MCS51系列單片機(jī)軟件復(fù)位的方法-基礎(chǔ)電子

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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(jiǎn)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(jí)中斷子程序的工作情況，接于Ｐ１。２的發(fā)光二極管ＬＥＤ２用來表示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(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：

ＯＲＧ００００Ｈ

ＳＴＡＴ：ＬＪＭＰＭＡＩＮ；復(fù)位入口地址

ＬＪＭＰＰＸ０；按鈕中斷向量（低級(jí)中斷）

ＯＲＧ０００ＢＨ

ＬＪＭＰＰＴ０；ｔ０中斷向量（低級(jí)中斷）

ＯＲＧ００１ＢＨ

ＬＪＭＰＰＴ１；Ｔ１中斷向量（中斷）

ＯＲＧ００３０Ｈ

ＭＡＩＮ：

ＣＬＲＥＡ

ＭＯＶＳＰ，＃７

ＭＯＶＰ１，＃０ＦＦＨ

ＭＯＶＰ３，＃０ＦＦＨ

ＭＯＶＴＭＯＤ，＃１１Ｈ

ＣＬＲ００Ｈ；干擾標(biāo)志初始化

ＳＥＴＢＥＴ０

ＳＥＴＢＥＴ１

ＳＥＴＢＥＸ０

ＳＥＴＢＰＴ１

ＳＥＴＢＴＲ０

ＳＥＴＢＴＲ１

ＳＥＴＢＥＡ

ＬＯＯＰ：ＣＰＬＰ１．０；主程序發(fā)光二極管ＬＥＤ閃爍

ＭＯＶＲ６，＃８０Ｈ

ＭＯＶＲ７，＃０

ＴＴ１：

ＤＪＮＺＲ７，ＴＴ１

ＤＪＮＺＲ６，ＴＴ１

ＳＪＭＰＬＯＯＰ

ＰＸ０：

ＳＥＴＢ００Ｈ；設(shè)立干擾標(biāo)志，模擬發(fā)生干擾

ＰＴ０：ＣＰＬＰ１．１；低級(jí)中斷程序發(fā)光二極管ＬＥＤ１閃爍

ＲＥＴＩ

ＰＴ１：ＣＰＬＰ１．２；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：ＣＰＬＰ１．０

ＭＯＶＲ６，＃８０Ｈ

ＭＯＶＲ７，＃０Ｈ

ＴＴ１：ＤＪＮＺＲ７，ＴＴ１

ＤＪＮＺＲ６，ＴＴ１

ＪＮＢ００Ｈ，ＬＯＯＰ；受干擾否？

ＳＴＯＰ：ＬＪＭＰＳＴＯＰ；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：ＣＰＬＰ１．０

ＭＯＶ３０Ｈ，＃０；復(fù)位軟件ＷＡＴＣＨＤＯＧ計(jì)數(shù)器

ＬＯＯＰ：ＣＰＬＰ１．０

ＭＯＶＲ６，＃８０Ｈ

ＭＯＶＲ７，＃０Ｈ

ＴＴ１：ＤＪＮＺＲ７，ＴＴ１

ＤＪＮＺＲ６，ＴＴ１

ＪＮＢ００Ｈ，ＬＯＯＰ；受干擾否？

ＳＴＯＰ：ＬＪＭＰＳＴＯＰ；掉入死循環(huán)。

Ｔ１中斷子程序修改如下：

ＰＴ１：ＣＰＬＰ１．２；中斷程序發(fā)光二極管閃爍

ＩＮＣ３０Ｈ

ＭＯＶＡ，３０Ｈ

ＡＤＤＡ，＃０ＦＤＨ

ＪＣＥＲＲ；達(dá)到３次否？

ＲＥＴＩ

ＥＲＲ：ＬＪＭＰＳＴＡＴ；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(jí)中斷響應(yīng)。由于軟件ＷＡＴＣＨＤＯＧ是中斷，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：ＣＰＬＰ１．２；中斷程序發(fā)光二極管閃爍

ＩＮＣ３０Ｈ；軟件ＷＡＴＣＨＤＯＧ計(jì)數(shù)器增值

ＭＯＶＡ，３０Ｈ

ＡＤＤＡ，＃０ＦＤ

ＪＣＥＲＲ；達(dá)到３次否？

ＲＥＴＩ

ＥＲＲ：ＣＬＲＥＡ；關(guān)中斷

ＣＬＲＡ；準(zhǔn)備復(fù)位地址（００００Ｈ）

ＰＵＳＨＡＣＣ

ＰＵＳＨＡＣＣ

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：ＣＰＬＰ１．０

ＭＯＶＲ６，＃８０Ｈ

ＭＯＶＲ７，＃０Ｈ

ＴＴ１：ＤＪＮＺＲ７，ＴＴ１

ＤＪＮＺＲ６，ＴＴ１

ＳＪＭＰＬＯＯＰ

ＰＴ０：ＣＰＬＰ１．１

ＪＢ００Ｈ，ＳＴＯＰ

ＲＥＴＩ

ＳＴＯＰ：ＬＪＭＰＳＴＯＰ；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：ＣＬＲＥＡ；正確的軟件復(fù)位入口

ＭＯＶ６６Ｈ，＃０ＡＡＨ；重建上電標(biāo)志

ＭＯＶ６７Ｈ，＃５５Ｈ

ＭＯＶＤＰＴＲ，＃ＥＲＲ１；準(zhǔn)備次返回地址

ＰＵＳＨＤＰＬ

ＰＵＳＨＤＰＨ

ＲＥＴＩ；清除中斷激活標(biāo)志

ＥＲＲ１：ＣＬＲＡ

ＰＵＳＨＡＣＣ

ＰＵＳＨＡＣＣ

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

ＮＯＰ

ＮＯＰ

ＬＪＭＰＳＴＡＴ

改成：

ＮＯＰ

ＮＯＰ

ＬＪＭＰＥＲＲ

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