單片機(jī)軟件三重監(jiān)視抗干擾技術(shù)

應(yīng)用于工業(yè)過(guò)程控制和智能化儀器儀表的單片機(jī)，由于現(xiàn)場(chǎng)條件往往十分惡劣，不可避免地會(huì)受到各種各樣的電磁干擾。當(dāng)串入系統(tǒng)的干擾作用于單片機(jī)內(nèi)部的CPU部件時(shí)，后果更加嚴(yán)重，將導(dǎo)致系統(tǒng)失控。最典型的失控故障是破壞程序計(jì)數(shù)器PC的狀態(tài)，導(dǎo)致程序在地址空間內(nèi)“亂飛”，或者陷入“死循環(huán)”。因此，盡可能早地發(fā)現(xiàn)程序失控，并采取相應(yīng)的補(bǔ)救措施，是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)抗干擾設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。

使程序從“亂飛”狀態(tài)納入正軌的方法稱為程序攔截技術(shù)，包括指令冗余技術(shù)、軟件陷阱技術(shù)等。使程序擺脫“死循環(huán)”，通常多采用硬件電路實(shí)現(xiàn)的監(jiān)視技術(shù)，又稱“看門狗”技術(shù)(Watchdog)。常見的硬件“看門狗”電路有單穩(wěn)態(tài)型“看門狗”電路、計(jì)數(shù)器型“看門狗”電路、微處理器監(jiān)控專用芯片等。上述的抗干擾方法可參閱有關(guān)資料文獻(xiàn)。本文將討論由軟件實(shí)現(xiàn)的“看門狗”技術(shù)。

由硬件電路實(shí)現(xiàn)的“看門狗”技術(shù)，可以有效地克服主程序或中斷服務(wù)程序由于陷入“死循環(huán)”而帶來(lái)的不良后果。但在工業(yè)應(yīng)用當(dāng)中，嚴(yán)重的干擾有時(shí)會(huì)破壞中斷方式控制字，導(dǎo)致中斷關(guān)閉，這時(shí)一般的硬件“看門狗”將不能使中斷恢復(fù)正常。依靠軟件進(jìn)行多重監(jiān)視，可以彌補(bǔ)上述不足。

軟件“看門狗”技術(shù)的基本思路是：在主程序中對(duì)中斷服務(wù)程序的運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)視;在中斷服務(wù)程序中對(duì)主程序的運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)視;采用兩個(gè)中斷實(shí)施相互監(jiān)視，稱之謂軟件三重監(jiān)視抗干擾技術(shù)。從概率觀點(diǎn)，這種相互依存，相互制約的抗干擾措施，將使系統(tǒng)的可靠性大大提高。

本文以MCS—51單片機(jī)為例，說(shuō)明軟件三重監(jiān)視的基本原理。系統(tǒng)軟件包括主程序、T0定時(shí)中斷子程序和T1定時(shí)中斷子程序3部分，將T0設(shè)計(jì)成高級(jí)中斷，T1設(shè)計(jì)成低級(jí)中斷，從而形成中斷嵌套。

1　主程序監(jiān)視過(guò)程設(shè)計(jì)

主程序完成系統(tǒng)測(cè)控功能的同時(shí)，還要監(jiān)視T0中斷服務(wù)程序因干擾而引起的中斷關(guān)閉故障。A0為T0中斷服務(wù)程序運(yùn)行狀態(tài)的觀測(cè)單元，T0每發(fā)生一次中斷，A0計(jì)數(shù)單元少一次中斷(T0定時(shí)溢出時(shí)間小于測(cè)控功能模塊運(yùn)行時(shí)間)，引起A0的變化。在測(cè)控功能模塊的出口處，將A0值與E0值進(jìn)行比較，以判斷A0是否發(fā)生變化。若A0發(fā)生變化，說(shuō)明T0中斷運(yùn)行正常;若A0不變化，說(shuō)明T0中斷關(guān)閉，則轉(zhuǎn)到程序入口0000H處，進(jìn)行出錯(cuò)處理后，程序恢復(fù)正常運(yùn)行。

設(shè)A0、E0、M計(jì)數(shù)單元分別為內(nèi)RAM中的30H、40H和50H單元，監(jiān)視程序如下：

loop1：MOV　 50H，　#00H; 清M單元

MOV 40H， 30H　;暫存A0單元

…; 測(cè)控功能模塊

CLR C

MOV A， 30H

SUBB A， 40H; 判斷A0變化

JZ loop

MOV 30H， #00H

LJMP loop1

loop：LJMP　0000H