在電力線載波通信中,，微機自動盤的功能多,，邏輯性強，MCS—單片機" title="51單片機" target="_blank">51單片機在該系統(tǒng)中處理任務時的實時性尤為突出,。由于該系統(tǒng)整機配置的主要服務對象是電力調度,，且它的使用環(huán)境將來多為無人值守站，所以系統(tǒng)工作是否穩(wěn)定直接影響到電力線載波機的整機性能,。針對電力通信特點,，在考慮穩(wěn)定運行方面我們采取了以下幾項措施。
1 設置上電延時復位電路
1．1 為什么要進行上電復位
計算機在啟動運行時都要進行復位,。作為在控制領域中應用最廣泛的單片機,，復位處理更是設計中的關鍵。單片機內部的各個功能部件均受特殊功能寄存器控制,，程序運行直接受程序計數器指揮,，寄存器的復位狀態(tài)決定了單片機內有關功能部件工作用的初始狀態(tài)，而程序的正常運行就是從這個狀態(tài)開始的,。如果上電時沒有做到正確復位,，就可能使CPU從不定地址開始執(zhí)行指令,，系統(tǒng)就得不到正確的初始化，也就不能正常工作,。
1．2 復位條件
單片機是靠外部電路復位的,。上電復位步驟：
（1）必須首先建立電源Vcc,；
?。?）Vcc穩(wěn)定后（達到允許值）時鐘振蕩器起振；
?。?）復位腳必須在振蕩器起振后至少保持兩個機器周期復位電平,。也就是說，復位腳（RST）復位電平維持時間應包括Vcc的建立時間,、振蕩器起振時間和至少兩個機器周期時間,。
1．3 一般上電復位電路
在上電時，電源Vcc的建立時間應小于幾十ms,，振蕩器的起振時間取決于振蕩器頻率,，對于10MHz晶體，起振時間為1ms,，對于1MHz晶體,，起振時間一般為10ms。此時可采用一般上電復位電路（圖1）,。
如果對電源Vcc建立運行速度相當緩慢的系統(tǒng),，RC上電復位電路將不能保證系統(tǒng)可靠復位。假如,，建立時間為1s,，則RC充電曲線如圖2所示，此時很難使RC電路輸出正常的復位電平（隨著RC的充電,，RST腳的電位ΔVc越來越低,，在電源穩(wěn)定后，ΔVc的幅度不滿足兩個機器內復位電平的要求,，RST腳就可能退出復位狀態(tài)）,。而且，RST腳因易受電源干擾而產生誤復位,。
1．4 上電延時復位電路
雖然電力線載波機電源現(xiàn)都采用開關工作方式,，建立速度比以往的串聯(lián)式或并聯(lián)式調整電源快，但由于機器本身使用的電壓等級多,，功率要求大,，開機后各種電源的建立至少還需要500ms時間才能穩(wěn)定（＋5V電源也不例外），所以在自動交換系統(tǒng)中采用一般上電復位在時間上幾乎不可能滿足復位要求,，這是因為 MCS—51采用一般上電復位電路就要求電源至少在20ms內建立才能保證復位,。這屬于硬件特性,，對于克服這一時延性困難來說，我們不可能做到使所有電力電源都迅速建立（該產品要利用與之配套的設備電源）,，只有針對MCS—51自身特性在系統(tǒng)設計上采取相應措施,。
MCS—51硬件復位要保證在Vcc穩(wěn)定、振蕩器起振后至少有兩個機器周期（24個振蕩器周期）的高電平出現(xiàn)在RST端,，即執(zhí)行內部復位,。為此我們設計了一個上電延時電路，該電路能針對不同電源建立時間的長短,，改變R,、C參數,，可調整延時時間,。由于采用了該電路，在無人值守站,，系統(tǒng)不會因停電,、再上電而出現(xiàn)“死機”造成通信中斷現(xiàn)象，如圖3所示,。R1,、R2提供比較電位（2／3Vcc），RC充電時間由R,、C參數決定,，R4為復原信號邊緣校正，V1二級管為頻繁上電時電容C的泄放電路,，V2與Watchdog電路在邏輯上成或關系,。開機時同相端電位大于反相端電位，輸出為上升的電位（在電源建立期間）,，RC充電時間足夠延遲到電源穩(wěn)定,，當RC充電電壓大于2／3Vcc時，該電路輸出“0”,，至此上電復位正常完成,。
在電力線載波通信中，微機自動盤的功能多,，邏輯性強,，MCS—51單片機在該系統(tǒng)中處理任務時的實時性尤為突出。由于該系統(tǒng)整機配置的主要服務對象是電力調度,，且它的使用環(huán)境將來多為無人值守站,，所以系統(tǒng)工作是否穩(wěn)定直接影響到電力線載波機的整機性能。針對電力通信特點,，在考慮穩(wěn)定運行方面我們采取了以下幾項措施,。
1 設置上電延時復位電路
1．1 為什么要進行上電復位
計算機在啟動運行時都要進行復位,。作為在控制領域中應用最廣泛的單片機，復位處理更是設計中的關鍵,。單片機內部的各個功能部件均受特殊功能寄存器控制,，程序運行直接受程序計數器指揮，寄存器的復位狀態(tài)決定了單片機內有關功能部件工作用的初始狀態(tài),，而程序的正常運行就是從這個狀態(tài)開始的,。如果上電時沒有做到正確復位，就可能使CPU從不定地址開始執(zhí)行指令,，系統(tǒng)就得不到正確的初始化,，也就不能正常工作。
1．2 復位條件
單片機是靠外部電路復位的,。上電復位步驟：
?。?）必須首先建立電源Vcc；
?。?）Vcc穩(wěn)定后（達到允許值）時鐘振蕩器起振,；
（3）復位腳必須在振蕩器起振后至少保持兩個機器周期復位電平,。也就是說,，復位腳（RST）復位電平維持時間應包括Vcc的建立時間、振蕩器起振時間和至少兩個機器周期時間,。
1．3 一般上電復位電路
在上電時,，電源Vcc的建立時間應小于幾十ms，振蕩器的起振時間取決于振蕩器頻率,，對于10MHz晶體,，起振時間為1ms，對于1MHz晶體,，起振時間一般為10ms,。此時可采用一般上電復位電路（圖1）。
如果對電源Vcc建立運行速度相當緩慢的系統(tǒng),，RC上電復位電路將不能保證系統(tǒng)可靠復位,。假如，建立時間為1s,，則RC充電曲線如圖2所示,，此時很難使RC電路輸出正常的復位電平（隨著RC的充電，RST腳的電位ΔVc越來越低,，在電源穩(wěn)定后,，ΔVc的幅度不滿足兩個機器內復位電平的要求，RST腳就可能退出復位狀態(tài)）。而且,，RST腳因易受電源干擾而產生誤復位,。
1．4 上電延時復位電路
雖然電力線載波機電源現(xiàn)都采用開關工作方式，建立速度比以往的串聯(lián)式或并聯(lián)式調整電源快,，但由于機器本身使用的電壓等級多,，功率要求大，開機后各種電源的建立至少還需要500ms時間才能穩(wěn)定（＋5V電源也不例外）,，所以在自動交換系統(tǒng)中采用一般上電復位在時間上幾乎不可能滿足復位要求,，這是因為 MCS—51采用一般上電復位電路就要求電源至少在20ms內建立才能保證復位。這屬于硬件特性,，對于克服這一時延性困難來說,，我們不可能做到使所有電力電源都迅速建立（該產品要利用與之配套的設備電源），只有針對MCS—51自身特性在系統(tǒng)設計上采取相應措施,。
MCS—51硬件復位要保證在Vcc穩(wěn)定,、振蕩器起振后至少有兩個機器周期（24個振蕩器周期）的高電平出現(xiàn)在RST端，即執(zhí)行內部復位,。為此我們設計了一個上電延時電路,，該電路能針對不同電源建立時間的長短,，改變R,、C參數，可調整延時時間,。由于采用了該電路,，在無人值守站，系統(tǒng)不會因停電,、再上電而出現(xiàn)“死機”造成通信中斷現(xiàn)象,，如圖3所示。R1,、R2提供比較電位（2／3Vcc）,，RC充電時間由R、C參數決定,，R4為復原信號邊緣校正,，V1二級管為頻繁上電時電容C的泄放電路，V2與Watchdog電路在邏輯上成或關系,。開機時同相端電位大于反相端電位,，輸出為上升的電位（在電源建立期間），RC充電時間足夠延遲到電源穩(wěn)定,，當RC充電電壓大于2／3Vcc時,，該電路輸出“0”，至此上電復位正常完成。
2 應用看門狗電路實現(xiàn)系統(tǒng)保護
2．1 復位寬度設計要求
因為MCS—51內部無Watchdog功能（8096系列單片機有）,，所以需在外部擴展此電路,，如圖4所示。單穩(wěn)電路為可再觸發(fā)電路,，只要觸發(fā)脈沖（CP）正常地作周期性輸出,，單穩(wěn)一直處于瞬態(tài)階段，輸出低電平,。通過V1嵌位,，振蕩電路停振，振蕩器輸出“0”不影響RST腳,，CPU處于正常工作狀態(tài),，如果因某種原因CP無輸出，單穩(wěn)處于穩(wěn)態(tài),，輸出“1”振蕩器起振,，輸出方波，送至RST腳,。為了保證復位,，方波寬度遠大于兩機器周期，且至少應大于CP兩個周期,，以保證程序有時間作Watchdog
處理（輸出正常的觸發(fā)脈沖,，使振蕩器停振，輸出“0”不影響RST腳）,。
2．2 周期性觸發(fā)脈沖軟件設計考慮
由軟件產生周期性觸發(fā)信號來控制該電路工作,，以確保系統(tǒng)正常運行。在產生該周期性信號時應注意以下幾點：
?。?）信號不采取定時器中斷方式獲得,。這基于以下考慮：在初始化后，定時中斷即開始工作,，假如由于某種信號干擾使主程序轉飛,，但并未破壞定時器有關中斷控制設置，定時中斷有可能正常工作,，則周期性脈沖可能輸出正常,，此時Watchdog則不能使主程序恢復正常。
?。?）Watchdog輸出模塊放在主程序中,，主程序有幾個循環(huán)體就應放入幾個Watchdog輸出模塊，以確保主程序不被破壞,。
?。?）工作程序部分包括主程序和中斷程序,，Watchdog不僅要保護主程序轉飛，而且也要保護中斷程序轉飛,。保護流程如圖5所示,。設高級中斷運行標志為1，次級中斷運行正常標志為2,。
如果高級中斷不能正常運行,，那么無標志1，雖然次級中斷工作正常,，但因無標志1,，則無標志2，最終主程序因無標志2,，故Watchdog無輸出,，結果導致系統(tǒng)復位。同理,，如次級中斷不能正常工作,，那么標志2產生，最終導致系統(tǒng)復位,；若主程序自身失效,，則也無定時輸出，最終也導致系統(tǒng)復位,，重新使系統(tǒng)恢復正常運行,。
3 被破壞數據的修復
Watchdog電路只能保證系統(tǒng)失效后能得到復位處理，重新恢復正常工作,，但這說明以前有的工作狀態(tài)已被破壞,，只是不“死機”而已。程序的失效,、轉飛往往是因為有關轉移標志、數據或SFR控制字被破壞所致,，不管如何好的系統(tǒng),，要想完全避免這些破壞是不可能的，因為多種多樣的干擾源根本無法消除,，要想保護這些過程數據不被破壞,，只有設法在保護方面盡可能做得更加完善些。
3．1 特殊功能寄存器（SFR）內容的實時刷新
一般情況下,，在初始化程序中SFR已被預置好初值,，它代表一定的工作方式。在正常運行后,，SFR的內容一般是不變的,。因為SFR內容代表特定的工作方式，該內容被破壞也就改變了原來設定的工作方式，從而使系統(tǒng)失常,。比如,，系統(tǒng)設置為以中斷方式工作后，就存在中斷返回問題,，在初始化程序中已設置堆棧（SP）內容,，如果由于某種干擾，SP內容被改變,，那么中斷返回將不能轉向預定地址,，系統(tǒng)工作必然失常。為了盡量減少破壞的機會,，我們將有關SFR放在主程序Watchdog循環(huán)輸出模塊中,，以使其不斷得到刷新，程序示意圖如下：
LOOP： ·
·
·
MOV SP,， ?。?0H
MOV TMOD， ＃12H
MOV SCON,， ＃00H
ANL PSW,， ＃0E7H
SETB TR0
SETB TR1
SETB IT0
MOV IE， ＃8AH
MOV IP,， ＃02H
·
·
·
LJMP LOOP
3．2 數據區(qū)以及位區(qū)嵌套式保護
數據RAM區(qū)的單元內容多數是運行中經運算或經各種處理而得到的關鍵數據,，這些數據被破壞的可能性更大些，除了干擾源破壞,，另外運算錯誤或處理失誤,，也會造成錯誤數據。比如,，要想確切地取得一個收信標志位01H的值,，首先需查尋收信端是否有效，收信處理將作出判斷是否被干擾,，如被干擾,，則刷新標志（SETB 01H），若有效,，則標志為CLR 01H,，然后進入收信處理。下面的這些處理都是以位01H作前提的,，如果該位被破壞（SETB01H）,，那么收信處理將無法進行，所以一旦確定進入收信狀態(tài)后,，在處理階段,，要經常重復確認使標志保持有效,，即CLR01H，直到該任務完成為止,。這也就是說,，在完成某一具體任務時，對相關的標志或數據要進行可靠性診斷,，作為實時修復,，盡量減少被破壞的可能。
4 結束語
保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行和設計一種系統(tǒng)的抗干擾方式,，手段多種多樣,，不能局限于常規(guī)方法，要根據應用系統(tǒng)的具體狀況及干擾源的種類,，采取相應措施,。我們所采取的上述方法，經幾年來的使用表明比較適合WCZ—X型交換系統(tǒng),，在實際應用中該產品的可靠性得到了很好的驗征,。
參 考 文 獻
1 何立民．MCS—51系列單片機應用系統(tǒng)設計、系統(tǒng)配置與接口技術．北京：航空航天大學出版社,，1990
2 涂時亮,，張友德，陳章龍．單片微機MCS—51用戶手冊．上海：復旦大學出版社,，1990