利用單片機的等待方式實現(xiàn)抗干擾

劉美星

[摘要]CHMOS和CMOS單片機屬于低功耗元件，它們都具有等待方式和掉電方式。兩種節(jié)電方式均可通過軟件來選擇運行，在這兩種節(jié)電運行方式下，可大大降低單片機的功耗。使用單片機的等待方式，不僅可降低其功耗，還可用于增強其抗干擾能力。以80C31單片機為例說明使用其等待方式實現(xiàn)其抗干擾的原理及技術。

[關鍵詞]單片機等待方式抗干擾

中圖分類號：TP3文獻標識碼：A文章編號：1671-7597(2009)0610023-01

一、80C31的等待工作方式

80C31單片機的等待方式是通過對其內(nèi)部PCON(電源控制寄存器)中的IDL(等待方式位)進行編程來實現(xiàn)的。當IDL=1時，80C31進入等待工作方式，此時，送往CPU的時鐘信號被封鎖，CPU進入等待狀態(tài)，其內(nèi)部的SP、PC、PSW、ACC等寄存器以及各I／O口引腳的狀態(tài)被完整地保留下來，CPU就像在睡眠一樣，可稱之為進入睡眠狀態(tài)。此時，內(nèi)部時鐘信號仍繼續(xù)供給中斷系統(tǒng)、定時／計數(shù)器和串行口，它們?nèi)钥晒ぷ鳌Ｍ顺鏊郀顟B(tài)的方法有中斷退出和硬件復位退出兩種。由于在睡眠狀態(tài)時，中斷系統(tǒng)仍可工作，因此，任何允許中斷請求變?yōu)橛行r，均使硬件對IDL位消零，從而退出睡眠狀態(tài)，并開始執(zhí)行中斷服務程序，中斷返回后，下一條要執(zhí)行的指令正是原先置等待工作方式指令后的那條指令。

二、CPU抗干擾技術

微機應用系統(tǒng)的抗干擾設計涉及到許多方面。此處只討論CPU本身的抗干擾方法。在大多數(shù)情況下，干擾是通過三總線而作用到CPU上的。當CPU受到干擾時，將不能按正常狀態(tài)執(zhí)行程序，從而引起混亂。人們研究和采用人工復位，掉電保護、指令冗余、軟件陷阱、程序運行監(jiān)視系統(tǒng)以及系統(tǒng)恢復等技術來實現(xiàn)CPU的抗干擾。根據(jù)上面對80C31 CPU等待工作方式的原理說明，當CPU進入睡眠狀態(tài)時，不會到系統(tǒng)三總線上出現(xiàn)的干擾做出反應，因此可大大降低CPU對干擾的敏感程度，從而增強CPU的抗干擾能力。我們可將其稱為CPU的睡眠抗干擾。

三、80C31CPU的睡眠抗干擾技術

通過對80C31CPUR入和退出睡眠狀態(tài)過程的分析，可采用下面兩種方法實現(xiàn)睡眠抗干擾。

方法一：讓CPU在沒有正經(jīng)工作時就睡覺，有活干時由中斷系統(tǒng)喚醒它，干完活后接著睡覺。

對大多數(shù)單片機應用系統(tǒng)，CPU并非一直忙于干正經(jīng)事情，很多情況下是在執(zhí)行一些踏步等待指令或循環(huán)檢查程序，此時CPU雖未于什么重要工作，但卻是清醒的，很容易受干擾。如果安排其在沒有正經(jīng)工作時就睡覺，有活干時由中斷系統(tǒng)喚醒它，干完活后接著睡覺，就可使其受干擾的威脅大大降低，并可降低其功耗。按照這種思想，設計軟件時，可在主程序完成各種自檢和初始化工作以后，用下列兩條指令取代循環(huán)踏步指令：

LOOP：ORL PCON，#OIH

SJMP LOOP

把CPU要做的所有工作都安排在中斷服務子程序中完成，把系統(tǒng)的監(jiān)控程序放在定時中斷子程序中。主程序在執(zhí)行ORL PCON，#OIH后，CPU便進入睡眠狀態(tài)，此時程序計數(shù)器PC中的地址指向下一條指令SJMP LOOP。當需要CPU執(zhí)行任務時，就通過中斷系統(tǒng)將CPU喚醒，CPU響應中斷，將PC的值壓入堆棧，然后執(zhí)行中斷子程序本身，完成任務以后，執(zhí)行一條開中斷指令，確保CPU在睡眠之后仍能被喚醒，最后執(zhí)行中斷返回指令，CPU將執(zhí)行主程序中的SJMP LOOP指令，又轉(zhuǎn)回到ORL PCON，#OIH這條指令上，執(zhí)行完這條指令后，CPU便再次進入睡眠狀態(tài)，如此周而復始。應將可能引起強烈干擾的I／O操作指令放在CPU進入睡眠狀態(tài)前執(zhí)行，即放在中斷子程序的尾部。為確保CPU不過早被喚醒，以躲過強烈干擾的高峰，可臨時關閉一些次要的中斷，僅保留一個內(nèi)部定時中斷，定時盡可能長些，并作好標記。當下次定時中斷響應后，根據(jù)標記，恢復系統(tǒng)的正常中斷設置方式。

這種方法因CPU大部分時間處于睡眠狀態(tài)，因此抗干擾性好，且可大大降低CPU的功耗，但可能涉及的中斷類型多，需要多個中斷源，挖掘較復雜。

方法二：使CPU平常處于正常工作狀態(tài)，當執(zhí)行了有可能引起較強烈干擾的指令后(例如，在一些大功率微機挖掘系統(tǒng)中，大電流和高電壓設備的投入與切除都是由執(zhí)行指令來完成的，將會引起強烈干擾)使其進入睡眠狀態(tài)，保持睡眠一段時間，以避過干擾高峰。在進入睡眠狀態(tài)前，設置好定時中斷，在避過干擾高峰后，由定時中斷將CPU喚醒，進入正常工作狀態(tài)。

此種方法涉及的中斷可少一些，控制較簡單，但因CPU大部分時間處于正常工作狀態(tài)，因此其抗干擾性和降低功耗的效果比前一種方法差。

利用低功耗單片機的等待工作方式，不僅可以降低CPU的功耗，還可增強CPU的抗干擾能力。本文論述的兩種方法，雖各有優(yōu)缺點，但只要合理使用，可使CPU的抗干擾能力大為增強，在設計單片機應用系統(tǒng)時可參考使用。