摘要:文章指出了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(méi)有復(fù)位指令,但片內(nèi)集成了WATCHDOG電路,故抗干擾也不成問(wèn)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(méi)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。初始化程序如下:
ORG 0000H
STAT: LJMP MAIN ;復(fù)位入口地址
ORG 0003H
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LED0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
RETI
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用作軟件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
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](méi)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)位是使用軟件陷阱和軟件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)生在中斷子程序中,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)志的重要性,很多文獻(xiàn)的作者因?yàn)闆](méi)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