單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的抗干擾具體可分為軟件和硬件兩方面，其中，軟件抗干擾以其設(shè)計(jì)靈活、節(jié)省硬件資源、降低成本等優(yōu)勢越來越得到廣泛采用。軟件抗干擾技術(shù)主要有“指令冗余技術(shù)”、“軟件陷阱技術(shù)”、“軟件看門狗技術(shù)”、“數(shù)字濾波技術(shù)”等。本文就軟件陷阱技術(shù)對單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)抗干擾的原理與具體實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行探討和研究，給出實(shí)現(xiàn)軟件陷阱技術(shù)的兩種形式，并將該技術(shù)成功地使用在多個(gè)實(shí)際的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，保證系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。
1、 程序跑飛和軟件陷阱技術(shù)概述
程序正常運(yùn)行時(shí)，程序計(jì)數(shù)器PC始終指向正在執(zhí)行的這條指令的下一條指令的第一個(gè)字節(jié)的程序存儲器單元地址，這樣就保證了單片機(jī)能夠正確地讀取每一條指令的各個(gè)字節(jié)，即CPU先讀取操作碼，再讀取操作數(shù)(如果有操作數(shù)字節(jié)的話)。在MCS-51系列單片機(jī)中，程序計(jì)數(shù)器PC的尋址范圍是0000H~FFFFH，共64 KB。用戶應(yīng)用程序中，根據(jù)系統(tǒng)要求，規(guī)定了程序運(yùn)行的惟一路徑。這體現(xiàn)在系統(tǒng)上電后，程序計(jì)數(shù)器PC有唯一的變化歷程，保證了程序正常、有序地運(yùn)行。程序跑飛是指系統(tǒng)受到某種干擾后，程序計(jì)數(shù)器PC的值偏離了給定的唯一變化歷程，導(dǎo)致程序運(yùn)行偏離正常的運(yùn)行路徑。程序跑飛因素及后果往往是不可預(yù)計(jì)的。
在很多情況下，程序跑飛后系統(tǒng)會進(jìn)入死循環(huán)而導(dǎo)致死機(jī)。這時(shí)，應(yīng)采取有效措施引導(dǎo)跑飛的程序盡快退出死循環(huán)并迅速復(fù)位。實(shí)踐證明，軟件陷阱技術(shù)能有效引導(dǎo)跑飛的程序盡快退出死循環(huán)并迅速復(fù)位。
2、 兩種軟件陷阱技術(shù)的比較分析
當(dāng)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的CPU受到干擾時(shí)，不良影響的主要形式有：
① 非正常修改程序計(jì)數(shù)器PC指針；
② 改寫可編程輸出端口的狀態(tài)；
③ 非正常修改重要數(shù)據(jù)區(qū)的數(shù)據(jù)。以上三個(gè)方面的不良影響會使單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)程序失控，控制狀態(tài)失靈，其后果是非常嚴(yán)重的，它甚至?xí)瓜到y(tǒng)崩潰，造成嚴(yán)重的工業(yè)事故。以上幾個(gè)方面的不良影響可以使用軟件陷阱技術(shù)加以解決。現(xiàn)將這一技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方法歸納總結(jié)為兩種。
2.1 軟件陷阱技術(shù)實(shí)現(xiàn)形式之一
單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的用戶應(yīng)用程序一般由循環(huán)結(jié)構(gòu)的主程序和中斷服務(wù)子程序組成，主程序的結(jié)構(gòu)如圖1所示。將下面的軟件陷阱程序段插入到用戶應(yīng)用程序中(如何插入的問題將在下面的第3點(diǎn)中詳細(xì)討論)，即在用戶應(yīng)用程序存儲器不用區(qū)域?qū)懭氪a“OO00020000H”。
NOP NOP LJMP O000H
當(dāng)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)工作正常時(shí)，單片機(jī)的CPU不會執(zhí)行軟件陷阱程序段；但是，當(dāng)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)受到干擾而程序跑飛后，由于程序計(jì)數(shù)器PC值錯(cuò)誤，破壞了正常的指令格式，導(dǎo)致執(zhí)行非正常指令，從而執(zhí)行軟件陷阱程序段，落入軟件陷阱，將跑飛的程序引導(dǎo)到復(fù)位入口地址0000H。