

SETB 00H 設立干擾標志，模擬發生干擾
PT0: CPL P1.1 低級中斷程序發光二極管LED1閃爍

RETI
PT1: CPL P1.2 高級中斷程序發光二極管LED2閃爍
RETI
END
實驗步驟如下：
1. 按上述程序啟動執行，三個發光二極管都應閃爍(否則應先排除故障)，表示主程序和各中斷子程序正常。因模擬干擾標志未加檢測，故不受按鈕影響。

2. 修改主程序如下，按下按鈕后主程序即掉入死循環中。

LOOP: CPL P1.0

MOV R6,#80H

MOV R7,#0H

TT1: DJNZ R7,TT1
DJNZ R6,TT1
JNB 00H,LOOP 受干擾否?
STOP： LJMP STOP 掉入死循環。
這時可以看到，主程序停止工作(LED0停止閃爍)，而兩個中斷子程序繼續運行(LED1和LED2繼續閃爍)。
3. 將定時器T1妝作軟件WATCHDOG，將30H單元用作軟件WATCHDOG計數器。主程序中加入一條復位軟件WATCHDOG的指令。

LOOP: CPL P1.0

MOV 30H,#0 復位軟件WATCHDOG計數器

LOOP: CPL P1.0

MOV R6,#80H
MOV R7,#0H

TT1: DJNZ R7,TT1

DJNZ R6,TT1

JNB 00H,LOOP 受干擾否?
STOP： LJMP STOP 掉入死循環。

T1中斷子程序修改如下：

PT1: CPL P1.2 高級中斷程序發光二極管閃爍

INC 30H

MOV A,30H
ADD A,#0FDH

JC ERR 達到3次否?
RETI

ERR: LJMP STAT 軟件WATCHDOG動作


當按下按鈕前，程序正常運行(三個LED全閃)。按下按鈕后，主程序能迅速恢復工作，但兩個中斷子程序被封鎖，不再工作。過程如下：主程序檢測到干擾后進入死循環，不能執行復位30H單元的操作，T1中斷使30H不斷增值，計數到3時，軟件WATCHDOG執行動作，執行一條LJMP指令，使程序從頭執行。MAIN過程中清除了干擾標志(表示干擾已經過去)，使主程序迅速恢復工作。按理說MAIN過程中也重新設定了各個中斷，并開放了它們，為什么中斷不能恢復工作呢?這是因為中斷激活標志的復位工作被遺忘了，因為它沒有明確的位地址可供編程，直接轉向0000H地址并不能完成真正的復位。軟件復位是使用軟件陷井和軟件WATCHDOG后必須進行的工作，這時程序出錯完全有可能發生中斷子程序中，中斷激活標志已置位，它將阻止同級中斷響應。由于軟件WATCHDOG是高級中斷，它將阻止所有中斷響應。由此可見，清除中斷激活標志的得要性，很多文獻的作者回為沒有認識到這一點進入誤區。

4. 在所有指令中，只有RETI指令能清除中斷激活標志。出錯處理程序ERR主要是完成這一功能，其它的善后工作交由復位后的系統去完成。為此，我們重新設計T1中斷子程序如下所示：

PT1: CPL P1.2 高級中斷程序發光二極管閃爍
INC 30H 軟件WATCHDOG計數器增值

MOV A,30H
ADD A,#0FD
JC ERR 達到3次否?
RETI
ERR: CLR EA 關中斷

CLR A 準備復位地址(0000H)

PUSH ACC

PUSH ACC

RETI 清除中斷激活標志并復位
這段程序先關中斷，以便后續處理能順利進行，然后用RETI指令替代LJMP指令，從而既清除了中斷激活標志又完成了轉向0000H的任務。按這樣改好后程序再運行，結果仍不理想：按下按鈕后，有時只有主程序和高級中斷子程序能迅速恢復正常，而低級中斷仍有被關閉的可能。如果按如下方法把干擾轉移到低級中斷中，則按下按鈕后低級中斷必然被關閉：
LOOP: CPL P1.0

MOV R6,#80H

MOV R7,#0H

TT1: DJNZ R7,TT1
DJNZ R6,TT1

SJMP LOOP

PT0: CPL P1.1

JB 00H,STOP
RETI

STOP： LJMP STOP 掉入死循環。
仔細分析后可能得出結論：當軟件WATCHDOG是嵌套在低級中斷中起作用時，復位后只清除了高級中斷激活標志，低級中斷標志仍然被置位，從而使低級中斷一直被關閉。

5. 修改出錯處理如下：

ERR: CLR EA 正確的軟件復位入口

MOV 66H,#0AAH 重建上電標志

MOV 67H,#55H
MOV DPTR,#ERR1 準備第一次返回地址
PUSH DPL
PUSH DPH
RETI 清除高級中斷激活標志

ERR1: CLR A
PUSH ACC
PUSH ACC
RETI 清除低級中斷激活標志

這時，必須執行兩次RETI，才能到達0000H，以保證清除全部中斷激活標志，達到和硬件復位相同的效果。同樣，軟件陷井也必須由下列三條指令才能達到目的。

NOP
NOP
LJMP STAT

改成：
NOP
NOP

LJMP ERR

結論：當主程序受到干擾被軟件陷阱捕獲時，中斷標志并未置位，執行ERR過程中，RETI指令等效于RET指令，同樣可以達到軟件復位的目的。實驗結果證明：只有LJMP ERR才能萬無一失地實現軟件復位，使系統擺脫干擾同，恢復正常。在MCS-51單片機的軟件復位過程中，必須連續執行兩次中斷返回指令RETI才能確保系統恢復正常。

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