80C51復(fù)位標(biāo)志位的設(shè)置與應(yīng)用研究

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G1和一個(gè)按鈕開關(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)先通過初始化軟件設(shè)置INT0為唯一的高級中斷源，下降沿觸發(fā)方式有效，開放總中斷使能位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、看門狗復(fù)位、非法地址復(fù)位、軟硬件復(fù)位和軟件復(fù)位。

① 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)位信號給80C51，令其進(jìn)行一次硬件復(fù)位操作。

② LVR：欠壓復(fù)位。當(dāng)上游電源電壓開始跌落并且下降到MAX813L的PFI檢測門限以下，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)。

③ WDR：看門狗復(fù)位。當(dāng)發(fā)生看門狗溢出時(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)生了一次看門狗復(fù)位操作;然后進(jìn)行一次主動的復(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，也會引發(fā)一次INT0中斷;在中斷服務(wù)程序中檢測輸入引腳 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)行一次主動的復(fù)位操作(方法同上)。

⑤ 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

;(根據(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，清除高級中斷激活觸

;發(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;清除低級中斷激活觸發(fā)器，并跳到

;0000H

⑦ POR：電源上電復(fù)位。雖然在用戶定義的系統(tǒng)復(fù)位標(biāo)志寄存器(SRFR)中，沒有直接設(shè)置一個(gè)POR標(biāo)志位，但是如果檢測以上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)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證(實(shí)驗(yàn)所用的單片機(jī)型號為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(又稱復(fù)位值)，如表2所列。

表2 片內(nèi)可改寫存儲器空間復(fù)位情況

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

對于沒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轉(zhuǎn)存復(fù)位標(biāo)志位，以便在斷電之后也不會徹底消失。該情況下既可選用外掛E2PROM數(shù)據(jù)存儲器(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)存儲器的單片機(jī)型號，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，即可完成對于E2PROM的燒寫操作。

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方法很簡單，不過它僅適用于那些要求不高、功能也很簡單的單片機(jī)項(xiàng)目。這類項(xiàng)目(如一些小家電之類的單片機(jī)應(yīng)用)幾乎不存在很強(qiáng)的“過程性”或“不間斷性”，對于隨時(shí)可能發(fā)生的復(fù)位操作以及重新從頭運(yùn)行的用戶程序，不會帶來太大的影響或破壞性后果。[!--empirenews.page--]

而對于 “過程性”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)行用戶程序，那么將會帶來極大的負(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程中，會經(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)過程中如果發(fā)生意外復(fù)位并且返工，將會帶來難以想象的嚴(yán)重后果。電腦控制的導(dǎo)彈，在對準(zhǔn)目標(biāo)發(fā)射之后的飛行過程中，如果發(fā)生意外復(fù)位并且重新從頭執(zhí)行程序，那么將會產(chǎn)生難以預(yù)料的結(jié)果。

綜上所述，單片機(jī)在工作過程中，受到意外干擾而進(jìn)行復(fù)位操作，如果說是不可避免的，那么復(fù)位之后從何處或在何種背景下開始運(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

類似于編寫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)行針對性服務(wù)。從圖2中可以看出，在從復(fù)位矢量0000H開始執(zhí)行用戶程序時(shí)，首先應(yīng)該檢測復(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。

① 如果是電源初始加電，則進(jìn)行原始狀態(tài)的初始化。這種情況最簡單。

② 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，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)。

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