單片機軟件三重監(jiān)視抗干擾技術

應用于工業(yè)過程控制和智能化儀器儀表的單片機，由于現(xiàn)場條件往往十分惡劣，不可避免地會受到各種各樣的電磁干擾。當串入系統(tǒng)的干擾作用于單片機內部的CPU部件時，后果更加嚴重，將導致系統(tǒng)失控。最典型的失控故障是破壞程序計數(shù)器PC的狀態(tài)，導致程序在地址空間內“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，并采取相應的補救措施，是單片機應用系統(tǒng)抗干擾設計的重要內容。

使程序從“亂飛”狀態(tài)納入正軌的方法稱為程序攔截技術，包括指令冗余技術、軟件陷阱技術等。使程序擺脫“死循環(huán)”，通常多采用硬件電路實現(xiàn)的監(jiān)視技術，又稱“看門狗”技術(Watchdog)。常見的硬件“看門狗”電路有單穩(wěn)態(tài)型“看門狗”電路、計數(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資料文獻。本文將討論由軟件實現(xiàn)的“看門狗”技術。

由硬件電路實現(xiàn)的“看門狗”技術，可以有效地克服主程序或中斷服務程序由于陷入“死循環(huán)”而帶來的不良后果。但在工業(yè)應用當中，嚴重的干擾有時會破壞中斷方式控制字，導致中斷關閉，這時一般的硬件“看門狗”將不能使中斷恢復正常。依靠軟件進行多重監(jiān)視，可以彌補上述不足。

軟件“看門狗”技術的基本思路是：在主程序中對中斷服務程序的運行進行監(jiān)視;在中斷服務程序中對主程序的運行進行監(jiān)視;采用兩個中斷實施相互監(jiān)視，稱之謂軟件三重監(jiān)視抗干擾技術。從概率觀點，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單片機為例，說明軟件三重監(jiān)視的基本原理。系統(tǒng)軟件包括主程序、T0定時中斷子程序和T1定時中斷子程序3部分，將T0設計成高級中斷，T1設計成低級中斷，從而形成中斷嵌套。

1　主程序監(jiān)視過程設計

主程序完成系統(tǒng)測控功能的同時，還要監(jiān)視T0中斷服務程序因干擾而引起的中斷關閉故障。A0為T0中斷服務程序運行狀態(tài)的觀測單元，T0每發(fā)生一次中斷，A0計數(shù)單元少一次中斷(T0定時溢出時間小于測控功能模塊運行時間)，引起A0的變化。在測控功能模塊的出口處，將A0值與E0值進行比較，以判斷A0是否發(fā)生變化。若A0發(fā)生變化，說明T0中斷運行正常;若A0不變化，說明T0中斷關閉，則轉到程序入口0000H處，進行出錯處理后，程序恢復正常運行。

設A0、E0、M計數(shù)單元分別為內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