MCS51系列單片機(jī)軟件復(fù)位的方法

有的單片機(jī)（如８０９８）有專門的復(fù)位指令，某些增強(qiáng)型ＭＣＳ－５１系統(tǒng)單片機(jī)雖然沒有復(fù)位指令，但片內(nèi)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(jī)（如８０３１和８０３２）既然無復(fù)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(shù)。常用的軟件抗干擾技術(shù)有：軟件陷阱、指令冗余、軟件ＷＡＴＣＨＤＯＧ等，它們的作用是在系統(tǒng)受干擾時(shí)能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，再用軟件的方法使系統(tǒng)復(fù)位。所謂軟件復(fù)位就是用一系列指令來模仿復(fù)位操作，這就是ＭＣＳ－５１系列單片機(jī)所特有的軟件復(fù)位技術(shù)。

現(xiàn)用一簡單的實(shí)驗(yàn)說明，實(shí)驗(yàn)電路如附圖所示。接于仿真插座Ｐ１．０的發(fā)光二極管ＬＥＤ０用來表示主程序的工作情況，接于Ｐ１。１的發(fā)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(fā)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(shè)立干擾標(biāo)志，程序檢測到干擾標(biāo)志后故意進(jìn)入死循環(huán)或掉進(jìn)陷井，模仿受干擾的情況，從而檢驗(yàn)各種復(fù)位方法的實(shí)際效果。寮驗(yàn)初始化程序如下：

ＯＲＧ　００００Ｈ

ＳＴＡＴ：?。蹋剩停小。停粒桑巍?；復(fù)位入口地址

ＬＪＭＰ?。校兀啊?；按鈕中斷向量（低級中斷）

ＯＲＧ　０００ＢＨ

ＬＪＭＰ?。校裕啊?；ｔ０中斷向量（低級中斷）

ＯＲＧ?。埃埃保拢?/p>

ＬＪＭＰ?。校裕薄?；Ｔ１中斷向量（高級中斷）

ＯＲＧ　００３０Ｈ

ＭＡＩＮ：

ＣＬＲ　ＥＡ

ＭＯＶ　ＳＰ，＃７

ＭＯＶ?。校?，＃０ＦＦＨ

ＭＯＶ　Ｐ３，＃０ＦＦＨ

ＭＯＶ　ＴＭＯＤ，＃１１Ｈ

ＣＬＲ?。埃埃取。桓蓴_標(biāo)志初始化

ＳＥＴＢ?。牛裕?/p>

ＳＥＴＢ　ＥＴ１

ＳＥＴＢ?。牛兀?/p>

ＳＥＴＢ?。校裕?/p>

ＳＥＴＢ　ＴＲ０

ＳＥＴＢ　ＴＲ１

ＳＥＴＢ?。牛?/p>

ＬＯＯＰ：　ＣＰＬ?。校保啊。恢鞒绦虬l(fā)光二極管ＬＥＤ閃爍

ＭＯＶ?。遥叮＃福埃?/p>

ＭＯＶ?。遥?，＃０

ＴＴ１：

ＤＪＮＺ?。遥罚裕裕?/p>

ＤＪＮＺ?。遥叮裕裕?/p>

ＳＪＭＰ?。蹋希希?/p>

ＰＸ０：

ＳＥＴＢ?。埃埃取?；設(shè)立干擾標(biāo)志，模擬發(fā)生干擾

ＰＴ０：?。茫校獭。校保薄。坏图壷袛喑绦虬l(fā)光二極管ＬＥＤ１閃爍

ＲＥＴＩ

ＰＴ１：?。茫校獭。校保病?；高級中斷程序發(fā)光二極管ＬＥＤ２閃爍

ＲＥＴＩ

ＥＮＤ

實(shí)驗(yàn)步驟如下：

１．　按上述程序啟動(dòng)執(zhí)行，三個(gè)發(fā)光二極管都應(yīng)閃爍（否則應(yīng)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(biāo)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(huán)中。

ＬＯＯＰ：　ＣＰＬ?。校保?/p>

ＭＯＶ?。遥?，＃８０Ｈ

ＭＯＶ?。遥?，＃０Ｈ

ＴＴ１：?。模剩危凇。遥罚裕裕?/p>

ＤＪＮＺ?。遥?，ＴＴ１

ＪＮＢ　００Ｈ，ＬＯＯＰ　；受干擾否？

ＳＴＯＰ：?。蹋剩停小。樱裕希小?；掉入死循環(huán)。

這時(shí)可以看到，主程序停止工作（ＬＥＤ０停止閃爍），而兩個(gè)中斷子程序繼續(xù)運(yùn)行（ＬＥＤ１和ＬＥＤ２繼續(xù)閃爍）。

３．　將定時(shí)器Ｔ１妝作軟件ＷＡＴＣＨＤＯＧ，將３０Ｈ單元用作軟件ＷＡＴＣＨＤＯＧ計(jì)數(shù)器。主程序中加入一條復(fù)位軟件ＷＡＴＣＨＤＯＧ的指令。

ＬＯＯＰ：?。茫校獭。校保?/p>

ＭＯＶ?。常埃?，＃０??；復(fù)位軟件ＷＡＴＣＨＤＯＧ計(jì)數(shù)器

ＬＯＯＰ：?。茫校獭。校保?/p>

ＭＯＶ?。遥?，＃８０Ｈ

ＭＯＶ　Ｒ７，＃０Ｈ

ＴＴ１：　ＤＪＮＺ?。遥?，ＴＴ１

ＤＪＮＺ?。遥?，ＴＴ１

ＪＮＢ?。埃埃?，ＬＯＯＰ?。皇芨蓴_否？

ＳＴＯＰ：?。蹋剩停小。樱裕希小。坏羧胨姥h(huán)。

Ｔ１中斷子程序修改如下：

ＰＴ１：　ＣＰＬ?。校保病?；高級中斷程序發(fā)光二極管閃爍

ＩＮＣ　３０Ｈ

ＭＯＶ?。粒常埃?/p>

ＡＤＤ?。?，＃０ＦＤＨ

ＪＣ?。牛遥摇?；達(dá)到３次否？

ＲＥＴＩ

ＥＲＲ：?。蹋剩停小。樱裕粒浴。卉浖祝粒裕茫龋模希莿?dòng)作

當(dāng)按下按鈕前，程序正常運(yùn)行（三個(gè)ＬＥＤ全閃）。按下按鈕后，主程序能迅速恢復(fù)工作，但兩個(gè)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(jìn)入死循環(huán)，不能執(zhí)行復(fù)位３０Ｈ單元的操作，Ｔ１中斷使３０Ｈ不斷增值，計(jì)數(shù)到３時(shí)，軟件ＷＡＴＣＨＤＯＧ執(zhí)行動(dòng)作，執(zhí)行一條ＬＪＭＰ指令，使程序從頭執(zhí)行。ＭＡＩＮ過程中清除了干擾標(biāo)志（表示干擾已經(jīng)過去），使主程序迅速恢復(fù)工作。按理說ＭＡＩＮ過程中也重新設(shè)定了各個(gè)中斷，并開放了它們，為什么中斷不能恢復(fù)工作呢？這是因?yàn)橹袛嗉せ顦?biāo)志的復(fù)位工作被遺忘了，因?yàn)樗鼪]有明確的位地址可供編程，直接轉(zhuǎn)向００００Ｈ地址并不能完成真正的復(fù)位。軟件復(fù)位是使用軟件陷井和軟件ＷＡＴＣＨＤＯＧ后必須進(jìn)行的工作，這時(shí)程序出錯(cuò)完全有可能發(fā)生中斷子程序中，中斷激活標(biāo)志已置位，它將阻止同級中斷響應(yīng)。由于軟件ＷＡＴＣＨＤＯＧ是高級中斷，它將阻止所有中斷響應(yīng)。由此可見，清除中斷激活標(biāo)志的得要性，很多文獻(xiàn)的作者回為沒有認(rèn)識(shí)到這一點(diǎn)進(jìn)入誤區(qū)。

４．　在所有指令中，只有ＲＥＴＩ指令能清除中斷激活標(biāo)志。出錯(cuò)處理程序ＥＲＲ主要是完成這一功能，其它的善后工作交由復(fù)位后的系統(tǒng)去完成。為此，我們重新設(shè)計(jì)Ｔ１中斷子程序如下所示：

ＰＴ１：?。茫校獭。校保病?；高級中斷程序發(fā)光二極管閃爍

ＩＮＣ?。常埃取?；軟件ＷＡＴＣＨＤＯＧ計(jì)數(shù)器增值

ＭＯＶ　Ａ，３０Ｈ

ＡＤＤ?。?，＃０ＦＤ

ＪＣ　ＥＲＲ??；達(dá)到３次否？

ＲＥＴＩ

ＥＲＲ：?。茫蹋摇。牛痢?；關(guān)中斷

ＣＬＲ　Ａ??；準(zhǔn)備復(fù)位地址（００００Ｈ）

ＰＵＳＨ?。粒茫?/p>

ＰＵＳＨ　ＡＣＣ

ＲＥＴＩ??；清除中斷激活標(biāo)志并復(fù)位

這段程序先關(guān)中斷，以便后續(xù)處理能順利進(jìn)行，然后用ＲＥＴＩ指令替代ＬＪＭＰ指令，從而既清除了中斷激活標(biāo)志又完成了轉(zhuǎn)向００００Ｈ的任務(wù)。按這樣改好后程序再運(yùn)行，結(jié)果仍不理想：按下按鈕后，有時(shí)只有主程序和高級中斷子程序能迅速恢復(fù)正常，而低級中斷仍有被關(guān)閉的可能。如果按如下方法把干擾轉(zhuǎn)移到低級中斷中，則按下按鈕后低級中斷必然被關(guān)閉：

ＬＯＯＰ：?。茫校獭。校保?/p>

ＭＯＶ　Ｒ６，＃８０Ｈ

ＭＯＶ?。遥?，＃０Ｈ

ＴＴ１：?。模剩危凇。遥?，ＴＴ１

ＤＪＮＺ?。遥?，ＴＴ１

ＳＪＭＰ　ＬＯＯＰ

ＰＴ０：?。茫校獭。校保?/p>

ＪＢ　００Ｈ，ＳＴＯＰ

ＲＥＴＩ

ＳＴＯＰ：?。蹋剩停小。樱裕希小?；掉入死循環(huán)。

仔細(xì)分析后可能得出結(jié)論：當(dāng)軟件ＷＡＴＣＨＤＯＧ是嵌套在低級中斷中起作用時(shí)，復(fù)位后只清除了高級中斷激活標(biāo)志，低級中斷標(biāo)志仍然被置位，從而使低級中斷一直被關(guān)閉。

５．　修改出錯(cuò)處理如下：

ＥＲＲ：　ＣＬＲ?。牛痢?；正確的軟件復(fù)位入口

ＭＯＶ?。叮叮?，＃０ＡＡＨ??；重建上電標(biāo)志

ＭＯＶ?。叮罚?，＃５５Ｈ

ＭＯＶ?。模校裕遥＃牛遥遥薄?；準(zhǔn)備第一次返回地址

ＰＵＳＨ?。模校?/p>

ＰＵＳＨ　ＤＰＨ

ＲＥＴＩ??；清除高級中斷激活標(biāo)志

ＥＲＲ１：?。茫蹋摇。?/p>

ＰＵＳＨ?。粒茫?/p>

ＰＵＳＨ?。粒茫?/p>

ＲＥＴＩ?。磺宄图壷袛嗉せ顦?biāo)志

這時(shí)，必須執(zhí)行兩次ＲＥＴＩ，才能到達(dá)００００Ｈ，以保證清除全部中斷激活標(biāo)志，達(dá)到和硬件復(fù)位相同的效果。同樣，軟件陷井也必須由下列三條指令

ＮＯＰ

ＮＯＰ

ＬＪＭＰ　ＳＴＡＴ

改成：

ＮＯＰ

ＮＯＰ

ＬＪＭＰ?。牛遥?/p>

才能達(dá)到目的。

當(dāng)主程序受到干擾被軟件陷阱捕獲時(shí)，中斷標(biāo)志并未置位，執(zhí)行ＥＲＲ過程中，ＲＥＴＩ指令等效于ＲＥＴ指令，同樣可以達(dá)到軟件復(fù)位的目的。有興趣的讀者可以將軟件陷阱代替死循環(huán)，分別用ＬＪＭＰ?。樱裕粒院停蹋剩停小。牛遥遥眮硖娲蹋剩停小。牛遥?，再將干擾檢測分別設(shè)在低級中斷和主程序中，實(shí)驗(yàn)結(jié)果必然證明同：只有ＬＪＭＰ?。牛遥也拍苋f無一失地實(shí)現(xiàn)軟件復(fù)位，使系統(tǒng)擺脫干擾同，恢復(fù)正常。在ＭＣＳ－５１單片機(jī)的軟件復(fù)位過程中，必須連續(xù)執(zhí)行兩次中斷返回指令ＲＥＴＩ。