冗余单片机

A. 单片机实验注意事项

单片机开发规则与注意事项

随着大规模集成电路技术的发展，单片微型计算机也随之大发展，各种新颖的单片机层出不穷。单片机具有体积小、重量轻、应用灵活且价格低廉等特点，广泛地应用于人类生活的各个领域，成为当今科学技术现代化不可缺少的重要工具。

单片机系统的开发融合了硬件和软件的相关技术。要完成单片机系统的开发，用户不仅需要掌握编程技术，还需要针对实际应用选择合理的单片机芯片和外围器件，以此为基础，设计硬件电路。

正确估计单片机的能力，知道单片机能做什么，最大程度的挖掘单片机的潜力对一个单片机系统设计者来说是至关重要的。单片机的能力的关键就在软件设计者编写的软件上。只有充分地了解到单片机的能力，才不会做出“冗余”的系统设计。而采用许多的外围芯片来实现单片机能实现的功能。这样做，即增加了系统成本，也可能会降低了系统的可靠性。

要完成单片机系统的开发，用户不仅需要掌握编程技术，还需要针对实际应用选择合理的单片机芯片和外围器件，以此为基础，设计硬件电路。

单片机开发规则与注意事项

设计满足要求的最精简的系统

正确估计单片机的能力，知道单片机能做什么，最大程度的挖掘单片机的潜力对一个单片机系统设计者来说是至关重要的。单片机的能力的关键就在软件设计者编写的软件上。只有充分地了解到单片机的能力，才不会做出“冗余”的系统设计。而采用许多的外围芯片来实现单片机能实现的功能。这样做，即增加了系统成本，也可能会降低了系统的可靠性。

看门狗电路通常是一块在有规律的时间间隔中进行更新的硬件。更新一般由单片机来完成，如果在一定间隔内没能更新看门狗，那看门狗将产生复位信号，重新复位单片机。更新看门狗的具体形式多是给看门狗芯片相关引脚提供一个电平上升沿或读写它的某个寄存器。使用看门狗电路将在单片机发生故障进行死机状态时，重新复位单片机，像EN8F154本身就带有看门狗。

确定系统的复位信号可靠

一般在单片机的数据手册（Datasheet）中都会提到该单片机需要的复位信号的要求。一般复位信号的宽度应为。复位电平的宽度和幅度都应满足芯片的要求，并且要求保持稳定。还有特别重要的一点就是复位电平应与电源上电在同一时刻发生，即芯片一上电，复位信号就已产生。不然，由于没有经过复位，单片机中的寄存器的值为随机值，上电时就会按PC寄存器中的随机内容开始运行程序，这样很容易进行误操作或进入死机状态。

确定系统的初始化有效

系统中的芯片以及器件从上电开始到正常工作的状态往往有一段时间，程序开始时延时一段时间，是让系统中所有器件到达正常工作状态。究竟延时多少才算合适？这取决于系统的各芯片中到达正常工作状态的时间，通常以最慢的为准。一般来说，EN8F154的延时20-100毫秒已经足够。对于系统中使用嵌入式MODEM等“慢热”型的器件来说，则应更长。当然，这都需要在系统实际运行中进行调整。

当然，仿真是单片机开发过程中非常重要的一个环节，除了一些极简单的任务，一般产品开发过程中都要进行仿真，仿真的主要目的是进行软件调试，当然借助仿真机，也能进行一些硬件排错。一块单片机应用电路板包括单片机部份及为达到使用目的而设计的应用电路，仿真就是利用仿真机来代替应用电路板（称目标机）的单片机部份，对应用电路部份进行测试、调试。仿真有CPU仿真和ROM仿真两种，所谓CPU仿真是指用仿真机代替目标机的CPU，由仿真机向目标机的应用电路部份供给各种信号、数据，进行调试的办法。

B. 什么是冗余指令

指令冗余法

单片机操作时序完全由程序计数器PC控制，一旦PC因干扰出现错误，
程序便脱离正常轨道，出现“乱飞”、改变操作数数值以及将操作数误认为
操作码等。为了使“乱飞”程序迅速纳入正轨，应该多用单字节指令，并在
关键地方插入一些空操作指令NOP或将有效单字节指令重写，这就叫做指
令冗余。
1． NOP指令的使用:
在双字节指令或三字节指令之后插入两条NOP指令，可保证其后
的指令不被拆散。在对程序流向起决定作用的指令
（如RET、ACALL、LJMP、JZ、JNZ、JC、JNC、
DJNZ等）和对系统状态起决定作用的指令（如SETB、EA等）
之前插入两条NOP指令，使“乱飞”程序迅速纳入正轨。
2． 重要指令冗余:
在对程序流向起决定作用的指令（如RET、ACALL、LCALL
LJMP、JZ、JNZ、JC、JNC等）和某些对系统状态起决定
作用的指令（如SETB、EA等）的后面可重复写这些指令，以确保
这些指令的正确执行。采用冗余法使PC纳入正轨的条件是：
跑飞的PC必须指向程序运行区，并且必须执行到冗余指令。
二、软件陷阱法
当乱飞程序进入非程序区或表格区时，无法用冗余指令使程序入轨，此时
可以编软件陷阱程序，拦截乱飞程序，将其迅速引向一个指定位置， 在那里
有程序运行出错处理程序，将程序纳入正轨。软件陷阱的形式如下表。
根据乱飞程序落入陷阱区的位置不同，可选择表中的两种形式之一。
1． 未使用的中断区。 当未使用的中断因干扰而开放时，在对应的中断
服务程序中设置软件陷阱，以及时捕捉错误的中断。返回指令用RETI，
中断服务程序为：
NOP
NOP
POP direct1；将原先断点弹出
POP direct2
PUSH 00H ；断点地址改为0000H
PUSH 00H
RETI
说明：direct1、direct2为主程序中未使用的单元。
2． 未使用的EPROM空间。 EPROM的存储空间很少全部用完。
未用的区域可用0000020000H或020202020000H填满
最后一条应为020000H，当乱飞程序进入此区后，便会迅速入轨。
3．运行程序区。 将陷阱指令组分散放置在用户程序各模块之间的空余单
元里。在正常程序中不执行这些指令。乱飞程序一旦落入此区，便迅速拉到正
确轨道。
4． 中断服务程序区。 设用户主程序运行区间为ADD1～ADD2，
并设定时器T0产生10ms定时中断。当程序乱飞落入ADD1～ADD2
外，并发生了定时中断后，可在中断服务程序中判断中断断点地址ADD×，
若ADD×＜ADD1或ADD×＞ADD2，说明发生了程序乱飞，则应使
程序返回到复位地址0000H，将乱飞程序拉到正确轨道。
假设ADD1＝0100H，ADD2＝1000H，2FH、2EH分别为
断点地址高、低字节单元，中断服务程序为：
POP 2FH ；断点地址弹入2FH、2EH
POP 2EH
PUSH 2EH
PUSH 2FH ；恢复断点地址
CLR C ；断点地址与0100H比较
MOV A，2EH
SUBB A，＃00H
MOV A，2FH
SUBB A，＃01H
JC LOOPN ；断点小于0100H则转
MOV A，＃00H ；断点地址与1000H比较
SUBB A，2EH
MOV A，＃10H
SUBB A，2FH
JC LOOPN ；断点大于10000H则转
? ；中断处理内容
?
?
RETI ；正常返回
LOOPN：POP 2FH ；修改断点地址
POP 2EH
PUSH 00H ；故障断点为0000H
PUSH 00H
RETI ；故障返回
5． 外部RAM写保护。 单片机外部RAM保存大量数据，其写入指令
为MOVX ＠DPTR，A。当CPU受到干扰而非法执行该指令时， 会
改写RAM中的数据。为减小RAM中数据丢失的可能性， 可在RAM写作
之前加入条件陷阱，不满足条件时不允许写，并进入陷阱，形成死循环。
具体程序为：
MOV A，＃××H
MOV DPTR，＃××××H
MOV 6EH，＃55H
MOV 6FH，＃0AAH
LCALL WPDPSUB
RET
WPDPSUB：NOP
NOP
NOP
CJNE 6EH，＃55H，XYJ ；6EH中不为
；55H则落入死循环
CJNE 6FH，＃0AAH，XYJ ；6FH中不为
；AAH则落死循环
MOVX ＠DPTR，A ；A中数据写入
；RAM××××H中
NOP
NOP
NOP
MOV 6EH，＃00H
MOV 6FH，＃00H
RET
XYJ： NOP ；死循环
NOP
SJMP XYJ
三、看门狗
“看门狗”可使程序脱离“死循环”。“看门狗”可由硬件实现，可由软件
实现，也可由两者结合来实现。软件看门狗的基本思路是：在主程序中对T0
中断服务程序进行监视；在T1中断服务程序中对主程序进行监视；T0中断
监视T1中断。从概率统计的观点，这种相互依存相互制约的抗干扰措施将使
系统的可靠性大大提高。
系统软件包括主程序、高级中断子程序和低级中断子程序三部分。假设将T0
设计成高级中断，T1设计成低级中断，从而形成中断嵌套。主程序流程图如
图1所示。主程序完成系统测控功能的同时，还要监视T0中断因干扰而引起
的中断关闭故障。A0为T0中断服务程序运行状态观测单元，T0每中断一
次，A0便自动加1。在测控功能模块运行程序（主程序的主体）入口处，先
将A0值暂存于E0单元。由于测控功能模块一般运行时间较长，设定在此期
间T0产生定时中断（设T0定时溢出时间小于测控功能模块运行时间），从
而引起A0变化。在测控功能模块的出口处，将A0的即时值与先前的暂存单
元E0的值相比较，观察A0的值是否发生变化。若A0的值发生变化，说明
T0中断运行正常；若A0的值没变化，说明T0中断关闭，则转到0000H
处，进行出错处理。
T1中断程序流程图如图2所示。T1中断程序完成系统特定测控功能的同时，
还要监视主程序的运行状态。在中断服务程序中设置一个主程序运行计数器M，
T1每中断一次，M自动加1，M中的数值与T1定时溢出时间之积表示时间值。
若M表示的时间值大于主程序运行时间T（为可靠起见，T要留有一定余量），
说明主程序陷入死循环，T1中断服务程序便修改断点地址，返回0000H，
进行出错处理。若M小于T，则中断正常返回，M在主程序入口处循环清0