MCS51系列單片機(jī)軟件的抗干擾技術(shù)中的誤區(qū)介紹

單片機(jī)中存在這樣一種廣泛流傳的誤解：在MCS-51系列單片機(jī)中，只要用指令使程序從起始地址開始執(zhí)行，就可以復(fù)位單片機(jī)，擺脫干擾。通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)，揭示了軟件復(fù)位的可靠方法。

　　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(wú)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(lái)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(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)說(shuō)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(lái)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(jí)中斷子程序的工作情況，接于P1。2的發(fā)光二極管LED2用來(lái)表示高級(jí)中斷子程序的工作情況，接于P3。2口的按鈕用來(lái)設(shè)立干擾標(biāo)志，程序檢測(cè)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: LJMP MAIN 復(fù)位入口地址
LJMP PX0 按鈕中斷向量（低級(jí)中斷）
ORG 000BH
LJMP PT0 t0中斷向量（低級(jí)中斷）
ORG 001BH
LJMP PT1 T1中斷向量（高級(jí)中斷）
ORG 0030H
MAIN：
CLR EA
MOV SP，#7
MOV P1，#0FFH
MOV P3，#0FFH
MOV TMOD，#11H
CLR 00H 干擾標(biāo)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(fā)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(shè)立干擾標(biāo)志，模擬發(fā)生干擾
PT0: CPL P1.1 低級(jí)中斷程序發(fā)光二極管LED1閃爍
RETI
PT1: CPL P1.2 高級(jí)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(cè)，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 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(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: CPL P1.0
MOV 30H,#0 復(fù)位軟件WATCHDOG計(jì)數(shù)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(huán)。

　　T1中斷子程序修改如下：

PT1: CPL P1.2 高級(jí)中斷程序發(fā)光二極管閃爍
INC 30H
MOV A,30H
ADD A,#0FDH
JC ERR 達(dá)到3次否？
RETI
ERR: LJMP STAT 軟件WATCHDOG動(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(guò)程如下：主程序檢測(cè)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(guò)程中清除了干擾標(biāo)志（表示干擾已經(jīng)過(guò)去），使主程序迅速恢復(fù)工作。按理說(shuō)MAIN過(guò)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(jí)中斷響應(yīng)。由于軟件WATCHDOG是高級(jí)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: CPL P1.2 高級(jí)中斷程序發(fā)光二極管閃爍
INC 30H 軟件WATCHDOG計(jì)數(shù)器增值
MOV A,30H
ADD A,#0FD
JC ERR 達(dá)到3次否？
RETI
ERR: CLR EA 關(guān)中斷
CLR A 準(zhǔn)備復(fù)位地址（0000H）
PUSH ACC
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(jí)中斷子程序能迅速恢復(fù)正常，而低級(jí)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(jí)中斷中，則按下按鈕后低級(jí)中斷必然被關(guān)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(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(jí)中斷中起作用時(shí)，復(fù)位后只清除了高級(jí)中斷激活標(biāo)志，低級(jí)中斷標(biāo)志仍然被置位，從而使低級(jí)中斷一直被關(guān)閉。

　　5． 修改出錯(cuò)處理如下：

ERR: CLR EA 正確的軟件復(fù)位入口
MOV 66H,#0AAH 重建上電標(biāo)志
MOV 67H,#55H
MOV DPTR,#ERR1 準(zhǔn)備第一次返回地址
PUSH DPL
PUSH DPH
RETI 清除高級(jí)中斷激活標(biāo)志
ERR1: CLR A
PUSH ACC
PUSH ACC
RETI 清除低級(jí)中斷激活標(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才能達(dá)到目的。
NOP
NOP
LJMP STAT
改成：
NOP
NOP
LJMP ERR
　　
結(jié)論：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(guò)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。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明：只有LJMP ERR才能萬(wàn)無(wú)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(guò)程中，必須連續(xù)執(zhí)行兩次中斷返回指令RETI才能確保系統(tǒng)恢復(fù)正常。