单片机软件三重监视抗干扰技术

文章摘要：摘要本文以MCS—51单片机为例，说明了主程序、中断服务程序相互监视的抗干扰方法。该方法使用方便，编程灵活，大大提高了单片机应用系统的抗干扰性能。关键词单片机；干扰应用于工业过程控制和智能化仪器仪表的单片机，由于现场条件往往十分恶劣，不可避免地会受到各种各样的电磁干扰。当串入系统的干扰作用于单片机内部的CPU部件时，后果更加严重，将导致系统失控。最典型的失控故障是破坏程序计数器PC的状态，导致程序在地址空间内“乱飞”，或者陷入“死循环”。因此，尽可能早地发现程序失控，并采取相应的补救措施，是单片机应用系统抗干扰设计的重要内容。使程序从“乱飞”状态纳入正轨的方法称为程序拦截技术，包括指令冗余技术

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　　摘　要　本文以MCS—51单片机为例，说明了主程序、中断服务程序相互监视的抗干扰方法。该方法使用方便，编程灵活，大大提高了单片机应用系统的抗干扰性能。
　　关键词　单片机；干扰　

　　应用于工业过程控制和智能化仪器仪表的单片机，由于现场条件往往十分恶劣，不可避免地会受到各种各样的电磁干扰。当串入系统的干扰作用于单片机内部的CPU部件时，后果更加严重，将导致系统失控。最典型的失控故障是破坏程序计数器PC的状态，导致程序在地址空间内“乱飞”，或者陷入“死循环”。因此，尽可能早地发现程序失控，并采取相应的补救措施，是单片机应用系统抗干扰设计的重要内容。

　　使程序从“乱飞”状态纳入正轨的方法称为程序拦截技术，包括指令冗余技术、软件陷阱技术等。使程序摆脱“死循环”，通常多采用硬件电路实现的监视技术，又称“看门狗”技术（Watchdog）。常见的硬件“看门狗”电路有单稳态型“看门狗”电路、计数器型“看门狗”电路、微处理器监控专用芯片等。上述的抗干扰方法可参阅有关资料文献。本文将讨论由软件实现的“看门狗”技术。

　　由硬件电路实现的“看门狗”技术，可以有效地克服主程序或中断服务程序由于陷入“死循环”而带来的不良后果。但在工业应用当中，严重的干扰有时会破坏中断方式控制字，导致中断关闭，这时一般的硬件“看门狗”将不能使中断恢复正常。依靠软件进行多重监视，可以弥补上述不足。

　　软件“看门狗”技术的基本思路是：在主程序中对中断服务程序的运行进行监视；在中断服务程序中对主程序的运行进行监视；采用两个中断实施相互监视，称之谓软件三重监视抗干扰技术。从概率观点，这种相互依存，相互制约的抗干扰措施，将使系统的可靠性大大提高。

　　本文以MCS—51单片机为例，说明软件三重监视的基本原理。系统软件包括主程序、T₀定时中断子程序和T₁定时中断子程序3部分，将T₀设计成高级中断，T₁设计成低级中断，从而形成中断嵌套。

1　主程序监视过程设计　　
　　主程序完成系统测控功能的同时，还要监视T₀中断服务程序因干扰而引起的中断关闭故障。A₀为T₀中断服务程序运行状态的观测单元，T₀每发生一次中断，A₀计数单元少一次中断（T₀定时溢出时间小于测控功能模块运行时间），引起A₀的变化。在测控功能模块的出口处，将A₀值与E₀值进行比较，以判断A₀是否发生变化。若A₀发生变化，说明T₀中断运行正常；若A₀不变化，说明T₀中断关闭，则转到程序入口0000H处，进行出错处理后，程序恢复正常运行。

　　设A₀、E₀、M计数单元分别为内RAM中的30H、40H和50H单元，监视程序如下：

        loop1：MOV　  50H，　＃00H；  清M单元

                      MOV   40H，   30H　；暂存A₀单元　

       　　      …；           测控功能模块

           CLR    C

           MOV    A，     30H

           SUBB   A，     40H； 判断A₀变化

           JZ     loop

           MOV    30H，   ＃00H

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