80C51復位標志位的設置與應用研究

引言

設置復位標志位便于區(qū)分不同原因引發(fā)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(tài)寄存器。

MC68HC08系列有一個復位狀態(tài)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(tǒng)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(jiān)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(tǒng)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。

圖1  80C51設置復位標志的支撐電路

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(fā)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(tài)（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(qū)間分配一個字節(jié)，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(tǒng)復位標志寄存器（SRFR）

假設該寄存器定名為SRFR（System Reset Flag Register），字節(jié)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(fā)INT0中斷；在中斷服務程序中檢測輸入引腳P1.4的狀態(tài)。如果P1.4=0，則置位MRST，記錄下曾經發(fā)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(fā)INT0中斷；在中斷服務程序中檢測輸入引腳P1.3的狀態(tài)。如果P1.3=0，則置位LVR，記錄下曾經發(fā)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(tài)，以便節(jié)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(fā)生看門狗溢出時，MAX813L的輸出端WDO送出低電平，引發(fā)INT0中斷；在中斷服務程序中檢測輸入引腳P1.2的狀態(tài)。如果 P1.2=0，則置位WDR，記錄下曾經發(fā)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(fā)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(fā)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(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(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，可以直接置位SHR，代表發(fā)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(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，也可以直接置位SWR，代表發(fā)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(tài)
　　MOVP1，#0FFH；設定通用端口P1為高阻輸入狀態(tài)
　　MOVP2，#0FFH；設定通用端口P2為高阻輸入狀態(tài)
　　MOVP3，#0FFH；設定通用端口P3為高阻輸入狀態(tài)
　　MOVPSW，#00H；設定程序狀態(tài)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(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；準備復位地址
　　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：電源上電復位。雖然在用戶定義的系統(tǒng)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(qū)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。

表2  片內可改寫存儲器空間復位情況

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(tǒng)，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(fā)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(fā)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(fā)生意外復位并且重新從頭執(zhí)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(fā)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(fā)射之后的飛行過程中，如果發(fā)生意外復位并且重新從頭執(zhí)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。

圖2  復位處理程序流程

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(fā)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(zhí)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(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(zhí)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(tài)；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(tài)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(xù)執(zhí)行前面的任務。

參考文獻

［1］  李學海.PIC單片機實用教程——基礎篇/擴展篇. 北京：北京航空航天大學出版社，2002.
［2］  李學海.EM78單片機實用教程——基礎篇/擴展篇. 北京：電子工業(yè)出版社，2003.
［3］  李學海.凌陽8位單片機——基礎篇/提高篇. 北京：北京航空航天大學出版社，2005.
［4］  李學海.PIC單片機原理. 北京：北京航空航天大學出版社，2004.
［5］  李學海.PIC單片機實踐. 北京：北京航空航天大學出版社，2004