引言
設置復位標志位便于區分不同原因引發的復位,作為一種新技術被越來越多的新型單片機所采納。例如Philips公司的P87LPC700和P89LPC900系列、Freescale公司(原Motorola半導體部)的MC68HC05系列和MC68HC08系列、Sunplus公司的SPMC65系列、Microchip公司的PIC系列等,內部都設計了專門用于記錄各種復位標志的狀態寄存器。
MC68HC08系列有一個復位狀態寄存器,負責記錄6種復位標志位: 上電復位、引腳復位、看門狗復位、非法指令復位、非法地址復位和欠壓復位。SPMC65系列有一個系統控制寄存器,負責記錄5種復位標志位: 上電復位、外部復位、看門狗復位、非法地址復位和欠壓復位。51兼容的P89LPC900系列有一個復位源寄存器,負責記錄6種復位標志位: 欠壓復位、上電復位、外部復位、看門狗復位、軟件復位和UART收到間隔字符復位(主要作為進入ISP監控程序的途徑之一)。就連初學者很常用的AT89S51/52和P89C52X2,也在其電源控制寄存器PCON中增設了一個上電標志位POF。
1? 復位標志位的設置方法
傳統的80C51單片機沒有設計復位標志位的記錄功能,這應該說是一種遺憾,那么能否通過一定的技術手段來彌補這個缺憾呢?這里給廣大80C51單片機用戶提供一種啟示和引導。
實現復位標志位的記錄肯定需要一定的硬件電路支持,而這種電路的設計不存在固定模式。筆者利用一片MAX813L設計了一種支撐電路,如圖1所示,僅供讀者參考。
在圖1中,應用了一個4輸入端“與非”門G1和一個按鈕開關SW1,還占用了80C51的5條I/O引腳P1.0~P1.4以及一個外部中斷源INT0, 并且預先通過初始化軟件設置INT0為唯一的高級中斷源,下降沿觸發方式有效,開放總中斷使能位EA。平時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僅為單片機供電,應該讓這時的80C51進入耗能最低的停機狀態(PD模式)。
在圖1電路的基礎上配合必要的用戶軟件,就可以在7種不同復位源引起復位之后保存6個標志位來記錄7種復位標志,以下分別進行講解。可以事先在RAM的位尋址區間分配一個字節,例如20H單元,用于記錄6個復位標志位,如表1所列。
表1? 用戶定義的系統復位標志寄存器(SRFR)
假設該寄存器定名為SRFR(System Reset Flag Register),字節地址為20H,8位當中僅利用了6位,bit5~bit0分別記錄人工復位、欠壓復位、看門狗復位、非法地址復位、軟硬件復位和軟件復位。
①? MRST: 人工復位。當復位按鈕SW1被按下時引發INT0中斷;在中斷服務程序中檢測輸入引腳P1.4的狀態。如果P1.4=0,則置位MRST, 記錄下曾經發生了一次人工復位操作。然后進行一次主動的復位操作,方法是從輸出腳P1.0輸出一個低電平給MAX813L的輸入引腳MR,經MAX813L延時后從輸出端RESET送出高電平復位信號給80C51,令其進行一次硬件復位操作。
②? LVR: 欠壓復位。當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INT0中斷;在中斷服務程序中檢測輸入引腳P1.3的狀態。如果P1.3=0,則置位LVR,記錄下曾經發生了一次欠壓復位操作;然后進行一次主動的復位操作(方法同上),或者令單片機進入停機狀態,以便節省能耗和保持數據,以及等待主電源的恢復。
③? WDR: 看門狗復位。當發生看門狗溢出時,MAX813L的輸出端WDO送出低電平,引發INT0中斷;在中斷服務程序中檢測輸入引腳P1.2的狀態。如果P1.2=0,則置位WDR,記錄下曾經發生了一次看門狗復位操作;然后進行一次主動的復位操作(方法同上)。喂狗操作利用了一個I/O引腳P1.1。
④? IAR: 非法地址復位。當發生非法地址時,80C51的輸出端PSEN送出低電平瞬時脈沖,也會引發一次INT0中斷;在中斷服務程序中檢測輸入引腳P1.4~P1.2的狀態。如果P1.4~P1.2=111,則置位IAR,表示發生了一次非法地址復位操作;然后進行一次主動的復位操作(方法同上)。
⑤? SHR: 軟硬件復位。當發生了軟件陷阱的捕捉事件,或者軟件看門狗的溢出事件時,可以直接置位SHR,代表發生了一次軟硬件復位操作;然后進行一次主動的復位操作(方法同上)。如果利用T0作軟件WDT,則應該同時設置INT0和T0中斷源為高級中斷。
⑥? SWR: 軟件復位。當發生了軟件陷阱的捕捉事件,或者軟件看門狗的溢出事件時,也可以直接置位SWR,代表發生了一次軟件復位操作;然后調用軟件復位程序SWRST即可。軟件復位程序的編寫方法如下:
SWRST:;定義軟件復位程序的實際入口地址
CLREA;首先關閉中斷源總使能位
SETBF0;設置一個軟件復位標志位
MOVP0,#0FFH;設定通用端口P0為高阻輸入狀態
MOVP1,#0FFH;設定通用端口P1為高阻輸入狀態
MOVP2,#0FFH;設定通用端口P2為高阻輸入狀態
MOVP3,#0FFH;設定通用端口P3為高阻輸入狀態
MOVPSW,#00H;設定程序狀態字寄存器為原始值
;(根據需要還可初始化其他SFR)
MOVDPTR,#SWR0;為RETI準備彈出地址,而又不改變
;執行順序
PUSHDPL;壓棧低字節,在先
PUSHDPH;壓棧高字節,在后
RETI;中斷返回指令,清除高級中斷激活觸
;發器
SWR0:
CLRA;準備復位地址
PUSHACC;壓棧低字節00H
PUSHACC;壓棧高字節00H
RETI;清除低級中斷激活觸發器,并跳到
;0000H
⑦? POR: 電源上電復位。雖然在用戶定義的系統復位標志寄存器(SRFR)中,沒有直接設置一個POR標志位,但是如果檢測以上6個標志位同時為0,則表明此前進行的是一次上電復位。理由是,經過實驗驗證(實驗所用的單片機型號為SST89C58),在每次初次加電時,包含RAM的20H單元在內的80C51內部RAM區間(00H~7FH),其內容全部自動清零;在每次RST引腳復位(或者軟件復位)時,其內容維持不變。而各個SFR無論是上電復位還是RST引腳復位時,均被還原為原始值(又稱復位值),如表2所列。
對于那些僅增設了一個復位標志位(技術手冊中記作POF)的較新型單片機(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置的POR標志位了。
對于沒有配備備用電源的單片機應用系統,還可以考慮利用E2PROM在斷電之前的瞬間來轉存復位標志位,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數據存儲器(如8腳串行的24C01、93C46或25C040等)的電路方案,也可選用內部本身帶有E2PROM數據存儲器的單片機型號,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? 復位標志位的應用方法
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項目。這類項目(如一些小家電之類的單片機應用)幾乎不存在很強的“過程性”或“不間斷性”,對于隨時可能發生的復位操作以及重新從頭運行的用戶程序,不會帶來太大的影響或破壞性后果。
而對于“過程性”或“不間斷性”要求很強的單片機項目,一旦發生偶然性復位操作,并且重新從頭運行用戶程序,那么將會帶來極大的負面影響或破壞性后果。例如,單片機控制的面包機,在一次加工面包的過程中,會經歷攪拌、加熱等工序;假若其間發生意外復位并且重新從頭執行程序,則會導致成為廢品或者燒焦。電腦控制的手術機器人,在一次手術過程中如果發生意外復位并且返工,將會帶來難以想象的嚴重后果。電腦控制的導彈,在對準目標發射之后的飛行過程中,如果發生意外復位并且重新從頭執行程序,那么將會產生難以預料的結果。
綜上所述,單片機在工作過程中,受到意外干擾而進行復位操作,如果說是不可避免的,那么復位之后從何處或在何種背景下開始運行程序,則是可以人為安排的。因此,復位標志位的應用方法實質上就是復位處理程序的編寫方法。復位處理程序的處理流程如圖2所示。
類似于編寫UART串口通信中斷服務程序的思路,在進入中斷程序之后首先要檢測中斷標志位,看是一次接收中斷(RI=1)還是一次發送中斷(SI=1),然后再進入不同程序分支進行針對性服務。從圖2中可以看出,在從復位矢量0000H開始執行用戶程序時,首先應該檢測復位標志寄存器,判斷是電源初始加電還是其他復位源引起的復位或程序計數器PC清零。
①? 如果是電源初始加電,則進行原始狀態的初始化。這種情況最簡單。
②? 如果屬于程序跑飛引起的軟件復位、軟硬件復位、非法地址復位,或者人工強行復位,則應該依據具體情況盡量恢復數據或修正參數,以便盡最大可能不影響或少影響程序的正常運行(恢復和修正數據的具體算法這里不再深入探討)。
③? 如果是欠壓復位,則盡量從被打斷的程序斷點處重新開始執行程序。具體的實現方法和步驟可以是:? 復位之前——單片機響應PFO中斷請求而進入其服務程序后,保存堆棧指針SP當前值到指定RAM單元,把單片機推入停機狀態;復位之后——待電源恢復后,MAX813L得電而從RESET端送出高電平信號,喚醒停機狀態下的單片機。若喚醒后的單片機再檢測到是欠壓復位,則首先復原先前的SP值,再利用一條RET(或RETI)指令彈出停機之前的程序斷點到PC,從而可以繼續執行前面的任務。
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