單片機軟件編程的五大經驗

經驗之一：用“軟件陷阱+程序口令”對付PC指針的彈飛
當CPU受到外界干擾,有時PC指針會飛到另一段程序中,或跳到空白段去。其實,如果PC指針飛到空白段去，倒也好處理。只要在空白段設立軟件陷阱(攔截指令),將程序攔截到初始化段或程序錯誤處理段。但是,如果PC指針飛到另一段程序中去了，系統如何辦?小匠在這里推薦一種方法——程序口令，思路如下：

1、首先，程序必須模塊化。每個模塊（子程序）執(zhí)行一個功能。每個模塊只有一個出口（RET）。

2、設立一個模塊（子程序）ID寄存器。

3、為每個子程序配置一個唯一的ID號碼。

4、每當子程序執(zhí)行完畢，要返回（RET）之前， 先將本子程序的ID號送入 ID寄存器。

5、返回到上級程序后，先判斷ID寄存器中的ID號。

如果正確，則繼續(xù)執(zhí)行；如果不正確，則表示PC指針有可能已經跳錯了，子程序沒有按預計的出口返回，這時將程序攔截到初始化段或程序錯誤處理段。

這種方法，如同在程序中設立了若干個崗哨，每次調用子程序返回后，都要對口令（ID號），驗明正身后再放行。再配合軟件陷阱，基本上可以將大多數PC指針彈飛的現象檢測到。到了程序錯誤處理段，要殺要剮（冷啟動還是熱啟動）就由您了。

僅以一條代碼來揭示程序飛跑的本質！750102H ；MOV 01H，#02H ，如當前PC不是指向75H，而是指向01H或02H，那么51內的指令譯碼器將把她們忠實地翻譯成AJMP X01H 或 LJMP XXXXH 而XX01H XXXXH又是什么呢？天知道！這樣惡性飛跑下去那還不死定！改革一下：

CLR A ；0C4H
INC A ；04H
MOV R1，A ；0F9H
INC A ；04H
MOV @R1,A ；86H

每一字節(jié)代碼都不能在生成跳轉和循環(huán)，且都是單字節(jié)指令！往那跑去？跑出去了都要自己回來！“在家”千日好！“跳出”事事難嘛！這樣只要平時習慣了用累加器和寄存器把數倒一倒，把那些危險代碼都給倒掉，這樣雖說給PC的“足”上多加了兩字節(jié)的“包”可它不好“跑”啊！“足包”====跑！有朋友會問：要是PC抓做02H--LJMP 又有抓做了老鼻子遠的XXH，再抓做隔壁的YYH不就沒用了嗎？提這樣的問題只有ZENYIN這種鉆牛角得才會提！PC那一位最活躍??？PC0啊！要“扯拐”顯然發(fā)生在她身上，至于那PC15同志啊，睡得更死豬一樣，雷爆（強干擾）來了都打不醒？此外如果干擾都強到了PC高位都出錯的地步！關電！關電！不干了！“不是我們不行而是敵人太強大”！反過來要是敵人在你的專政下，只是偶爾出來搗搗亂，但一出來就沖到屁西（PC）高層，就要問問是不是你的王國根基（硬件）有問題了？而非出在意識形態(tài)（軟件）上！硬件為本！軟件為標！標本兼治鑄就堅強體魄，方能百毒不侵！

經驗之二、不要輕信軟件狗

關于軟件狗的討論，論壇上多矣。匠人也曾經查閱過許多關于軟件狗的文章。有些大師確實提出了一些比較有技巧性的方法。但是，匠人的忠告是：不要輕信軟件狗！其實，軟件狗相當于軟件的一種自律行為。一般的思路都是通過設立一個計數器，在計時中斷中對其+1，在主程序的適當地方對其清零。如果程序失控了，清零指令未被執(zhí)行，但中斷造常發(fā)生，則計數器溢出（狗狗叫了）。但是這里有個問題：萬一干擾導致中斷被屏蔽了，那軟件狗就永遠不會叫了！——針對這種可能，有人提出在主程序中反復刷新中斷使能標志，保證不讓中斷被屏蔽?！f一程序飛到某個死循環(huán)中去了，不再執(zhí)行“刷新中斷使能標志”這一功能了，還是有可能把狗狗活活餓死。
所以，匠人的觀點是：看門狗必須擁有獨立的計數器。（即硬件看門狗）好在現在好多芯片都提供了內部WDT。這種狗都是自帶計數器的。即使干擾導致程序失控，WDT還是會造常計數直到溢出。當然，匠人也沒有要將軟件狗一棍子全部打死的意思。畢竟不管是軟狗還是硬狗，逮到耗子就是好狗嘛（狗拿耗子——多管閑事？）。如果哪位訓狗專家確實養(yǎng)過一條能看門的好軟件狗，請牽出來讓大伙瞧瞧。

經驗之三、話說RAM冗余技術

所謂的RAM冗余，就是：

1、將重要的數據信息備份2份（或以上）并存放在RAM中不同的區(qū)域（指地址不相連）。

2、當平時對這些數據進行修改時，同時也更新備份。

3、當干擾發(fā)生并被攔截到“程序錯誤處理段”中時， 將數據與備份做比較，采用表決方式（少數服從多數）選出正確（或可能正確？）的那個。

4、備份越多，效果越好。（當然，你得有足夠的存儲空間）。

5、只備份最最原始的數據。中間變量（指那些可以從原始數據重新推導出來的數據）不必備份，

注：

1、這種思路的理論依據，據說是源于一種“概率論”，即一個人被老婆打腫臉的概率是很大的，但如果他捂著臉去上班卻發(fā)現全公司每個已婚男人的臉都青了，這種概率是很小的。同理，一個RAM寄存器數據被沖毀的概率是很大的，但地址不相連的多個RAM同時被沖毀的概率是很小的。

2、前兩年，小匠學徒時，用過一次這種方法，但效果不太理想。當時感覺可能是概率論在我這失效了？現在回想起來，可能是備份的時機選的不好。結果將已經沖毀的數據又備份進去了。這樣以來，恢復出來的數據自然也就不對了。

經驗之四、話說指令冗余技術

前面有個朋友問到指令冗余，按匠人的理解，指令冗余，就是動作冗余。舉個例子，你要在某個輸出口上輸出一個高電平去驅動一個外部器件，你如果只送一次“1”，那么，當干擾來臨時，這個“1”就有可能變成“0”了。正確的處理方式是，你定期刷新這個“1”。那么，即使偶然受了干擾，它也能恢復回來。除了I/O口動作的冗余，匠人強烈建議大家在下面各方面也采用這種方法：

1、LCD的顯示。有時，也許你會用一些LCD的專用驅動芯片（如HT1621），這種芯片有個好處，即你只要將顯示數據傳送給它，它就會不斷的自動掃描LCD。但是，你千萬不要以為這樣就沒你啥事了。正確的處理方式是，要記得定期刷新送顯數據（即使顯示內容沒有改變）。對于CPU中自帶LCD DRIVER 的，也要定期刷新LCD RAM。

2、中斷使能標志的設置。不要以為你在程序初始化段將中斷設置好就OK了。應該在主程序中適當的地方定期刷新一下，以免你的中斷被掛起來。

3、其它一些標志字和參數寄存器（包括你自己定義的），也要記得常常刷新。

4、其它一些你認為有必要反復刷新的地方。

經驗之五、10種軟件濾波方法

下面奉獻——匠人嘔心瀝血搜腸刮肚冥思苦想東拼西湊整理出來的10種軟件濾波方法：
1、限幅濾波法（又稱程序判斷濾波法）

A、方法：根據經驗判斷，確定兩次采樣允許的最大偏差值（設為A），每次檢測到新值時判斷：如果本次值與上次值之差=A,則本次值有效。如果本次值與上次值之差>A,則本次值無效,放棄本次值,用上次值代替本次值

B、優(yōu)點：能有效克服因偶然因素引起的脈沖干擾。

C、缺點：無法抑制那種周期性的干擾，平滑度差。

2、中位值濾波法

A、方法：連續(xù)采樣N次（N取奇數），把N次采樣值按大小排列，取中間值為本次有效值。

B、優(yōu)點：能有效克服因偶然因素引起的波動干擾，對溫度、液 位的變化緩慢的被測參數有良好的濾波效果。

C、缺點：對流量、速度等快速變化的參數不宜。

3、算術平均濾波法

A、方法：連續(xù)取N個采樣值進行算術平均運算。N值較大時：信號平滑度較高，但靈敏度較低；N值較小時：信號平滑度較低，但靈敏度較高。N值的選?。阂话懔髁?，N=12；壓力：N=4

B、優(yōu)點：適用于對一般具有隨機干擾的信號進行濾波，這樣信號的特點是有一個平均值，信號在某一數值范圍附近上下波動。

C、缺點：對于測量速度較慢或要求數據計算速度較快的實時控制不適用，比較浪費RAM。

4、遞推平均濾波法（又稱滑動平均濾波法）

A、方法：把連續(xù)取N個采樣值看成一個隊列，隊列的長度固定為N，每次采樣到一個新數據放入隊尾,并扔掉原來隊首的一次數據.(先進先出原則)，把隊列中的N個數據進行算術平均運算,就可獲得新的濾波結果。N值的選取：流量，N=12；壓力：N=4；液面，N=4~12；溫度，N=1~4

B、優(yōu)點：對周期性干擾有良好的抑制作用，平滑度高，適用于高頻振蕩的系統。

C、缺點：靈敏度低 ，對偶然出現的脈沖性干擾的抑制作用較差，不易消除由于脈沖干擾所引起的采樣值偏差，不適用于脈沖干擾比較嚴重的場合，比較浪費RAM

5、中位值平均濾波法（又稱防脈沖干擾平均濾波法）

A、方法：相當于“中位值濾波法”+“算術平均濾波法”。連續(xù)采樣N個數據，去掉一個最大值和一個最小值，然后計算N-2個數據的算術平均值。N值的選取：3~14

B、優(yōu)點：融合了兩種濾波法的優(yōu)點，對于偶然出現的脈沖性干擾，可消除由于脈沖干擾所引起的采樣值偏差。

C、缺點：測量速度較慢，和算術平均濾波法一樣，比較浪費RAM。
6、限幅平均濾波法

A、方法：相當于“限幅濾波法”+“遞推平均濾波法”，每次采樣到的新數據先進行限幅處理，再送入隊列進行遞推平均濾波處理 。

B、優(yōu)點：融合了兩種濾波法的優(yōu)點，對于偶然出現的脈沖性干擾，可消除由于脈沖干擾所引起的采樣值偏差。

C、缺點：比較浪費RAM。

7、一階滯后濾波法

A、方法：取a=0~1，本次濾波結 果=（1-a）*本次采樣值+a*上次濾波結果。

B、優(yōu)點：對周期性干擾具有良好的抑制作用，適用于波動頻率較高的場合。

C、缺點： 相位滯后，靈敏度低，滯后程度取決于a值大小，不能消除濾波頻率高于采樣頻率的1/2的干擾信號。

8、加權遞推平均濾波法

A、方法：是對遞推平均濾波法的改進，即不同時刻的數據加以不同的權。通常是，越接近現時刻的數據，權取得越大。給予新采樣值的權系數越大，則靈敏度越高，但信號平滑度越低。

B、優(yōu)點：適用于有較大純滯后時間常數的對象和采樣周期較短的系統。

C、缺點：對于純滯后時間常數較小，采樣周期較長，變化緩慢的信號不能迅速反應系統當前所受干擾的嚴重程度，濾波效果差。

9、消抖濾波法

A、方法：設置一個濾波計數器將每次采樣值與當前有效值比較：如果采樣值＝當前有效值，則計數器清零如果采樣值>當前有效值，則計數器+1，并判斷計數器是否>=上限N(溢出)，如果計數器溢出,則將本次值替換當前有效值,并清計數器 。

B、優(yōu)點：對于變化緩慢的被測參數有較好的濾波效果，可避免在臨界值附近控制器的反復開/關跳動或顯示器上數值抖動。

C、缺點：對于快速變化的參數不宜，如果在計數器溢出的那一次采樣到的值恰好是干擾值,則會將干擾值當作有效值導入系統。

10、限幅消抖濾波法

A、方法：相當于“限幅濾波法”+“消抖濾波法” 先限幅,后消抖。

B、優(yōu)點： 繼承了“限幅”和“消抖”的優(yōu)點改進了“消抖濾波法”中的某些缺陷,避免將干擾值導入系統。

C、缺點：對于快速變化的參數不宜。
IIR 數字濾波器

A. 方法：確定信號帶寬， 濾之。 Y(n) = a1*Y(n-1) + a2*Y(n-2) + . + ak*Y(n-k) + b0*X(n) + b1*X(n-1) + b2*X(n-2) + . + bk*X(n-k)。

B. 優(yōu)點：高通，低通，帶通，帶阻任意。設計簡單(用matlab）

C. 缺點：運算量大。