MCS51系列单片机软件复位的方法

有的单片机（如８０９８）有专门的复位指令，某些增强型ＭＣＳ－５１系统单片机虽然没有复位指令，但片内集成了ＷＡＴＣＨＤＯＧ电路，故抗干扰也不成问题。而普及型ＭＣＳ－５１系列单片机（如８０３１和８０３２）既然无复位指令，又不带硬件ＷＡＴＣＨＤＯＳ，如果没有外接硬件ＷＡＴＣＨＤＯＧ电路，就必须采用软件抗干扰技术。常用的软件抗干扰技术有：软件陷阱、指令冗余、软件ＷＡＴＣＨＤＯＧ等，它们的作用是在系统受干扰时能及时发现，再用软件的方法使系统复位。所谓软件复位就是用一系列指令来模仿复位操作，这就是ＭＣＳ－５１系列单片机所特有的软件复位技术。

现用一简单的实验说明，实验电路如附图所示。接于仿真插座Ｐ１．０的发光二极管ＬＥＤ０用来表示主程序的工作情况，接于Ｐ１。１的发光二极管ＬＥＤ１用于表示低级中断子程序的工作情况，接于Ｐ１。２的发光二极管ＬＥＤ２用来表示高级中断子程序的工作情况，接于Ｐ３。２口的按钮用来设立干扰标志，程序检测到干扰标志后故意进入死循环或掉进陷井，模仿受干扰的情况，从而检验各种复位方法的实际效果。寮验初始化程序如下：

ＯＲＧ　００００Ｈ

ＳＴＡＴ：　ＬＪＭＰ　ＭＡＩＮ　；复位入口地址

ＬＪＭＰ　ＰＸ０　；按钮中断向量（低级中断）

ＯＲＧ　０００ＢＨ

ＬＪＭＰ　ＰＴ０　；ｔ０中断向量（低级中断）

ＯＲＧ　００１ＢＨ

ＬＪＭＰ　ＰＴ１　；Ｔ１中断向量（高级中断）

ＯＲＧ　００３０Ｈ

ＭＡＩＮ：

ＣＬＲ　ＥＡ

ＭＯＶ　ＳＰ，＃７

ＭＯＶ　Ｐ１，＃０ＦＦＨ

ＭＯＶ　Ｐ３，＃０ＦＦＨ

ＭＯＶ　ＴＭＯＤ，＃１１Ｈ

ＣＬＲ　００Ｈ　；干扰标志初始化

ＳＥＴＢ　ＥＴ０

ＳＥＴＢ　ＥＴ１

ＳＥＴＢ　ＥＸ０

ＳＥＴＢ　ＰＴ１

ＳＥＴＢ　ＴＲ０

ＳＥＴＢ　ＴＲ１

ＳＥＴＢ　ＥＡ

ＬＯＯＰ：　ＣＰＬ　Ｐ１．０　；主程序发光二极管ＬＥＤ闪烁

ＭＯＶ　Ｒ６，＃８０Ｈ

ＭＯＶ　Ｒ７，＃０

ＴＴ１：

ＤＪＮＺ　Ｒ７，ＴＴ１

ＤＪＮＺ　Ｒ６，ＴＴ１

ＳＪＭＰ　ＬＯＯＰ

ＰＸ０：

ＳＥＴＢ　００Ｈ　；设立干扰标志，模拟发生干扰

ＰＴ０：　ＣＰＬ　Ｐ１．１　；低级中断程序发光二极管ＬＥＤ１闪烁

ＲＥＴＩ

ＰＴ１：　ＣＰＬ　Ｐ１．２　；高级中断程序发光二极管ＬＥＤ２闪烁

ＲＥＴＩ

ＥＮＤ

实验步骤如下：

１．　按上述程序启动执行，三个发光二极管都应闪烁（否则应先排除故障），表示主程序和各中断子程序正常。因模拟干扰标志未加检测，故不受按钮影响。

２．　修改主程序如下，按下按钮后主程序即掉入死循环中。

ＬＯＯＰ：　ＣＰＬ　Ｐ１．０

ＭＯＶ　Ｒ６，＃８０Ｈ

ＭＯＶ　Ｒ７，＃０Ｈ

ＴＴ１：　ＤＪＮＺ　Ｒ７，ＴＴ１

ＤＪＮＺ　Ｒ６，ＴＴ１

ＪＮＢ　００Ｈ，ＬＯＯＰ　；受干扰否？

ＳＴＯＰ：　ＬＪＭＰ　ＳＴＯＰ　；掉入死循环。

这时可以看到，主程序停止工作（ＬＥＤ０停止闪烁），而两个中断子程序继续运行（ＬＥＤ１和ＬＥＤ２继续闪烁）。

３．　将定时器Ｔ１妆作软件ＷＡＴＣＨＤＯＧ，将３０Ｈ单元用作软件ＷＡＴＣＨＤＯＧ计数器。主程序中加入一条复位软件ＷＡＴＣＨＤＯＧ的指令。

ＬＯＯＰ：　ＣＰＬ　Ｐ１．０

ＭＯＶ　３０Ｈ，＃０　；复位软件ＷＡＴＣＨＤＯＧ计数器

ＬＯＯＰ：　ＣＰＬ　Ｐ１．０

ＭＯＶ　Ｒ６，＃８０Ｈ

ＭＯＶ　Ｒ７，＃０Ｈ

ＴＴ１：　ＤＪＮＺ　Ｒ７，ＴＴ１

ＤＪＮＺ　Ｒ６，ＴＴ１

ＪＮＢ　００Ｈ，ＬＯＯＰ　；受干扰否？

ＳＴＯＰ：　ＬＪＭＰ　ＳＴＯＰ　；掉入死循环。

Ｔ１中断子程序修改如下：

ＰＴ１：　ＣＰＬ　Ｐ１．２　；高级中断程序发光二极管闪烁

ＩＮＣ　３０Ｈ

ＭＯＶ　Ａ，３０Ｈ

ＡＤＤ　Ａ，＃０ＦＤＨ

ＪＣ　ＥＲＲ　；达到３次否？

ＲＥＴＩ

ＥＲＲ：　ＬＪＭＰ　ＳＴＡＴ　；软件ＷＡＴＣＨＤＯＧ动作

当按下按钮前，程序正常运行（三个ＬＥＤ全闪）。按下按钮后，主程序能迅速恢复工作，但两个中断子程序被封锁，不再工作。过程如下：主程序检测到干扰后进入死循环，不能执行复位３０Ｈ单元的操作，Ｔ１中断使３０Ｈ不断增值，计数到３时，软件ＷＡＴＣＨＤＯＧ执行动作，执行一条ＬＪＭＰ指令，使程序从头执行。ＭＡＩＮ过程中清除了干扰标志（表示干扰已经过去），使主程序迅速恢复工作。按理说ＭＡＩＮ过程中也重新设定了各个中断，并开放了它们，为什么中断不能恢复工作呢？这是因为中断激活标志的复位工作被遗忘了，因为它没有明确的位地址可供编程，直接转向００００Ｈ地址并不能完成真正的复位。软件复位是使用软件陷井和软件ＷＡＴＣＨＤＯＧ后必须进行的工作，这时程序出错完全有可能发生中断子程序中，中断激活标志已置位，它将阻止同级中断响应。由于软件ＷＡＴＣＨＤＯＧ是高级中断，它将阻止所有中断响应。由此可见，清除中断激活标志的得要性，很多文献的作者回为没有认识到这一点进入误区。

４．　在所有指令中，只有ＲＥＴＩ指令能清除中断激活标志。出错处理程序ＥＲＲ主要是完成这一功能，其它的善后工作交由复位后的系统去完成。为此，我们重新设计Ｔ１中断子程序如下所示：

ＰＴ１：　ＣＰＬ　Ｐ１．２　；高级中断程序发光二极管闪烁

ＩＮＣ　３０Ｈ　；软件ＷＡＴＣＨＤＯＧ计数器增值

ＭＯＶ　Ａ，３０Ｈ

ＡＤＤ　Ａ，＃０ＦＤ

ＪＣ　ＥＲＲ　；达到３次否？

ＲＥＴＩ

ＥＲＲ：　ＣＬＲ　ＥＡ　；关中断

ＣＬＲ　Ａ　；准备复位地址（００００Ｈ）

ＰＵＳＨ　ＡＣＣ

ＰＵＳＨ　ＡＣＣ

ＲＥＴＩ　；清除中断激活标志并复位

这段程序先关中断，以便后续处理能顺利进行，然后用ＲＥＴＩ指令替代ＬＪＭＰ指令，从而既清除了中断激活标志又完成了转向００００Ｈ的任务。按这样改好后程序再运行，结果仍不理想：按下按钮后，有时只有主程序和高级中断子程序能迅速恢复正常，而低级中断仍有被关闭的可能。如果按如下方法把干扰转移到低级中断中，则按下按钮后低级中断必然被关闭：

ＬＯＯＰ：　ＣＰＬ　Ｐ１．０

ＭＯＶ　Ｒ６，＃８０Ｈ

ＭＯＶ　Ｒ７，＃０Ｈ

ＴＴ１：　ＤＪＮＺ　Ｒ７，ＴＴ１

ＤＪＮＺ　Ｒ６，ＴＴ１

ＳＪＭＰ　ＬＯＯＰ

ＰＴ０：　ＣＰＬ　Ｐ１．１

ＪＢ　００Ｈ，ＳＴＯＰ

ＲＥＴＩ

ＳＴＯＰ：　ＬＪＭＰ　ＳＴＯＰ　；掉入死循环。

仔细分析后可能得出结论：当软件ＷＡＴＣＨＤＯＧ是嵌套在低级中断中起作用时，复位后只清除了高级中断激活标志，低级中断标志仍然被置位，从而使低级中断一直被关闭。

５．　修改出错处理如下：

ＥＲＲ：　ＣＬＲ　ＥＡ　；正确的软件复位入口

ＭＯＶ　６６Ｈ，＃０ＡＡＨ　；重建上电标志

ＭＯＶ　６７Ｈ，＃５５Ｈ

ＭＯＶ　ＤＰＴＲ，＃ＥＲＲ１　；准备第一次返回地址

ＰＵＳＨ　ＤＰＬ

ＰＵＳＨ　ＤＰＨ

ＲＥＴＩ　；清除高级中断激活标志

ＥＲＲ１：　ＣＬＲ　Ａ

ＰＵＳＨ　ＡＣＣ

ＰＵＳＨ　ＡＣＣ

ＲＥＴＩ　；清除低级中断激活标志

这时，必须执行两次ＲＥＴＩ，才能到达００００Ｈ，以保证清除全部中断激活标志，达到和硬件复位相同的效果。同样，软件陷井也必须由下列三条指令

ＮＯＰ

ＮＯＰ

ＬＪＭＰ　ＳＴＡＴ

改成：

ＮＯＰ

ＮＯＰ

ＬＪＭＰ　ＥＲＲ

才能达到目的。

当主程序受到干扰被软件陷阱捕获时，中断标志并未置位，执行ＥＲＲ过程中，ＲＥＴＩ指令等效于ＲＥＴ指令，同样可以达到软件复位的目的。有兴趣的读者可以将软件陷阱代替死循环，分别用ＬＪＭＰ　ＳＴＡＴ和ＬＪＭＰ　ＥＲＲ１来替代ＬＪＭＰ　ＥＲＲ，再将干扰检测分别设在低级中断和主程序中，实验结果必然证明同：只有ＬＪＭＰ　ＥＲＲ才能万无一失地实现软件复位，使系统摆脱干扰同，恢复正常。在ＭＣＳ－５１单片机的软件复位过程中，必须连续执行两次中断返回指令ＲＥＴＩ。