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單片機(jī)軟件抗干擾技術(shù)都有哪些
電子儀器設(shè)備的抗攪擾技術(shù)是一門博大精深的領(lǐng)域。大部分的電子設(shè)備地點(diǎn)的作業(yè)環(huán)境往往比較惡劣，攪擾嚴(yán)重，這些攪擾會(huì)嚴(yán)重影響設(shè)備的正常作業(yè)，使其不能正常運(yùn)行，比方空調(diào)就作業(yè)在高溫、大電流、強(qiáng)攪擾（電機(jī)）的環(huán)境下。因而，為了確保這些設(shè)備能在實(shí)際運(yùn)用中可靠地作業(yè)，必需求縝密考慮和解決抗攪擾的問題。除了在硬件上考慮抗攪擾的問題，咱們也能夠在軟件上做一些抗攪擾的辦法，來進(jìn)步體系的抗攪擾才干。下面簡(jiǎn)略介紹了幾個(gè)抗攪擾的辦法，起一個(gè)拋磚引玉的效果，希望各位同事能夠在作業(yè)中加以運(yùn)用和完善。
一、數(shù)字量輸入輸出中的軟件抗于擾
數(shù)字量輸入進(jìn)程中的攪擾，其效果時(shí)刻較短，因而在收集數(shù)字信號(hào)時(shí)，可屢次重復(fù)收集，直到若干次采樣成果共同時(shí)才以為其有用。例如經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)化器丈量各種模擬量時(shí)，假如有攪擾效果于模擬信號(hào)上，就會(huì)使A/D轉(zhuǎn)化成果違背實(shí)在值。這時(shí)假如只采樣一次A/D轉(zhuǎn)化成果，就無法知道其是否實(shí)在可靠，而有必要進(jìn)行屢次采樣，得到一個(gè)A/D轉(zhuǎn)化成果的數(shù)據(jù)系列，對(duì)這一系列數(shù)據(jù)再作各種數(shù)字濾波處理，最終才干得到一個(gè)可信度較高的成果值。假如對(duì)于同一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)經(jīng)屢次采樣后得到的信號(hào)值變化不定，闡明此刻的攪擾特別嚴(yán)重，現(xiàn)已超出允許的范圍，應(yīng)該當(dāng)即中止采樣并給出報(bào)警信號(hào)。假如數(shù)字信號(hào)歸于開關(guān)量信號(hào)，如限位開關(guān)、操作按扭等，則不能用屢次采樣取平均值的辦法，而有必要每次采樣成果必須共同才行。這時(shí)可編寫一個(gè)采樣子程序，程序中設(shè)置有采樣成功和采樣失利標(biāo)志，假如對(duì)同一開關(guān)量信號(hào)進(jìn)行若干次采樣，其采樣成果完全共同，則成功標(biāo)志置位；否則失利標(biāo)志置位。后續(xù)程序可經(jīng)過判別這些標(biāo)志來決定程序的流向。
單片機(jī)操控的設(shè)備對(duì)外輸出的操控信號(hào)許多是以數(shù)字量的方式呈現(xiàn)的。單片機(jī)給出一個(gè)正確的數(shù)據(jù)后，由于外部攪擾的效果有可能使輸出設(shè)備得到一個(gè)被改變了的過錯(cuò)數(shù)據(jù)，然后使輸出設(shè)備產(chǎn)生誤動(dòng)作。對(duì)于數(shù)字量輸出軟件抗攪擾最有用的辦法是重復(fù)輸出同一個(gè)數(shù)據(jù)，重復(fù)周期應(yīng)盡量短。這樣輸出設(shè)備在得到一個(gè)被攪擾的過錯(cuò)信號(hào)后，還來不及反應(yīng)，一個(gè)正確的信號(hào)又來到了，然后能夠避免誤動(dòng)作的產(chǎn)生。
在程序結(jié)構(gòu)上，可將輸出進(jìn)程安排在監(jiān)控循環(huán)中。循環(huán)周期獲得盡可能短，就能有用地避免輸出設(shè)備的過錯(cuò)動(dòng)作。需求留意的是。經(jīng)過這種安排后輸出功用是作為一個(gè)完好的模塊來履行的，與這種重復(fù)輸出辦法相對(duì)應(yīng)。軟件規(guī)劃中還有必要為各個(gè)外部輸出設(shè)備樹立一個(gè)輸出暫存單元，每次將應(yīng)輸出的成果存入暫存單元中，然后再調(diào)用輸出功用模塊將各暫存單元的數(shù)據(jù)逐個(gè)輸出，不管該數(shù)據(jù)是剛送來的，仍是曾經(jīng)就有的。這樣能夠讓每個(gè)外部設(shè)備不斷得到操控?cái)?shù)據(jù)，然后使攪擾形成的過錯(cuò)狀況不能得以維持。在履行輸出功用模塊時(shí)，應(yīng)將有關(guān)輸出接口芯片的初始狀況也同時(shí)從頭設(shè)置。因?yàn)橛捎跀嚁_的效果可能使這些芯片的作業(yè)方式操控字產(chǎn)生變化，而不能實(shí)現(xiàn)正確的輸出功用，從頭設(shè)置操控字就能避免這種過錯(cuò)．確保輸出功用的正確實(shí)現(xiàn)。
二、程序履行進(jìn)程中的軟件抗于擾
前面述及的是針對(duì)輸入輸出通道而言的，攪擾信號(hào)還未效果到CPU自身，CPU還能正確地履行各種抗攪擾程序。假如攪擾信號(hào)現(xiàn)現(xiàn)已過某種途徑效果到了CPU上，則CPU就不能按正常狀況履行程序，然后引起紊亂，這便是一般所說的程序“跑飛”。程序“跑飛”后使其康復(fù)正常的一個(gè)最簡(jiǎn)略的辦法是使CPU復(fù)位，讓程序從頭開始從頭運(yùn)行。許多單片機(jī)操控的設(shè)備中都有設(shè)置人工復(fù)位電路。人工復(fù)位一般是在整個(gè)體系現(xiàn)已完全癱瘓，無計(jì)可施的情況下才不得已而為之的。因而在進(jìn)行軟件規(guī)劃時(shí)就要考慮到萬一程序“跑飛”，應(yīng)讓其能夠自動(dòng)康復(fù)到正常狀況下運(yùn)行。
程序“跑飛”后往往將一些操作數(shù)當(dāng)作指令碼來履行，然后引起整個(gè)程序的紊亂。采用“指令冗余”是使“跑飛”的程序康復(fù)正常的一種辦法。所謂“指令冗余”，便是在一些關(guān)鍵的當(dāng)?shù)厝藶榈卮踢M(jìn)一些單字節(jié)的空操作指令NOP。當(dāng)程序“跑飛”到某條單字節(jié)指令上時(shí)，就不會(huì)產(chǎn)生將操作數(shù)當(dāng)成指令來履行的過錯(cuò)。對(duì)于MCS51單片機(jī)來說，一切的指令都不會(huì)超過3個(gè)字節(jié)，因而在某條指令前面刺進(jìn)兩條NOP指令，則該條指令就不會(huì)被前面沖下來的失控程序拆散，而會(huì)得到完好的履行，然后使程序從頭歸入正常軌道。一般是在一些對(duì)程序的流向起關(guān)鍵效果的指令前面刺進(jìn)兩條NOP指令。應(yīng)該留意的是在一個(gè)程序中“指令冗余”不能運(yùn)用過多，否則會(huì)降低程序的履行效率。
采用“指令冗余”使“跑飛”的程序康復(fù)正常是有條件的，首要“跑飛”的程序有必要落到程序區(qū)，其次有必要履行到所設(shè)置的冗余指令。假如“跑飛”的程序落到非程序區(qū)（如 EPROM中未用完的空間或某些數(shù)據(jù)表格等），或在履行到冗余指令之前現(xiàn)已形成了一個(gè)死循環(huán)，則“指令冗余”辦法就不能使“跑飛”的程序康復(fù)正常了。這時(shí)能夠采用另一種軟件抗攪擾辦法，即腸胃“軟件圈套”。“軟件圈套”是一條引導(dǎo)指令，強(qiáng)即將捕獲的程序引向一個(gè)指定的地址，在那里有一段專門處理過錯(cuò)的程序。假定這段處理過錯(cuò)的程序入口地址為ERR，則下面三條指令即組成一個(gè)“軟件圈套”：
NOP
NOP
JR ERR
假如“跑飛”的程序落到一個(gè)暫時(shí)構(gòu)成的死循環(huán)中時(shí)，冗余指令和軟件圈套都將無能為力。這時(shí)能夠采用人工復(fù)位的辦法使體系康復(fù)正常，實(shí)際上能夠規(guī)劃一種仿照人工監(jiān)測(cè)的“程序運(yùn)行監(jiān)視器”，俗稱“看門狗”（WATCHDOG）。
WATCHDOG有如下特征：
（1）自身能獨(dú)立作業(yè)，基本上不依賴于 CPU。CPU只在一個(gè)固定的時(shí)刻間隔內(nèi)與之打一次交道，標(biāo)明整個(gè)體系“現(xiàn)在尚屬正常”。
（2）當(dāng)CPU落入死循環(huán)之后，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并使整個(gè)體系復(fù)位。
現(xiàn)在有許多單片機(jī)在內(nèi)部現(xiàn)已集成了片內(nèi)的硬件WATCHDOG電路，運(yùn)用起來更為方便。也能夠用軟件程序來形成WATCHDOG。例如能夠采用單片機(jī)一個(gè)多于不必的定時(shí)器來形成10ms的軟件WATCHDOG。軟件WATCHDOG啟動(dòng)后，體系作業(yè)程序有必要每隔小于10ms的時(shí)刻從頭設(shè)置定時(shí)器的計(jì)數(shù)初值。假如程序“跑飛”后履行不到這條指令，則在10ms之內(nèi)即會(huì)產(chǎn)生一次定時(shí)器溢出中止，則定時(shí)器中止程序就能夠處理體系“意外”的情況。
采用軟件WATCHDOG有一個(gè)弱點(diǎn)，便是假如“跑飛”的程序使某些操作數(shù)變形成為了修改定時(shí)器功用的指令，則履行這種指令后軟件WATCHDOG就會(huì)失效。因而軟件WATCHDOG的可靠性不如硬件高。