軟件新技術(shù)論文軟件技術(shù)論文：基于單片機(jī)軟件抗干擾新技術(shù)的探究

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1、軟件新技術(shù)論文軟件技術(shù)論文：基于單片機(jī)軟件抗干擾新技術(shù)的探究摘要：?jiǎn)纹瑱C(jī)軟件抗干擾設(shè)計(jì)是一項(xiàng)綜合性的設(shè)計(jì)，在應(yīng)用中，要根據(jù)實(shí)際情況，采用相應(yīng)的抗干擾技術(shù),使單片機(jī)系統(tǒng)更加穩(wěn)定、可靠。本文對(duì)單片機(jī)軟件抗干擾新技術(shù)的探究問題進(jìn)行了研究。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)軟件抗干擾新技術(shù)1、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)抗干擾對(duì)于單片機(jī)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),為了消除信號(hào)通道的干擾信號(hào),提高檢測(cè)數(shù)據(jù)的精度,軟件上經(jīng)常采用數(shù)字濾波技術(shù)。其優(yōu)點(diǎn)在于:不需要增加硬件成本,對(duì)于不同的干擾信號(hào),編寫相應(yīng)的程序,有的放矢。常見的技術(shù)和措施有:(1)算數(shù)平均值濾波。該方法是連續(xù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣,然后計(jì)算其平均值,這樣可以

2、減少系統(tǒng)的隨機(jī)干擾。(2)限制濾波法。就是根據(jù)實(shí)際,在程序中設(shè)定輸入信號(hào)的上下限,比如輸入信號(hào)幅值的上限為Xmax,下限為Xmin,若被測(cè)信號(hào)Xi正好落在此范圍內(nèi),即Xmin≤Xi≤Xmax,則表明此信號(hào)是有用信號(hào),可取本次采樣值為Xi;若XiXmax,則表明此信號(hào)是干擾信號(hào),應(yīng)該濾去。這種方法適合于濾去大電流電感負(fù)載的切斷,或電動(dòng)工具的火花等產(chǎn)生的隨機(jī)干擾脈沖。(3)一階數(shù)字濾波法。用軟件方法代替硬件RC濾波器,也就是利用軟件完成低通濾波器的算法。算法為:Yn=QXn+(1-Q)Yn-1,式中:Q是數(shù)字濾波系數(shù),Xn是第n次采樣時(shí)的濾波

3、器輸入;Yn是第n次采樣時(shí)的濾波器輸出;Yn-1是第(n-1)次采樣時(shí)的濾波器輸出。濾波系數(shù)Q=ΔT/Ti<1;ΔT為采樣周期;Ti為數(shù)字濾波器的時(shí)間系數(shù)。這種方法適合于濾去周期性噪聲,結(jié)合實(shí)際,通過具體的參數(shù)設(shè)置,使周期性噪聲減至最弱甚至全部消除。2、指令冗余技術(shù)指令冗余技術(shù)是在程序編寫的過程中,多使用單字節(jié)的指令,在關(guān)鍵的地方,重復(fù)寫入單字節(jié)指令。以減少因干擾而程序“亂飛”的機(jī)率。在單片機(jī)系統(tǒng)中,最易受干擾的是程序計(jì)數(shù)器———PC值。受到干擾后,PC值可能會(huì)被“碰飛”,即出現(xiàn)不穩(wěn)定,隨機(jī)值的情況。這樣,就可能導(dǎo)致CPU的誤動(dòng)作,產(chǎn)生錯(cuò)誤結(jié)果。單片機(jī)系統(tǒng)

4、的指令一般不超過3個(gè)字節(jié),多為單字節(jié)指令。指令由操作碼和操作數(shù)組成,CPU取指令過程是先取操作碼,后取操作數(shù),執(zhí)行完一條指令后,再取下一條。當(dāng)PC受到干擾而出現(xiàn)錯(cuò)誤,程序便脫離正常運(yùn)行軌道而亂飛,出現(xiàn)操作數(shù)數(shù)值改變以及將操作數(shù)當(dāng)作操作碼。為了使亂飛的程序在程序區(qū)迅速納入正軌,可采用以下技術(shù):(1)盡量使用單字節(jié)指令。當(dāng)程序“跑飛”到某一個(gè)單字節(jié)指令上時(shí),便會(huì)自動(dòng)納入正軌。當(dāng)“跑飛”到三字節(jié)指令上時(shí),可能會(huì)把操作數(shù)誤認(rèn)為操作碼,出現(xiàn)錯(cuò)誤。因此,需要在關(guān)鍵的地方人為地插入單字節(jié)指令,比如NOP指令。(2)在一些對(duì)程序流向起決定作用的指令,如SJMD、LJMD、

5、JZ、JNZ、JC、LCALL等指令前插入NOP指令。(3)在某些對(duì)系統(tǒng)工作起至關(guān)重要作用的指令,如RET、SETB、EA、POP、PUSH等前面插入幾條NOP指令。（4)在程序中每隔20條左右的指令中插入3條NOP指令,有助于降低程序計(jì)數(shù)器發(fā)生錯(cuò)誤的概率。3、軟件陷阱技術(shù)指令冗余技術(shù)的有效利用是有前提條件的:“跑飛”的程序必須落到程序區(qū),且執(zhí)行到冗余指令。如果亂飛的程序落到非程序區(qū),比如EPROM中未使用的空間等,或者說在執(zhí)行到冗余指令以前,程序已經(jīng)陷入死循環(huán),那么此時(shí),冗余技術(shù)對(duì)引導(dǎo)程序回到正常軌道就不再有效。此時(shí)可通過設(shè)立“軟件陷阱”來處理,“軟件陷

6、阱”就是一條引導(dǎo)指令,當(dāng)系統(tǒng)受到干擾而失控時(shí),用引導(dǎo)指令強(qiáng)行將捕獲的失控程序引向一個(gè)指定的地址,在那里有一段專門對(duì)程序出錯(cuò)進(jìn)行處理的程序,使程序納入正常軌道。假設(shè)出錯(cuò)處理程序入口標(biāo)號(hào)為ERR,則軟件陷阱指令如下:NOPNOPLJMPERR;轉(zhuǎn)到預(yù)先設(shè)計(jì)的入口執(zhí)行“軟件陷阱”一般安排在以下四個(gè)地方:(1)未使用的中斷向量區(qū)在這些地方設(shè)置“軟件陷阱”,能及時(shí)有效地捕捉到錯(cuò)誤中斷。(2)未使用的大片EPROM空間如果在此區(qū)域設(shè)置軟件陷阱,當(dāng)程序跑飛到此區(qū)域時(shí),便會(huì)迅速納入正軌。(3)表格和程序區(qū)在表格中只能在最后安排“軟件陷阱”,有一定的效果,但是也不一定能保證

7、捕捉到“跑飛”的程序;在程序區(qū)中不能任意安排陷阱,否則影響正常程序的執(zhí)行,但是,對(duì)于一些斷裂點(diǎn),正常執(zhí)行的程序到此便不會(huì)再繼續(xù)執(zhí)行了,比如在指令LJMP、SJMP后,加軟件陷阱,就能捕捉到“跑飛”的程序。4、“看門狗”技術(shù)當(dāng)程序發(fā)生死循環(huán),或者系統(tǒng)紊亂,利用以上的指令冗余技術(shù)和“軟件陷阱”技術(shù),都不能解決問題的時(shí)候,就要利用“看門狗”技術(shù)?？撮T狗”其實(shí)是單片機(jī)內(nèi)部的一個(gè)定時(shí)器,該定時(shí)器被設(shè)為高級(jí)中斷,一旦發(fā)生溢出,立即向CPU發(fā)出復(fù)位信號(hào),使系統(tǒng)強(qiáng)行復(fù)位。在工作時(shí),由CPU向定時(shí)器中寫入初值,并啟動(dòng)工作,系統(tǒng)定時(shí)刷新定時(shí)器,讓定時(shí)器不斷計(jì)數(shù),又不斷回到初值

8、,俗稱“喂狗”。只要系統(tǒng)的刷新周期小于定時(shí)器的定時(shí)周期,就不會(huì)產(chǎn)生