80C51復(fù)位標(biāo)志位的設(shè)置與應(yīng)用分析

引言

　　設(shè)置復(fù)位標(biāo)志位便于區(qū)分不同原因引發(fā)的復(fù)位，作為一種新技術(shù)被越來(lái)越多的新型單片機(jī)所采納。例如Philips公司的P87LPC700和P89LPC900系列、Freescale公司（原Motorola半導(dǎo)體部）的MC68HC05系列和MC68HC08系列、Sunplus公司的SPMC65系列、Microchip公司的PIC系列等，內(nèi)部都設(shè)計(jì)了專(zhuān)門(mén)用于記錄各種復(fù)位標(biāo)志的狀態(tài)寄存器。

　　MC68HC08系列有一個(gè)復(fù)位狀態(tài)寄存器，負(fù)責(zé)記錄6種復(fù)位標(biāo)志位： 上電復(fù)位、引腳復(fù)位、看門(mén)狗復(fù)位、非法指令復(fù)位、非法地址復(fù)位和欠壓復(fù)位。SPMC65系列有一個(gè)系統(tǒng)控制寄存器，負(fù)責(zé)記錄5種復(fù)位標(biāo)志位： 上電復(fù)位、外部復(fù)位、看門(mén)狗復(fù)位、非法地址復(fù)位和欠壓復(fù)位。51兼容的P89LPC900系列有一個(gè)復(fù)位源寄存器，負(fù)責(zé)記錄6種復(fù)位標(biāo)志位： 欠壓復(fù)位、上電復(fù)位、外部復(fù)位、看門(mén)狗復(fù)位、軟件復(fù)位和UART收到間隔字符復(fù)位（主要作為進(jìn)入ISP監(jiān)控程序的途徑之一）。就連初學(xué)者很常用的AT89S51/52和P89C52X2，也在其電源控制寄存器PCON中增設(shè)了一個(gè)上電標(biāo)志位POF。

1  復(fù)位標(biāo)志位的設(shè)置方法

　　傳統(tǒng)的80C51單片機(jī)沒(méi)有設(shè)計(jì)復(fù)位標(biāo)志位的記錄功能，這應(yīng)該說(shuō)是一種遺憾，那么能否通過(guò)一定的技術(shù)手段來(lái)彌補(bǔ)這個(gè)缺憾呢？這里給廣大80C51單片機(jī)用戶(hù)提供一種啟示和引導(dǎo)。

　　實(shí)現(xiàn)復(fù)位標(biāo)志位的記錄肯定需要一定的硬件電路支持，而這種電路的設(shè)計(jì)不存在固定模式。筆者利用一片MAX813L設(shè)計(jì)了一種支撐電路，如圖1所示，僅供讀者參考。

圖1  80C51設(shè)置復(fù)位標(biāo)志的支撐電路

　　在圖1中，應(yīng)用了一個(gè)4輸入端“與非”門(mén)G1和一個(gè)按鈕開(kāi)關(guān)SW1，還占用了80C51的5條I/O引腳P1.0~P1.4以及一個(gè)外部中斷源INT0， 并且預(yù)先通過(guò)初始化軟件設(shè)置INT0為唯一的高級(jí)中斷源，下降沿觸發(fā)方式有效，開(kāi)放總中斷使能位EA。平時(shí)G1因各輸入端都維持在高電平上，因而其輸出端也保持高電平。電路中利用了一個(gè)海量電容器C1作為儲(chǔ)存能量的器件，扮演著備用電池的角色。由于二極管D1的存在，在主電源斷電期間，C1僅為單片機(jī)供電，應(yīng)該讓這時(shí)的80C51進(jìn)入耗能最低的停機(jī)狀態(tài)（PD模式）。

　　在圖1電路的基礎(chǔ)上配合必要的用戶(hù)軟件，就可以在7種不同復(fù)位源引起復(fù)位之后保存6個(gè)標(biāo)志位來(lái)記錄7種復(fù)位標(biāo)志，以下分別進(jìn)行講解?？梢允孪仍赗AM的位尋址區(qū)間分配一個(gè)字節(jié)，例如20H單元，用于記錄6個(gè)復(fù)位標(biāo)志位，如表1所列。

表1  用戶(hù)定義的系統(tǒng)復(fù)位標(biāo)志寄存器（SRFR）

　　假設(shè)該寄存器定名為SRFR（System Reset Flag Register），字節(jié)地址為20H，8位當(dāng)中僅利用了6位，bit5~bit0分別記錄人工復(fù)位、欠壓復(fù)位、看門(mén)狗復(fù)位、非法地址復(fù)位、軟硬件復(fù)位和軟件復(fù)位。

　?、?nbsp; MRST： 人工復(fù)位。當(dāng)復(fù)位按鈕SW1被按下時(shí)引發(fā)INT0中斷；在中斷服務(wù)程序中檢測(cè)輸入引腳P1.4的狀態(tài)。如果P1.4=0，則置位MRST， 記錄下曾經(jīng)發(fā)生了一次人工復(fù)位操作。然后進(jìn)行一次主動(dòng)的復(fù)位操作，方法是從輸出腳P1.0輸出一個(gè)低電平給MAX813L的輸入引腳MR，經(jīng)MAX813L延時(shí)后從輸出端RESET送出高電平復(fù)位信號(hào)給80C51，令其進(jìn)行一次硬件復(fù)位操作。

　?、?nbsp; LVR： 欠壓復(fù)位。當(dāng)上游電源電壓開(kāi)始跌落并且下降到MAX813L的PFI檢測(cè)門(mén)限以下，輸出端PFO送出低電平，引發(fā)INT0中斷；在中斷服務(wù)程序中檢測(cè)輸入引腳P1.3的狀態(tài)。如果P1.3=0，則置位LVR，記錄下曾經(jīng)發(fā)生了一次欠壓復(fù)位操作；然后進(jìn)行一次主動(dòng)的復(fù)位操作（方法同上），或者令單片機(jī)進(jìn)入停機(jī)狀態(tài)，以便節(jié)省能耗和保持?jǐn)?shù)據(jù)，以及等待主電源的恢復(fù)。

　?、?nbsp; WDR： 看門(mén)狗復(fù)位。當(dāng)發(fā)生看門(mén)狗溢出時(shí)，MAX813L的輸出端WDO送出低電平，引發(fā)INT0中斷；在中斷服務(wù)程序中檢測(cè)輸入引腳P1.2的狀態(tài)。如果P1.2=0，則置位WDR，記錄下曾經(jīng)發(fā)生了一次看門(mén)狗復(fù)位操作；然后進(jìn)行一次主動(dòng)的復(fù)位操作（方法同上）。喂狗操作利用了一個(gè)I/O引腳P1.1。

　　④  IAR： 非法地址復(fù)位。當(dāng)發(fā)生非法地址時(shí)，80C51的輸出端PSEN送出低電平瞬時(shí)脈沖，也會(huì)引發(fā)一次INT0中斷；在中斷服務(wù)程序中檢測(cè)輸入引腳P1.4~P1.2的狀態(tài)。如果P1.4~P1.2=111，則置位IAR，表示發(fā)生了一次非法地址復(fù)位操作；然后進(jìn)行一次主動(dòng)的復(fù)位操作（方法同上）。

　?、?nbsp; SHR： 軟硬件復(fù)位。當(dāng)發(fā)生了軟件陷阱的捕捉事件，或者軟件看門(mén)狗的溢出事件時(shí)，可以直接置位SHR，代表發(fā)生了一次軟硬件復(fù)位操作；然后進(jìn)行一次主動(dòng)的復(fù)位操作（方法同上）。如果利用T0作軟件WDT，則應(yīng)該同時(shí)設(shè)置INT0和T0中斷源為高級(jí)中斷。

　　⑥  SWR： 軟件復(fù)位。當(dāng)發(fā)生了軟件陷阱的捕捉事件，或者軟件看門(mén)狗的溢出事件時(shí)，也可以直接置位SWR，代表發(fā)生了一次軟件復(fù)位操作；然后調(diào)用軟件復(fù)位程序SWRST即可。軟件復(fù)位程序的編寫(xiě)方法如下：

SWRST：；定義軟件復(fù)位程序的實(shí)際入口地址
　　CLREA；首先關(guān)閉中斷源總使能位
　　SETBF0；設(shè)置一個(gè)軟件復(fù)位標(biāo)志位
　　MOVP0，#0FFH；設(shè)定通用端口P0為高阻輸入狀態(tài)
　　MOVP1，#0FFH；設(shè)定通用端口P1為高阻輸入狀態(tài)
　　MOVP2，#0FFH；設(shè)定通用端口P2為高阻輸入狀態(tài)
　　MOVP3，#0FFH；設(shè)定通用端口P3為高阻輸入狀態(tài)
　　MOVPSW，#00H；設(shè)定程序狀態(tài)字寄存器為原始值
　?。唬ǜ鶕?jù)需要還可初始化其他SFR）
　　MOVDPTR，#SWR0；為RETI準(zhǔn)備彈出地址，而又不改變
　　；執(zhí)行順序
　　PUSHDPL；壓棧低字節(jié)，在先
　　PUSHDPH；壓棧高字節(jié)，在后
　　RETI；中斷返回指令，清除高級(jí)中斷激活觸
　?。话l(fā)器
SWR0：
　　CLRA；準(zhǔn)備復(fù)位地址
　　PUSHACC；壓棧低字節(jié)00H
　　PUSHACC；壓棧高字節(jié)00H
　　RETI；清除低級(jí)中斷激活觸發(fā)器，并跳到
　??；0000H

　?、?nbsp; POR： 電源上電復(fù)位。雖然在用戶(hù)定義的系統(tǒng)復(fù)位標(biāo)志寄存器（SRFR）中，沒(méi)有直接設(shè)置一個(gè)POR標(biāo)志位，但是如果檢測(cè)以上6個(gè)標(biāo)志位同時(shí)為0，則表明此前進(jìn)行的是一次上電復(fù)位。理由是，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證（實(shí)驗(yàn)所用的單片機(jī)型號(hào)為SST89C58），在每次初次加電時(shí)，包含RAM的20H單元在內(nèi)的80C51內(nèi)部RAM區(qū)間（00H~7FH），其內(nèi)容全部自動(dòng)清零；在每次RST引腳復(fù)位（或者軟件復(fù)位）時(shí)，其內(nèi)容維持不變。而各個(gè)SFR無(wú)論是上電復(fù)位還是RST引腳復(fù)位時(shí)，均被還原為原始值（又稱(chēng)復(fù)位值），如表2所列。

表2  片內(nèi)可改寫(xiě)存儲(chǔ)器空間復(fù)位情況

　　對(duì)于那些僅增設(shè)了一個(gè)復(fù)位標(biāo)志位（技術(shù)手冊(cè)中記作POF）的較新型單片機(jī)（如AT89S51/52、AT89S8252、AT89C53、AT89C55WD、AT89C51RC和P89C51X2/52X2/54X2/58X2等型號(hào)），也恰好不再需要這里所設(shè)置的POR標(biāo)志位了。

　　對(duì)于沒(méi)有配備備用電源的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，還可以考慮利用E2PROM在斷電之前的瞬間來(lái)轉(zhuǎn)存復(fù)位標(biāo)志位，以便在斷電之后也不會(huì)徹底消失。該情況下既可選用外掛E2PROM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（如8腳串行的24C01、93C46或25C040等）的電路方案，也可選用內(nèi)部本身帶有E2PROM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的單片機(jī)型號(hào)，如AT89S8252等。這樣在斷電之前的瞬間，利用電源濾波電容C2上的少量殘留能量，即可完成對(duì)于E2PROM的燒寫(xiě)操作。

2  復(fù)位標(biāo)志位的應(yīng)用方法

　　一般的初始化程序段落的編寫(xiě)方法很簡(jiǎn)單，不過(guò)它僅適用于那些要求不高、功能也很簡(jiǎn)單的單片機(jī)項(xiàng)目。這類(lèi)項(xiàng)目（如一些小家電之類(lèi)的單片機(jī)應(yīng)用）幾乎不存在很強(qiáng)的“過(guò)程性”或“不間斷性”，對(duì)于隨時(shí)可能發(fā)生的復(fù)位操作以及重新從頭運(yùn)行的用戶(hù)程序，不會(huì)帶來(lái)太大的影響或破壞性后果。

　　而對(duì)于“過(guò)程性”或“不間斷性”要求很強(qiáng)的單片機(jī)項(xiàng)目，一旦發(fā)生偶然性復(fù)位操作，并且重新從頭運(yùn)行用戶(hù)程序，那么將會(huì)帶來(lái)極大的負(fù)面影響或破壞性后果。例如，單片機(jī)控制的面包機(jī)，在一次加工面包的過(guò)程中，會(huì)經(jīng)歷攪拌、加熱等工序；假若其間發(fā)生意外復(fù)位并且重新從頭執(zhí)行程序，則會(huì)導(dǎo)致成為廢品或者燒焦。電腦控制的手術(shù)機(jī)器人，在一次手術(shù)過(guò)程中如果發(fā)生意外復(fù)位并且返工，將會(huì)帶來(lái)難以想象的嚴(yán)重后果。電腦控制的導(dǎo)彈，在對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)發(fā)射之后的飛行過(guò)程中，如果發(fā)生意外復(fù)位并且重新從頭執(zhí)行程序，那么將會(huì)產(chǎn)生難以預(yù)料的結(jié)果。

　　綜上所述，單片機(jī)在工作過(guò)程中，受到意外干擾而進(jìn)行復(fù)位操作，如果說(shuō)是不可避免的，那么復(fù)位之后從何處或在何種背景下開(kāi)始運(yùn)行程序，則是可以人為安排的。因此，復(fù)位標(biāo)志位的應(yīng)用方法實(shí)質(zhì)上就是復(fù)位處理程序的編寫(xiě)方法。復(fù)位處理程序的處理流程如圖2所示。

圖2  復(fù)位處理程序流程

　　類(lèi)似于編寫(xiě)UART串口通信中斷服務(wù)程序的思路，在進(jìn)入中斷程序之后首先要檢測(cè)中斷標(biāo)志位，看是一次接收中斷（RI=1）還是一次發(fā)送中斷（SI=1），然后再進(jìn)入不同程序分支進(jìn)行針對(duì)性服務(wù)。從圖2中可以看出，在從復(fù)位矢量0000H開(kāi)始執(zhí)行用戶(hù)程序時(shí)，首先應(yīng)該檢測(cè)復(fù)位標(biāo)志寄存器，判斷是電源初始加電還是其他復(fù)位源引起的復(fù)位或程序計(jì)數(shù)器PC清零。

　?、?nbsp; 如果是電源初始加電，則進(jìn)行原始狀態(tài)的初始化。這種情況最簡(jiǎn)單。

　?、?nbsp; 如果屬于程序跑飛引起的軟件復(fù)位、軟硬件復(fù)位、非法地址復(fù)位，或者人工強(qiáng)行復(fù)位，則應(yīng)該依據(jù)具體情況盡量恢復(fù)數(shù)據(jù)或修正參數(shù)，以便盡最大可能不影響或少影響程序的正常運(yùn)行（恢復(fù)和修正數(shù)據(jù)的具體算法這里不再深入探討）。

　　③  如果是欠壓復(fù)位，則盡量從被打斷的程序斷點(diǎn)處重新開(kāi)始執(zhí)行程序。具體的實(shí)現(xiàn)方法和步驟可以是：  復(fù)位之前——單片機(jī)響應(yīng)PFO中斷請(qǐng)求而進(jìn)入其服務(wù)程序后，保存堆棧指針SP當(dāng)前值到指定RAM單元，把單片機(jī)推入停機(jī)狀態(tài)；復(fù)位之后——待電源恢復(fù)后，MAX813L得電而從RESET端送出高電平信號(hào)，喚醒停機(jī)狀態(tài)下的單片機(jī)。若喚醒后的單片機(jī)再檢測(cè)到是欠壓復(fù)位，則首先復(fù)原先前的SP值，再利用一條RET（或RETI）指令彈出停機(jī)之前的程序斷點(diǎn)到PC，從而可以繼續(xù)執(zhí)行前面的任務(wù)。