浅谈单片机软件复位方法

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。