低功耗单片机的睡眠抗干扰技术

文章摘要：用CHMOS和CMOS工艺制成的单片机都属于低功耗单片机，都设置有等待方式和掉电方式两种节电运行功能。两种节电方式均可通过软件来选择运行，在这两种节电运行方式下，可大大降低单片机的功耗。使用单片机的等待方式，不仅可降低其功耗，还可用于增强其抗干扰能力。下面以80C31单片机为例说明使用其等待方式实现其抗干扰的原理及技术。1.80C31的等待工作方式80C31单片机的等待方式是通过对其内部PCON（电源控制寄存器）中的IDL（等待方式位）进行编程来实现的。当IDL=1时，80C31进入等待工作方式，此时，送往CPU的时钟信号被封锁，CPU进入等待状态，其内部的SP、PC、PSw、ACC等寄存器以

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　　用CHMOS和CMOS工艺制成的单片机都属于低功耗单片机，都设置有等待方式和掉电方式两种节电运行功能。两种节电方式均可通过软件来选择运行，在这两种节电运行方式下，可大大降低单片机的功耗。使用单片机的等待方式，不仅可降低其功耗，还可用于增强其抗干扰能力。下面以80C31单片机为例说明使用其等待方式实现其抗干扰的原理及技术。

　　1.80C31的等待工作方式80C31单片机的等待方式是通过对其内部PCON（电源控制寄存器）中的IDL（等待方式位）进行编程来实现的。当IDL=1时，80C31进入等待工作方式，此时，送往CPU的时钟信号被封锁，CPU进入等待状态，其内部的SP、PC、PSw、ACC等寄存器以及各I／O口引脚的状态被完整地保留下来，CPU就像在睡眠一样，可称之为进入睡眠状态。此时，内部时钟信号仍继续供给中断系统、定时／计数器和串行口，它们仍可工作。退出睡眠状态的方法有中断退出和硬件复位退出两种。由于在睡眠状态时，中断系统仍可工作，因此，任何允许中断请求变为有效时，均使硬件对IDL位清零，从而退出睡眠状态，并开始执行中断服务程序，中断返回后，下一条要执行的指令正是原先置等待工作方式指令后的那条指令。

　　2.CPU抗干扰技术微机应用系统的抗干扰设计涉及到许多方面。此处只讨论CPU本身的抗干扰方法。在大多数情况下，干扰是通过三总线而作用到CPU上的。当{2PU受到干扰时，将不能按正常状态执行程序，从而引起混乱。人们研究和采用人工复位、掉电保护、指令冗余、软件陷阱、程序运行监视系统以及系统恢复等技术来实现CPU的抗干扰。根据上面对80C3l CPU等待工作方式的原理说明，当CPU进入睡眠状态时，不会对系统三总线上出现的干扰做出反应，因此可大大降低CPU对干扰的敏感程度，从而增强CPU的抗干扰能力。我们可将其称为CPU的睡眠抗干扰。

　　3.80C31 CPU的睡眠抗干扰技术通过对80C3l CPU进入和退出睡眠状态过程的分析，可采用下面两种方法实现睡眠抗干扰。

　　方法一  让CPU在没有正经工作时就睡觉，有活干时由中断系统唤醒它，干完活后接着睡觉。

　　对大多数单片机应用系统，CPU并非一直忙于干正经事情，很多情况下是在执行一些踏步等待指令或循环检查程序，此时CPU虽未干什么重要工作，但却是清醒的，很容易受干扰。如果安排其在没有正经工作时就睡觉，有活干时由中断系统唤醒它，：

　　干完活后接着睡觉，就可使其受干扰的威胁大大降低，并可降低其功耗。按照这种思想，设计软件时，可在主程序完成各种自检。

　　和初始化工作以后，用下列两条指令取代循环踏步指令：

　　LOOP：  ORL PCON.#01HSJMP LOOP

    把CPU要做的所有工作都安排在中断服务子程序中完成，把系统的监控程序放在定时中断子程序中。主程序在执行ORLPCON，#01H后，CPU便进入睡眠状态，此时程序计数器PC中的地址指向下一条指令SJMP LOOP。当需要CPU执行任务时，就通过中断系统将CPU唤醒，CPU响应中断，将PC的值压人堆栈，然后执行中断子程序本身，完成任务以后，执行一条开中断指令，确保CPU在睡眠之后仍能被唤醒，最后执行中断返回指令，CPU将执行主程序中的SJMP LOOP指令，又转回到ORLPCON，#01H这条指令上，执行完这条指令后，CPU便再次进入睡眠状态，如此周而复始。应将可能引起强烈干扰的I／O操作指令放在CPU进入睡眠状态前执行，即放在中断子程序的尾部。为确保CPU不过早被唤醒，以躲过强烈干扰的高峰，可临时关闭一些次要的中断，仅保留一个内部定时中断，定时尽可能长些，并作好标记。当下次定时中断响应后，根据标记，恢复系统的正常中断设置方式。

　　这种方法因CPU大部分时间处于睡眠状态，因此抗干扰性好，且可大大降低CPU的功耗，但可能涉及的中断类型多，需要多个中断源，控制较复杂。

　　方法二   使CPU平常处于正常工作状态，当执行了有可能引起较强烈干扰的指令后（例如，在一些大功率微机控制系统中，大电流和高电压设备的投入与切除都是由执行指令来完成的，将会引起强烈干扰），使其进入睡眠状态，保持睡眠一段时间，以避过干扰高峰。在进入睡眠状态前，设置好定时中断，在避过干扰高峰后，由定时中断将CPU唤醒，进入正常工作状态。

　　此种方法涉及的中断可少一些，控制较简单，但因CPU大部分时间处于正常工作状态，因此其抗干扰性和降低功耗的效果比前一种方法差。

　　4.结语利用低功耗单片机的等待工作方式，不仅可以降低CPU的功耗，还可增强CPU的抗干扰能力。本文论述的两种方法，虽各有优缺点，但只要合理使用，可使CPU的抗干扰能力大为增强，在设计单片机应用系统时可参考使用。