原创 80C51复位标志位的设置与应用研究【整理】

引言

　　设置复位标志位便于区分不同原因引发的复位,作为一种新技术被越来越多的新型单片机所采纳。例如Philips公司的P87LPC700和 P89LPC900系列、Freescale公司（原Motorola半导体部）的MC68HC05系列和MC68HC08系列、Sunplus公司的 SPMC65系列、Microchip公司的PIC系列等,内部都设计了专门用于记录各种复位标志的状态寄存器。

　　MC68HC08系列有一个复位状态寄存器,负责记录6种复位标志位：上电复位、引脚复位、看门狗复位、非法指令复位、非法地址复位和欠压复位。SPMC65系列有一个系统控制寄存器,负责记录5种复位标志位：上电复位、外部复位、看门狗复位、非法地址复位和欠压复位。51兼容的P89LPC900系列有一个复位源寄存器,负责记录6种复位标志位：欠压复位、上电复位、外部复位、看门狗复位、软件复位和UART收到间隔字符复位（主要作为进入ISP监控程序的途径之一）。就连初学者很常用的 AT89S51/52和P89C52X2,也在其电源控制寄存器PCON中增设了一个上电标志位POF。

1  复位标志位的设置方法

　　传统的80C51单片机没有设计复位标志位的记录功能,这应该说是一种遗憾,那么能否通过一定的技术手段来弥补这个缺憾呢？这里给广大80C51单片机用户提供一种启示和引导。

　　实现复位标志位的记录肯定需要一定的硬件电路支持,而这种电路的设计不存在固定模式。笔者利用一片MAX813L设计了一种支撑电路,如图1所示,仅供读者参考。

图1  80C51设置复位标志的支撑电路

　　在图1中,应用了一个4输入端“与非”门G1和一个按钮开关SW1,还占用了80C51的5条I/O引脚P1.0~P1.4以及一个外部中断源 INT0,并且预先通过初始化软件设置INT0为唯一的高级中断源,下降沿触发方式有效,开放总中断使能位EA。平时G1因各输入端都维持在高电平上,因而其输出端也保持高电平。电路中利用了一个海量电容器C1作为储存能量的器件,扮演着备用电池的角色。由于二极管D1的存在,在主电源断电期间,C1仅为单片机供电,应该让这时的80C51进入耗能最低的停机状态（PD模式）。

　　在图1电路的基础上配合必要的用户软件,就可以在7种不同复位源引起复位之后保存6个标志位来记录7种复位标志,以下分别进行讲解。可以事先在RAM的位寻址区间分配一个字节,例如20H单元,用于记录6个复位标志位,如表1所列。

表1  用户定义的系统复位标志寄存器（SRFR）

　　假设该寄存器定名为SRFR（System Reset Flag Register）,字节地址为20H,8位当中仅利用了6位,bit5~bit0分别记录人工复位、欠压复位、看门狗复位、非法地址复位、软硬件复位和软件复位。

　　①  MRST：人工复位。当复位按钮SW1被按下时引发INT0中断;在中断服务程序中检测输入引脚P1.4的状态。如果P1.4=0,则置位MRST,记录下曾经发生了一次人工复位操作。然后进行一次主动的复位操作,方法是从输出脚P1.0输出一个低电平给MAX813L的输入引脚MR,经 MAX813L延时后从输出端RESET送出高电平复位信号给80C51,令其进行一次硬件复位操作。

　　②  LVR：欠压复位。当上游电源电压开始跌落并且下降到MAX813L的PFI检测门限以下,输出端PFO送出低电平,引发INT0中断;在中断服务程序中检测输入引脚P1.3的状态。如果P1.3=0,则置位LVR,记录下曾经发生了一次欠压复位操作;然后进行一次主动的复位操作（方法同上）,或者令单片机进入停机状态,以便节省能耗和保持数据,以及等待主电源的恢复。

　　③  WDR：看门狗复位。当发生看门狗溢出时,MAX813L的输出端WDO送出低电平,引发INT0中断;在中断服务程序中检测输入引脚P1.2的状态。如果 P1.2=0,则置位WDR,记录下曾经发生了一次看门狗复位操作;然后进行一次主动的复位操作（方法同上）。喂狗操作利用了一个I/O引脚P1.1。

　　④  IAR：非法地址复位。当发生非法地址时,80C51的输出端PSEN送出低电平瞬时脉冲,也会引发一次INT0中断;在中断服务程序中检测输入引脚 P1.4~P1.2的状态。如果P1.4~P1.2=111,则置位IAR,表示发生了一次非法地址复位操作;然后进行一次主动的复位操作（方法同上）。

　　⑤  SHR： 软硬件复位。当发生了软件陷阱的捕捉事件,或者软件看门狗的溢出事件时,可以直接置位SHR,代表发生了一次软硬件复位操作;然后进行一次主动的复位操作（方法同上）。如果利用T0作软件WDT,则应该同时设置INT0和T0中断源为高级中断。

　　⑥  SWR： 软件复位。当发生了软件陷阱的捕捉事件,或者软件看门狗的溢出事件时,也可以直接置位SWR,代表发生了一次软件复位操作;然后调用软件复位程序SWRST即可。软件复位程序的编写方法如下：

SWRST：;定义软件复位程序的实际入口地址
　　CLREA;首先关闭中断源总使能位
　　SETBF0;设置一个软件复位标志位
　　MOVP0,#0FFH;设定通用端口P0为高阻输入状态
　　MOVP1,#0FFH;设定通用端口P1为高阻输入状态
　　MOVP2,#0FFH;设定通用端口P2为高阻输入状态
　　MOVP3,#0FFH;设定通用端口P3为高阻输入状态
　　MOVPSW,#00H;设定程序状态字寄存器为原始值
　　;（根据需要还可初始化其他SFR）
　　MOVDPTR,#SWR0;为RETI准备弹出地址,而又不改变
　　;执行顺序
　　PUSHDPL;压栈低字节,在先
　　PUSHDPH;压栈高字节,在后
　　RETI;中断返回指令,清除高级中断激活触
　　;发器
SWR0：
　　CLRA;准备复位地址
　　PUSHACC;压栈低字节00H
　　PUSHACC;压栈高字节00H
　　RETI;清除低级中断激活触发器,并跳到
　　;0000H

　　⑦  POR：电源上电复位。虽然在用户定义的系统复位标志寄存器（SRFR）中,没有直接设置一个POR标志位,但是如果检测以上6个标志位同时为0,则表明此前进行的是一次上电复位。理由是,经过实验验证（实验所用的单片机型号为SST89C58）,在每次初次加电时,包含RAM的20H单元在内的80C51内部 RAM区间（00H~7FH）,其内容全部自动清零;在每次RST引脚复位（或者软件复位）时,其内容维持不变。而各个SFR无论是上电复位还是RST引脚复位时,均被还原为原始值（又称复位值）,如表2所列。

表2  片内可改写存储器空间复位情况

　　对于那些仅增设了一个复位标志位（技术手册中记作POF）的较新型单片机（如AT89S51/52、AT89S8252、AT89C53、 AT89C55WD、AT89C51RC和P89C51X2/52X2/54X2/58X2等型号）,也恰好不再需要这里所设置的POR标志位了。

　　对于没有配备备用电源的单片机应用系统,还可以考虑利用E2PROM在断电之前的瞬间来转存复位标志位,以便在断电之后也不会彻底消失。该情况下既可选用外挂E2PROM数据存储器（如8脚串行的24C01、93C46或25C040等）的电路方案,也可选用内部本身带有E2PROM数据存储器的单片机型号,如AT89S8252等。这样在断电之前的瞬间,利用电源滤波电容C2上的少量残留能量,即可完成对于E2PROM的烧写操作。

2  复位标志位的应用方法

　　一般的初始化程序段落的编写方法很简单,不过它仅适用于那些要求不高、功能也很简单的单片机项目。这类项目（如一些小家电之类的单片机应用）几乎不存在很强的“过程性”或“不间断性”,对于随时可能发生的复位操作以及重新从头运行的用户程序,不会带来太大的影响或破坏性后果。

　　而对于“过程性”或“不间断性”要求很强的单片机项目,一旦发生偶然性复位操作,并且重新从头运行用户程序,那么将会带来极大的负面影响或破坏性后果。例如,单片机控制的面包机,在一次加工面包的过程中,会经历搅拌、加热等工序;假若其间发生意外复位并且重新从头执行程序,则会导致成为废品或者烧焦。电脑控制的手术机器人,在一次手术过程中如果发生意外复位并且返工,将会带来难以想象的严重后果。电脑控制的导弹,在对准目标发射之后的飞行过程中,如果发生意外复位并且重新从头执行程序,那么将会产生难以预料的结果。

　　综上所述,单片机在工作过程中,受到意外干扰而进行复位操作,如果说是不可避免的,那么复位之后从何处或在何种背景下开始运行程序,则是可以人为安排的。因此,复位标志位的应用方法实质上就是复位处理程序的编写方法。复位处理程序的处理流程如图2所示。

图2  复位处理程序流程

　　类似于编写UART串口通信中断服务程序的思路,在进入中断程序之后首先要检测中断标志位,看是一次接收中断（RI=1）还是一次发送中断（SI=1）,然后再进入不同程序分支进行针对性服务。从图2中可以看出,在从复位矢量0000H开始执行用户程序时,首先应该检测复位标志寄存器,判断是电源初始加电还是其他复位源引起的复位或程序计数器PC清零。

　　①  如果是电源初始加电,则进行原始状态的初始化。这种情况最简单。

　　②  如果属于程序跑飞引起的软件复位、软硬件复位、非法地址复位,或者人工强行复位,则应该依据具体情况尽量恢复数据或修正参数,以便尽最大可能不影响或少影响程序的正常运行（恢复和修正数据的具体算法这里不再深入探讨）。

　　③  如果是欠压复位,则尽量从被打断的程序断点处重新开始执行程序。具体的实现方法和步骤可以是：  复位之前——单片机响应PFO中断请求而进入其服务程序后,保存堆栈指针SP当前值到指定RAM单元,把单片机推入停机状态;复位之后——待电源恢复后, MAX813L得电而从RESET端送出高电平信号,唤醒停机状态下的单片机。若唤醒后的单片机再检测到是欠压复位,则首先复原先前的SP值,再利用一条 RET（或RETI）指令弹出停机之前的程序断点到PC,从而可以继续执行前面的任务。

参考文献

［1］  李学海.PIC单片机实用教程——基础篇/扩展篇. 北京：北京航空航天大学出版社,2002.
［2］  李学海.EM78单片机实用教程——基础篇/扩展篇. 北京：电子工业出版社,2003.
［3］  李学海.凌阳8位单片机——基础篇/提高篇. 北京：北京航空航天大学出版社,2005.
［4］  李学海.PIC单片机原理. 北京：北京航空航天大学出版社,2004.
［5］  李学海.PIC单片机实践. 北京：北京航空航天大学出版社,2004