單片機(jī)原理與接口技術(shù)第13章單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)

抗干擾技術(shù)3/1/20241(1)了解單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)所遇到的干擾問題。(2)熟悉單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)硬件抗干擾措施。(3)熟悉單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)軟件抗干擾措施。(4)掌握“看門狗”抗干擾技術(shù)。(5)掌握數(shù)字濾波技術(shù)。

本章教學(xué)要求3/1/20242本章目錄13.1干擾源及其分類13.1.1干擾的定義13.1.2干擾的種類13.2干擾對(duì)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的影響13.3硬件抗干擾技術(shù)13.3.1無源濾波13.3.2有源濾波13.3.3去耦電路13.3.4屏蔽技術(shù)13.3.5隔離技術(shù)13.3.6接地技術(shù)13.4軟件抗干擾技術(shù)13.4.1軟件抗干擾的一般方法13.4.2指令冗余技術(shù)13.4.3軟件陷阱技術(shù)13.4.4“看門狗”技術(shù)13.5數(shù)字濾波技術(shù)習(xí)題與思考題3/1/2024313.1干擾源及其分類

疊加在有用信號(hào)上，使原來有用信號(hào)發(fā)生畸變的變化電量稱為噪聲。由于噪聲在一定條件下影響和破壞設(shè)備或系統(tǒng)的正常工作，所以通常把具有危害性的噪聲稱為干擾。

噪聲原來的含義是指不同頻率、不同強(qiáng)度雜亂聲音的組合。在電工學(xué)、電子學(xué)等學(xué)科中把那些不需要的電壓和電流，并在一定條件下成為危害電路正常工作的干擾電壓和干擾電流，稱為噪聲或者干擾。通常，當(dāng)以危害性干擾量為對(duì)象進(jìn)行研究時(shí)，多使用噪聲這個(gè)詞；當(dāng)以干擾量所造成的危害作用為對(duì)象進(jìn)行研究時(shí)，多使用干擾這個(gè)詞。13.1.1干擾的定義

----干擾與噪聲3/1/2024413.1.2干擾的種類常見干擾的分類表1．干擾的種類

----干擾分類表3/1/2024513.1.2干擾的種類串模干擾是指串聯(lián)于信號(hào)回路中的干擾。這種干擾2．按干擾與輸入信號(hào)的傳輸關(guān)系分類1）串模干擾----串模干擾表現(xiàn)為噪聲信號(hào)和有效信號(hào)串聯(lián)疊加在一起作用于電路中，噪聲往返于兩條線路間。3/1/2024613.1.2干擾的種類共模干擾是干擾電壓同時(shí)疊加于兩條信號(hào)線上出現(xiàn)的干擾。干擾侵入線路和地線之間，噪聲電流在兩條線上各流過一部分，以地為公共回路。而信號(hào)電流只在往返兩條線路中2）共模干擾----共模干擾流過。這種干擾出現(xiàn)在輸入信號(hào)端和系統(tǒng)本體接地之間，主要是由于兩者接地之間存在干擾電壓引起的，如圖所示。3/1/2024713.1.2干擾的種類3．按干擾傳播方式分類

----按傳播方式分類3/1/2024813.1.2干擾的種類4．按干擾波形的性質(zhì)分類

----按波形性質(zhì)分類干擾波形分為持續(xù)正弦波和各種形狀的脈沖波。圖(a)干擾信號(hào)表現(xiàn)為持續(xù)正弦波形，它通常以頻率、幅值和相位角等特征值來表示。圖(b)是浪涌脈沖電壓波形，它通常以最高幅值、脈沖寬度及能量等特征值表示，如雷擊波、靜電放電等波形。圖(c)是脈沖序列波形，它通常以最高幅值、脈沖寬度、周期等特征值表示。3/1/2024913.2干擾對(duì)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的影響 影響測(cè)控系統(tǒng)安全、可靠運(yùn)行的主要因素是來自系統(tǒng)內(nèi)部和外部的各種電氣干擾，以及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、元器件選擇、安裝、制造工藝和外部電磁環(huán)境條件等。這些因素對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)造成的影響主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：(1)數(shù)據(jù)采集誤差增大(2)控制狀態(tài)失靈(3)數(shù)據(jù)受干擾發(fā)生變化(4)程序運(yùn)行失常3/1/20241013.3硬件抗干擾技術(shù)通過合理的硬件電路設(shè)計(jì)，可以減弱或抑制絕大部分干擾。本節(jié)簡要介紹在工程上廣泛采用的一些硬件抗干擾電路的概念及應(yīng)用，主要包括：無源濾波有源濾波去耦電路屏蔽技術(shù)隔離技術(shù)接地技術(shù)3/1/20241113.3.1無源濾波----C、RC、LC濾波電路采用濾波技術(shù)抑制干擾的硬件電路是濾波器。濾波器按組成結(jié)構(gòu)分為無源濾波器和有源濾波器。由無源元件電阻、電容和電感構(gòu)成的濾波器為無源濾波器。3/1/20241213.3.2有源濾波由電阻、電容、電感和有源元件如晶體管、線性運(yùn)算放大器等構(gòu)成的濾波器為有源濾波器。----有源濾波器3/1/20241313.3.3去耦電路由于單片機(jī)系統(tǒng)三總線上的信息變化幾乎是在同一時(shí)刻發(fā)生的,所產(chǎn)生的尖峰電流將在電源內(nèi)阻抗上產(chǎn)生壓降、在公共傳輸導(dǎo)線阻抗上產(chǎn)生壓降,使供電電壓跳動(dòng)。欲降低尖峰電流的影響,一種方法是在布線上采取措施,使雜散電容降至最小。另一種方法是設(shè)法降低供電電源的內(nèi)阻,使尖峰電流不致引起過大的電源電壓波動(dòng)。----C吸收尖峰電流3/1/20241413.3.4屏蔽技術(shù)屏蔽是指用屏蔽體把通過空間進(jìn)行電場(chǎng)、磁場(chǎng)或電磁場(chǎng)耦合的部分隔離開來,割斷空間場(chǎng)的耦合通道。屏蔽的方法通常是用低電阻材料作成屏蔽體,把需要隔離的部分包圍起來。被隔離的部分既可以是干擾源,也可以是易受干擾的部分。

1．屏蔽的概念-----屏蔽是作用

2．信號(hào)傳輸中屏蔽技術(shù)的使用一種是采用雙絞線，其中一根用作屏蔽線，另一根用作信號(hào)傳輸線；另一種是采用金屬網(wǎng)狀編織的屏蔽線，金屬編織網(wǎng)作屏蔽外層，芯線用來傳輸信號(hào)。一般的原則是：抑制靜電感應(yīng)干擾采用金屬網(wǎng)的屏蔽線，抑制電磁感應(yīng)干擾用雙絞線。3/1/20241513.3.5隔離技術(shù)隔離是指從電路上把干擾源和易干擾的部分隔離開來，使單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)與現(xiàn)場(chǎng)僅保持信號(hào)聯(lián)系，不直接發(fā)生電的聯(lián)系。隔離的實(shí)質(zhì)是把引進(jìn)干擾的通道切斷，從而達(dá)到隔離現(xiàn)場(chǎng)干擾的目的。一般工業(yè)應(yīng)用的單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)既包括弱電控制部分，又包括強(qiáng)電控制部分。實(shí)行弱電和強(qiáng)電隔離，是保證系統(tǒng)工作穩(wěn)定、設(shè)備與操作人員安全的重要措施。測(cè)控裝置與現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)之間、弱電和強(qiáng)電之間，常用的隔離方式有光電隔離、變壓器隔離、繼電器隔離等。

-----隔離的概念3/1/202416光電隔離是由光電耦合器件來完成的，光電耦合器是以光為媒介傳輸信號(hào)的器件。其輸入端配置發(fā)光源，輸出端配置受光器，因而輸入和輸出在電氣上是完全隔離的。輸入和輸出之間無電接觸，能有效地防止輸入端的電磁干擾以電耦合的方式進(jìn)入單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)。目前廣泛使用的是由發(fā)光二極管與光敏三極管組合成的光電耦合器，見下圖。1．光電隔離13.3.5隔離技術(shù)----光電耦合器3/1/20241713.3.5隔離技術(shù)光電耦合器在實(shí)際電路中的應(yīng)用舉例----光電隔離的應(yīng)用模擬信號(hào)采集電路用的光電耦合器輸入電路(信號(hào)從發(fā)射極引出)脈沖信號(hào)輸入電路用的光電耦合輸入電路(采用施密特觸發(fā)器輸出的光電耦合電路)3/1/20241813.3.5隔離技術(shù)利用光電耦合作為輸出的電路，其中J為繼電器線圈----光電隔離的應(yīng)用用光電耦合器控制晶閘管的電路光電耦合器在實(shí)際電路中的應(yīng)用舉例3/1/20241913.3.5隔離技術(shù)繼電器的線圈和觸點(diǎn)之間沒有電氣上的聯(lián)系，因此，可利用繼電器的線圈接受電氣信號(hào)，利用觸點(diǎn)發(fā)送和輸出信號(hào)，從而避免強(qiáng)電和弱電信號(hào)之間的直接接觸，實(shí)現(xiàn)了抗干擾隔離。

2．繼電器隔離-----繼電器隔離3/1/202420脈沖變壓器可實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)的隔離。脈沖變壓器的匝數(shù)較少，而且一次和二次繞組分別纏繞在鐵氧體磁芯的兩側(cè)，分布電容僅幾PF，可作為脈沖信號(hào)的隔離器件。

3．變壓器隔離13.3.5隔離技術(shù)----脈沖變壓器隔離3/1/20242113.3.6接地技術(shù)實(shí)踐證明，單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)和其他工業(yè)用電子設(shè)備的干擾與系統(tǒng)的接地方式有很大關(guān)系。良好接地可以在很大程度上抑制系統(tǒng)內(nèi)部噪聲耦合，防止外部干擾的侵入，提高系統(tǒng)的抗干擾能力。反之，若接地處理得不好，會(huì)導(dǎo)致噪聲耦合，形成嚴(yán)重干擾。因此，在抗干擾設(shè)計(jì)中，對(duì)接地方式應(yīng)予以認(rèn)真考慮。-----接地的作用3/1/202422電氣設(shè)備中的“地”，通常有兩種含義：一種是“大地”，另一種是“工作基準(zhǔn)地”?！按蟮亍笔侵傅厍虼蟮?。這時(shí)的所謂接地是指電氣設(shè)備的金屬外殼、線路等通過接地線、接地極與地球大地相連接。這種接地可以保證設(shè)備和人身安全，提供靜電屏蔽通路，降低電磁感應(yīng)噪聲?！肮ぷ骰鶞?zhǔn)地”是指信號(hào)回路的基準(zhǔn)導(dǎo)體，如系統(tǒng)電源的零電位，又稱“系統(tǒng)地”。這時(shí)的所謂接地是指將裝置內(nèi)部各單元電路信號(hào)返回線與基準(zhǔn)導(dǎo)體連接。這種接地目的是為電路提供穩(wěn)定的基準(zhǔn)電位。對(duì)這種接地的要求是盡量減小接地回路中的公共阻抗壓降，以減小系統(tǒng)中干擾信號(hào)施加于公共阻抗的耦合。13.3.6接地技術(shù)

1．接地的含義----“大地”與“系統(tǒng)地”3/1/202423

2．接地目的13.3.6接地技術(shù)電氣設(shè)備接地目的，其一是為各電路的工作提供基準(zhǔn)電位，其二是為了安全，其三是為了抑制干擾。1)安全根據(jù)用電法規(guī)，電氣設(shè)備的金屬外殼必須接地，稱為安全接地。其目的是防止電氣設(shè)備的金屬外殼上出現(xiàn)過高的對(duì)地電壓和漏電流而危害人身、設(shè)備的安全。2)抑制干擾電子設(shè)備的某些部分與大地相接可以起到抑制干擾作用。例如，金屬屏蔽層接地可以抑制變化電場(chǎng)的干擾；雙絞線中一根做信號(hào)線，另一根兩端接地可以防止電磁干擾；大型電子設(shè)備往往具有很大的對(duì)地分布電容，合理選擇接地點(diǎn)可以削弱分布電容的影響。----接地目的3/1/2024241)安全接地指設(shè)備金屬外殼等接地。是為保護(hù)高壓用電設(shè)備使用人員以防觸電所必需的，一般要求接地電阻rd<10

。2)工作接地指信號(hào)回路接于基準(zhǔn)導(dǎo)體或基準(zhǔn)電位點(diǎn)?；鶞?zhǔn)電位的連線稱為工作地，又稱系統(tǒng)地，是控制回路直流電源的零伏導(dǎo)線。電子設(shè)備的工作接地方式有3種：浮地直接接地電容接地13.3.6接地技術(shù)

3．接地的分類-----安全接地與工作接地3/1/202425浮地：是指裝置的整個(gè)地線系統(tǒng)和大地之間無導(dǎo)體連接，是以懸浮的“地”作為系統(tǒng)的參考電位。適用于系統(tǒng)對(duì)地電阻很大，對(duì)地分布電容很小的電子系統(tǒng)。這種接地方式由外部共模干擾引起的干擾電流很小。直接接地：是指將控制系統(tǒng)中的基準(zhǔn)電位點(diǎn)直接與大地相連。當(dāng)控制設(shè)備有很大的對(duì)地分布電容時(shí)，只要合理選擇接地點(diǎn)，就可以抑制分布電容的影響。電容接地：是指經(jīng)過電容器把工作地與大地相連。接地電容主要是為高頻干擾分量提供對(duì)地通道，抑制分布電容的影響。電容接地主要用于工作地與大地間存在直流或低頻電位差的情況，所用的電容應(yīng)具有良好的高頻特性和耐壓性能，一般選2~10μF。13.3.6接地技術(shù)-----工作接地3/1/2024263)屏蔽接地

指電纜、變壓器等屏蔽層的接地。為了抑制變化電場(chǎng)的干擾，在單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)和其他電子設(shè)備中廣泛采用屏蔽保護(hù)，如電源變壓器的初、次級(jí)間的屏蔽層，功能器件或線路的屏蔽罩等。為了充分抑制靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)的干擾，屏蔽用的導(dǎo)體必須良好接地。屏蔽接地的應(yīng)用有：將信號(hào)傳輸電纜的屏蔽層在接收器側(cè)一端接地多層屏蔽接地13.3.6接地技術(shù)-----屏蔽接地3/1/20242713.3.6接地技術(shù)信號(hào)傳輸電纜的屏蔽層一端接地

----屏蔽層接地3/1/20242813.3.6接地技術(shù)-----接地技術(shù)應(yīng)用多層屏蔽接地3/1/202429在單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)中，通常把數(shù)字系統(tǒng)和模擬系統(tǒng)的工作基準(zhǔn)地浮空，而設(shè)備外殼或機(jī)箱采用屏蔽接地。浮地方式可使測(cè)控系統(tǒng)不受大地電流的影響，提高了系統(tǒng)的抗干擾性能。由于強(qiáng)電設(shè)備大多數(shù)采用保護(hù)接地，浮地技術(shù)切斷了強(qiáng)電與弱電的聯(lián)系，系統(tǒng)運(yùn)行安全可靠。單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)備外殼或機(jī)箱采用屏蔽接地，無論從防止靜電干擾和電磁感應(yīng)干擾的角度考慮，還是從人身設(shè)備安全的角度考慮，都是十分必要的措施。13.3.6接地技術(shù)4．單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)接地技術(shù)

1)浮地-屏蔽接地方案

----屏蔽接地方案3/1/20243013.3.6接地技術(shù)浮地-屏蔽接地方案的應(yīng)用----屏蔽接地應(yīng)用3/1/202431在高頻電路中，地線上具有電感，因而增加了地線阻抗，而且地線變成了天線，向外輻射干擾信號(hào)，因此要多點(diǎn)就近接地。

在低頻電路中，接地電路要避免形成環(huán)路，所以應(yīng)一點(diǎn)接地。

13.3.6接地技術(shù)2)一點(diǎn)接地與多點(diǎn)接地原則----屏蔽接地原則3/1/20243213.4軟件抗干擾技術(shù)軟件抗干擾技術(shù)所研究的主要內(nèi)容：采取軟件的方法抑制疊加在模擬輸入信號(hào)上干擾的影響，如數(shù)字濾波技術(shù)；由于干擾使運(yùn)行程序發(fā)生混亂，導(dǎo)致程序亂飛或陷入死循環(huán)時(shí)，采取使程序納入正規(guī)的措施，如軟件冗余、軟件陷阱、“看門狗”技術(shù)。這些方法可以用軟件實(shí)現(xiàn)，也可以采用軟件、硬件相結(jié)合的方法實(shí)現(xiàn)。常用的軟件抗干擾措施包括：■輸入口信號(hào)重復(fù)檢測(cè)■輸出端口數(shù)據(jù)刷新

■指令冗余■軟件陷阱■“看門狗”■數(shù)字濾波13.4.1軟件抗干擾的一般方法----軟件抗干擾內(nèi)容3/1/20243313.4.2指令冗余技術(shù)為使“亂飛”程序在程序區(qū)迅速納入正軌，可采取的措施：多用單字節(jié)指令；在關(guān)鍵地方人為地插入一些單字節(jié)指令NOP；將有效單字節(jié)指令重寫。以上措施稱之為指令冗余。此外，對(duì)系統(tǒng)流向起重要作用的指令如：RET、RETI、LCALL、LJMP、JC等在這些指令之前插入兩條NOP，可將亂飛程序納入正軌，確保這些重要指令的執(zhí)行。采用指令冗余技術(shù)使PC納入正確軌道的條件是：跑飛的PC必須指向程序運(yùn)行區(qū)，并且必須執(zhí)行到冗余指令。----指令冗余的方法3/1/20243413.4.3軟件陷阱技術(shù)當(dāng)亂飛程序進(jìn)入非程序區(qū)，如EPROM未使用的空間或表格區(qū)時(shí)，采用冗余指令使程序入軌條件便不滿足。此時(shí)可以設(shè)定軟件陷阱，攔截亂飛程序，將其迅速引向一個(gè)指定位置，在那里有一段專門對(duì)程序運(yùn)行出錯(cuò)進(jìn)行處理的程序。軟件陷阱，是指將亂飛的程序引向指定位置，再進(jìn)行出錯(cuò)處理。通常用轉(zhuǎn)移指令強(qiáng)行將捕獲到的亂飛程序引向指定入口地址，在那里有一段專門處理錯(cuò)誤的程序，使程序納人正軌。因此先要合理設(shè)計(jì)陷阱，再將陷阱安排在適當(dāng)?shù)奈恢?。通常軟件陷阱將安排在如下幾個(gè)位置。---設(shè)置軟件陷阱3/1/20243513.4.3軟件陷阱技術(shù)MCS-51單片機(jī)的中斷矢量區(qū)為0003H~002FH，各中斷源與它所對(duì)應(yīng)的中斷服務(wù)程序入口地址如下表所示。如果系統(tǒng)程序未使用完全部中斷向量區(qū)，則可在剩余的中斷向量區(qū)設(shè)置“軟件陷阱”。1．未使用的中斷區(qū)----中斷入口設(shè)置陷阱當(dāng)未使用的中斷因干擾而開放時(shí)，“軟件陷阱”能夠捕捉到錯(cuò)誤的中斷。3/1/20243613.4.3軟件陷阱技術(shù)例如，某單片機(jī)系統(tǒng)使用了兩個(gè)外部中斷INT0，INT1和一個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器溢出中斷T0，以及串行口中斷，其中斷服務(wù)子程序入口地址分別為FUINT0，F(xiàn)UINT1，F(xiàn)UT0和FUCON，則可按下面程序段的方式在中斷向量區(qū)設(shè)置軟件陷阱。

----中斷入口設(shè)置陷阱舉例

ORG0000H0000H LJMPMAIN ;引導(dǎo)主程序入口0003H LJMPFUINT0 ;外部中斷0服務(wù)程序入口0006H NOP ;冗余指令0007H NOP0008H LJMPERR ;設(shè)置陷阱000BH LJMPFUT0 ;定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0中斷服務(wù)程序入口000EH NOP ;冗余指令000FH NOP0010H LJMPERR ;設(shè)置陷阱0013H LJMPFUINT1 ;外部中斷1服務(wù)程序入口3/1/20243713.4.3軟件陷阱技術(shù)0016H NOP ;冗余指令0017H NOP0018H LJMPERR ;設(shè)置陷阱001BH LJMPERR ;未使用的定時(shí)/計(jì)數(shù)器T1中斷,設(shè)置陷阱001EH NOP ;冗余指令001FH NOP0020H LJMPERR ;設(shè)置陷阱0023H LJMPFUCON ;串行口中斷服務(wù)程序入口0026H NOP ;冗余指令0027H NOP0028H LJMPERR ;設(shè)置陷阱002BH LJMPERR ;未使用的定時(shí)/計(jì)數(shù)器T2中斷,設(shè)置陷阱002EH NOP ;冗余指令002FH NOP0030H MAIN:… ;主程序----中斷入口設(shè)置陷阱舉例3/1/20243813.4.3軟件陷阱技術(shù)原因：在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，EPROM一般很少全部用完。問題：亂飛的程序有可能使程序指針(PC)落入這些未使用的EPROM空間。方法：應(yīng)重復(fù)地用長跳轉(zhuǎn)指令“LJMP0000H”填滿這些未使用的EPROM空間。分析：“LJMP0000H”是一個(gè)3字節(jié)長轉(zhuǎn)移指令，指令機(jī)器碼是02，0000H是指令的跳轉(zhuǎn)入口（即：程序的開始），“LJMP0000H”指令的完整機(jī)器碼是020000H。措施：用0000020000H（或020202020000H）數(shù)據(jù)填滿未使用的EPROM空間。但最后一條填入數(shù)據(jù)應(yīng)為020000H。效果：當(dāng)亂飛程序進(jìn)入該區(qū)間時(shí)，便會(huì)迅速恢復(fù)到程序開始處。2．未使用的EPROM空間----未使用的EPROM空間設(shè)置陷阱3/1/20243913.4.3軟件陷阱技術(shù)原因：MCS-51單片機(jī)系統(tǒng)地址空間為64KB，系統(tǒng)中除了EPROM芯片占用的地址空間外，還會(huì)余下大量空間。如系統(tǒng)僅選用一片2764，其地址空間為0000H~1FFFH（8KB），那么將有2000H~FFFFH（56KB）地址空間閑置。問題：當(dāng)程序指針(PC)“亂飛”至這些空間時(shí)，讀入數(shù)據(jù)將為FFH。分析：FFH是單字節(jié)指令“MOVR7,A”的機(jī)器碼，這時(shí)會(huì)執(zhí)行“MOVR7,A”指令，將修改R7的內(nèi)容。因此，當(dāng)程序“亂飛”進(jìn)入非EPROM芯片區(qū)后，不僅無法迅速入軌，而且會(huì)破壞R7的內(nèi)容。

3．非EPROM芯片空間----非EPROM芯片空間設(shè)置陷阱3/1/20244013.4.3軟件陷阱技術(shù)措施：要消除這種干擾，可通過軟硬件結(jié)合的方法來解決。如下圖所示，當(dāng)CPU訪問非EPROM空間時(shí)，Y0輸出高電平，與信號(hào)PSEN配合將使INT0產(chǎn)生低電平，觸發(fā)外部中斷0，在中斷服務(wù)程序中設(shè)置軟件陷阱，可將“亂飛”的PC納入正軌。

3．非EPROM芯片空間----非EPROM芯片空間設(shè)置陷阱3/1/20244113.4.3軟件陷阱技術(shù)原因：程序設(shè)計(jì)時(shí)常采用模塊化設(shè)計(jì)，按照程序的要求一個(gè)模塊、一個(gè)模塊地執(zhí)行。措施：可以將陷阱指令組分散放置在用戶程序各模塊之間空余的單元里。效果：在正常程序中不執(zhí)行這些陷阱指令，保證用戶程序正常運(yùn)行。但當(dāng)程序亂飛一旦落入這些陷阱區(qū)，馬上將亂飛的程序拉到正確軌道。4．運(yùn)行程序區(qū)----運(yùn)行程序區(qū)設(shè)置陷阱3/1/202442設(shè)有：(1)用戶主程序運(yùn)行區(qū)間為ADD1~ADD2(2)定時(shí)器T0產(chǎn)生10ms定時(shí)中斷當(dāng)程序亂飛落入ADD1~ADD2區(qū)間外時(shí)，發(fā)生了定時(shí)中斷，可在中斷服務(wù)程序中判定中斷斷點(diǎn)地址ADDX。若ADDX<ADD1或ADDX>ADD2，說明發(fā)生了程序亂飛，則應(yīng)使中斷程序的返回點(diǎn)改為復(fù)位入口地址0000H，而不是返回到斷點(diǎn)處，以使亂飛程序及時(shí)(10ms內(nèi))納入正軌。定時(shí)中斷程序的設(shè)置可以是用戶程序（在其中安排以上陷阱程序），也可是專門為陷阱程序安排的定時(shí)中斷。13.4.3軟件陷阱技術(shù)5．中斷服務(wù)程序區(qū)----利用定時(shí)中斷服務(wù)設(shè)置陷阱3/1/20244313.4.3軟件陷阱技術(shù)問題：單片機(jī)中RAM保存有大量數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)的寫入是使用“MOVX@DPTR,A”指令來完成。當(dāng)CPU受到干擾而非法執(zhí)行該指令時(shí),就會(huì)改寫RAM中的數(shù)據(jù)，導(dǎo)致RAM中數(shù)據(jù)丟失。分析：為了減小RAM中數(shù)據(jù)丟失的可能性，可在RAM寫操作之前加入條件陷阱，不滿足條件時(shí)不允許寫操作，并進(jìn)入陷阱，形成死循環(huán)。程序進(jìn)入“死循環(huán)”后，可通過“看門狗”技術(shù)使程序復(fù)位。做法：將正常的“MOVX@DPTR,A”指令改用一段帶有條件陷阱的RAM寫操作程序，在調(diào)用該程序前準(zhǔn)備好要寫入RAM的數(shù)據(jù)和約定的條件，在該程序中先判斷條件，若條件符合則完成寫入RAM操作，否則進(jìn)入陷阱程序。在受到干擾而非法執(zhí)行RAM寫操作指令時(shí)，是不大可能具備約定條件的。6．RAM數(shù)據(jù)保護(hù)區(qū)----RAM數(shù)據(jù)保護(hù)的條件陷阱3/1/20244413.4.4“看門狗”技術(shù)PC受到干擾而失控，引起程序“亂飛”，也可能使程序陷入“死循環(huán)”。指令冗余技術(shù)、軟件陷阱技術(shù)不能使失控的程序擺脫“死循環(huán)”。通常采用“看門狗”（Watchdog）技術(shù)，又稱為程序監(jiān)視技術(shù)，使程序脫離“死循環(huán)”?！翱撮T狗”技術(shù)可由硬件實(shí)現(xiàn)，也可由軟件實(shí)現(xiàn)，還可由兩者結(jié)合來實(shí)現(xiàn)。----使程序脫離死循環(huán)3/1/20244513.4.4“看門狗”技術(shù)專用硬件看門狗是指一些集成化的或集成在單片機(jī)內(nèi)的專用看門狗電路。從電路功能上看，它實(shí)際上是一個(gè)特殊的定時(shí)器，當(dāng)定時(shí)時(shí)間到時(shí)，發(fā)出溢出脈沖。從實(shí)現(xiàn)角度上看，硬件看門狗電路與單片機(jī)系統(tǒng)連接好以后，在程序中適當(dāng)?shù)夭迦胍恍┛撮T狗復(fù)位指令（即“喂狗”指令），保證程序正常運(yùn)行時(shí)看門狗不溢出。當(dāng)程序運(yùn)行異常時(shí)，看門狗超時(shí)發(fā)出溢出脈沖，通過單片機(jī)的RESET引腳使單片機(jī)復(fù)位。目前常用的集成看門狗電路有MAX705~708、MAX791、MAX813L、X5043/5045等。

1．專用硬件“看門狗”----硬件“看門狗”原理3/1/20244613.4.4“看門狗”技術(shù)硬件“看門狗”的實(shí)現(xiàn)方法：如圖所示是采用MAX706和8051構(gòu)成的“看門狗”硬件電路?？撮T狗輸入端WDI與8051的P1.0口相連，在系統(tǒng)正常運(yùn)行狀態(tài)下，P1.0口不超過1.6秒就向MAX706的WDI端口發(fā)一次觸發(fā)脈沖。若系統(tǒng)程序因干擾而陷入死循環(huán)，則在死循環(huán)周期內(nèi)由于P1.0端口無觸發(fā)脈沖產(chǎn)生，當(dāng)死循環(huán)運(yùn)行時(shí)間超過1.6秒時(shí)，看門狗輸出WDO將變低，致使8051復(fù)位，使系統(tǒng)重新開始運(yùn)行。----硬件“看門狗”的實(shí)現(xiàn)3/1/20244713.4.4“看門狗”技術(shù)軟件“看門狗”也稱為程序運(yùn)行監(jiān)視系統(tǒng)。當(dāng)程序運(yùn)行受到干擾，程序“飛”到一個(gè)臨時(shí)構(gòu)成的“死循環(huán)”中時(shí)，系統(tǒng)將完全癱瘓，軟件陷阱也無能為力，采用軟件“看門狗”技術(shù)能使系統(tǒng)復(fù)位，恢復(fù)正常。軟件“看門狗”的特性如下：(1)軟件“看門狗”本身獨(dú)立工作,基本上不依賴CPU；(2)CPU在一個(gè)固定的時(shí)間間隔內(nèi)和軟件“看門狗”打一次交道(“喂一次狗”),以表明系統(tǒng)目前工作正常;(3)當(dāng)CPU陷入“死循環(huán)”后，軟件“看門狗”能及時(shí)發(fā)覺并使系統(tǒng)復(fù)位。2．軟件“看門狗”----軟件“看門狗”的特性3/1/20244813.4.4“看門狗”技術(shù)軟件“看門狗”的實(shí)現(xiàn)方法：當(dāng)系統(tǒng)陷入“死循環(huán)”后，只有比這個(gè)“死循環(huán)”更高級(jí)的中斷程序才能奪取CPU的控制權(quán)?？梢杂靡粋€(gè)定時(shí)器來做軟件“看門狗”，將它的溢出中斷設(shè)定為最高優(yōu)先級(jí)中斷，系統(tǒng)的其他中斷的優(yōu)先級(jí)均設(shè)為比它低。根據(jù)“看門狗”的定時(shí)時(shí)間來設(shè)定定時(shí)器初值。軟件“看門狗”啟動(dòng)后,系統(tǒng)工作程序必須經(jīng)?！拔顾?，且每兩次之間的間隔不得大于定時(shí)器的定時(shí)時(shí)間。程序中只要設(shè)立一個(gè)設(shè)置定時(shí)器初值的子程序,“喂狗”時(shí)只要調(diào)用這個(gè)子程序即可。當(dāng)程序陷入“死循環(huán)”后，定時(shí)器溢出，產(chǎn)生高優(yōu)先級(jí)中斷，從而跳出“死循環(huán)”。同時(shí)，還可以在定時(shí)器中斷服務(wù)程序中放置一條LJMPERR指令，即可使程序轉(zhuǎn)向出錯(cuò)處理程序，由出錯(cuò)處理程序來完成以后的工作，并用軟件的方法使系統(tǒng)復(fù)位。

----軟件“看門狗”的實(shí)現(xiàn)3/1/20244913.5數(shù)字濾波技術(shù)在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，為了進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量和控制，必須消除來自信號(hào)源本身和傳感器等被測(cè)信號(hào)中的噪聲和干擾。在模擬系統(tǒng)中消除干擾常采用RC濾波電路等方法，而在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中則采用數(shù)字濾波的方法。所謂數(shù)字濾波，就是通過某些計(jì)算或判斷程序減少干擾信號(hào)在有用信號(hào)中的比重。當(dāng)隨機(jī)干擾信號(hào)混入輸入信號(hào)時(shí)，通過一定的算法可以濾除干擾信號(hào)。數(shù)字濾波是將一組輸入數(shù)字序列進(jìn)行一定的運(yùn)算轉(zhuǎn)換成另一組輸出數(shù)字序列，經(jīng)過數(shù)字濾波轉(zhuǎn)化后的輸出數(shù)字序列更平滑、更易于處理。數(shù)字濾波器與模擬濾波器相比具有更多的優(yōu)越性，如數(shù)字濾波使用軟件實(shí)現(xiàn)、靈活、方便，可將更低頻率的干擾信號(hào)濾除。----數(shù)字濾波概念3/1/20245013.5數(shù)字濾波技術(shù)模擬信號(hào)的數(shù)字濾波處理流程如下圖所示：----數(shù)字濾波原理設(shè)數(shù)字濾波器的