单片机编程经验

经验之一&＃xff1a;用“软件陷阱&＃43;程序口令”对付PC指针的弹飞

当CPU受到外界干扰,有时PC指针会飞到另一段程序中,或跳到空白段去。

其实,如果PC指针飞到空白段去&＃xff0c;倒也好处理。只要在空白段设立软件陷阱(拦截指令),将程
序拦
截到初始化段或程序错误处理段。

但是,如果PC指针飞到另一段程序中去了&＃xff0c;系统如何办?小匠在这里推荐一种方法——程序口
令&＃xff0c;
思路如下&＃xff1a;

1、首先&＃xff0c;程序必须模块化。每个模块&＃xff08;子程序&＃xff09;执行一个功能。每个模块只有一个出口
&＃xff08;RET&＃xff09;。

2、设立一个模块&＃xff08;子程序&＃xff09;ID寄存器。

3、为每个子程序配置一个唯一的ID号码。

4、每当子程序执行完毕&＃xff0c;要返回&＃xff08;RET&＃xff09;之前&＃xff0c;先将本子程序的ID号送入 ID寄存器

5、返回到上级程序后&＃xff0c;先判断ID寄存器中的ID号。如果正确&＃xff0c;则继续执行&＃xff1b;如果不正确&＃xff0c;
则表示
PC指针有可能已经跳错了&＃xff0c;子程序没有按预计的出口返回&＃xff0c;这时将程序拦截到初始化段或程
序错
误处理段。

这种方法&＃xff0c;如同在程序中设立了若干个岗哨&＃xff0c;每次调用子程序返回后&＃xff0c;都要对口令&＃xff08;ID
号&＃xff09;&＃xff0c;验
明正身后再放行。再配合软件陷阱&＃xff0c;基本上可以将大多数PC指针弹飞的现象检测到。

到了程序错误处理段&＃xff0c;要杀要剐&＃xff08;冷启动还是热启动&＃xff09;就由您了。

仅以一条代码来揭示程序飞跑的本质&＃xff01;
750102H &＃xff1b;MOV 01H&＃xff0c;#02H

如当前PC不是指向75H&＃xff0c;而是指向01H或02H&＃xff0c;那么51内的指令译码器将把她们忠实地翻译成
AJMP
XX01H 或 LJMP XXXXH 而XX01H XXXXH又是什么呢&＃xff1f;天知道&＃xff01;这样恶性飞跑下去那还不死
定&＃xff01;
改革一下&＃xff1a;
CLR A &＃xff1b;0C4H
INC A &＃xff1b;04H
MOV R1&＃xff0c;A &＃xff1b;0F9H
INC A &＃xff1b;04H
MOV &＃64;R1,A &＃xff1b;86H
每一字节代码都不能在生成跳转和循环&＃xff0c;且都是单字节指令&＃xff01;往那跑去&＃xff1f;
跑出去了都要自己回来&＃xff01;“在家”千日好&＃xff01;“跳出”事事难嘛&＃xff01;这样只要平时习惯了用累加
器和
寄存器把数倒一倒&＃xff0c;把那些危险代码都给倒掉&＃xff0c;这样虽说给PC的“足”上多加了两字节的
“包”
可它不好“跑”啊&＃xff01;“足包”&＃61;&＃61;&＃61;&＃61;跑&＃xff01;
有朋友会问&＃xff1a;要是PC抓做02H--LJMP 又有抓做了老鼻子远的XXH&＃xff0c;再抓做隔壁的YYH不就没用
了
吗&＃xff1f;提这样的问题只有ZENYIN这种钻牛角得才会提&＃xff01;PC那一位最活跃啊&＃xff1f;PC0啊&＃xff01;要“扯
拐”显
然发生在她身上&＃xff0c;至于那PC15同志啊&＃xff0c;睡得更死猪一样&＃xff0c;雷爆&＃xff08;强干扰&＃xff09;来了都打不醒&＃xff1f;此
外如
果干扰都强到了PC高位都出错的地步&＃xff01;关电&＃xff01;关电&＃xff01;不干了&＃xff01;“不是我们不行而是敌人太强
大”&＃xff01;反过来要是敌人在你的专政下&＃xff0c;只是偶尔出来捣捣乱&＃xff0c;但一出来就冲到屁西&＃xff08;PC&＃xff09;高
层&＃xff0c;
就要问问是不是你的王国根基&＃xff08;硬件&＃xff09;有问题了&＃xff1f;而非出在意识形态&＃xff08;软件&＃xff09;上&＃xff01;硬件为
本&＃xff01;软
件为标&＃xff01;标本兼治铸就坚强体魄&＃xff0c;方能百毒不侵&＃xff01;

经验之二、不要轻信软件狗

关于软件狗的讨论&＃xff0c;论坛上多矣。

匠人也曾经查阅过许多关于软件狗的文章。有些大师确实提出了一些比较有技巧性的方法。

但是&＃xff0c;匠人的忠告是&＃xff1a;不要轻信软件狗&＃xff01;

其实&＃xff0c;软件狗相当于软件的一种自律行为。一般的思路都是通过设立一个计数器&＃xff0c;在计时中
断中
对其&＃43;1&＃xff0c;在主程序的适当地方对其清零。如果程序失控了&＃xff0c;清零指令未被执行&＃xff0c;但中断造常
发
生&＃xff0c;则计数器溢出&＃xff08;狗狗叫了&＃xff09;。

但是这里有个问题&＃xff1a;万一干扰导致中断被屏蔽了&＃xff0c;那软件狗就永远不会叫了&＃xff01;——针对这种
可
能&＃xff0c;有人提出在主程序中反复刷新中断使能标志&＃xff0c;保证不让中断被屏蔽。——但万一程序飞
到某
个死循环中去了&＃xff0c;不再执行“刷新中断使能标志”这一功能了&＃xff0c;还是有可能把狗狗活活饿
死。

所以&＃xff0c;匠人的观点是&＃xff1a;看门狗必须拥有独立的计数器。&＃xff08;即硬件看门狗&＃xff09;

好在现在好多芯片都提供了内部WDT。这种狗都是自带计数器的。即使干扰导致程序失控&＃xff0c;
WDT还
是会造常计数直到溢出。

当然&＃xff0c;匠人也没有要将软件狗一棍子全部打死的意思。毕竟不管是软狗还是硬狗&＃xff0c;逮到耗子
就是
好狗嘛&＃xff08;狗拿耗子——多管闲事&＃xff1f;&＃xff09;。如果哪位训狗专家确实养过一条能看门的好软件狗&＃xff0c;
请牵
出来让大伙瞧瞧。

经验之三、话说RAM冗余技术

所谓的RAM冗余&＃xff0c;就是&＃xff1a;

1、将重要的数据信息备份2份&＃xff08;或以上&＃xff09;并存放在RAM中不同的区域&＃xff08;指地址不相连&＃xff09;。

2、当平时对这些数据进行修改时&＃xff0c;同时也更新备份

3、当干扰发生并被拦截到“程序错误处理段”中时&＃xff0c;将数据与备份做比较&＃xff0c;采用表决方式
&＃xff08;少数
服从多数&＃xff09;选出正确&＃xff08;或可能正确&＃xff1f;&＃xff09;的那个。

4、备份越多&＃xff0c;效果越好。&＃xff08;当然&＃xff0c;你得有足够的存储空间&＃xff09;

5、只备份最最原始的数据。中间变量&＃xff08;指那些可以从原始数据重新推导出来的数据&＃xff09;不必
备份

注&＃xff1a;

1、这种思路的理论依据&＃xff0c;据说是源于一种“概率论”&＃xff0c;即一个人被老婆打肿脸的概率是很
大的&＃xff0c;
但如果他捂着脸去上班却发现全公司每个已婚男人的脸都青了&＃xff0c;这种概率是很小的。同理&＃xff0c;
一个
RAM寄存器数据被冲毁的概率是很大的&＃xff0c;但地址不相连的多个RAM同时被冲毁的概率是很小
的。

2、前两年&＃xff0c;小匠学徒时&＃xff0c;用过一次这种方法&＃xff0c;但效果不太理想。当时感觉可能是概率论在
我这失
效了&＃xff1f;现在回想起来&＃xff0c;可能是备份的时机选的不好。结果将已经冲毁的数据又备份进去了。
这样
以来&＃xff0c;恢复出来的数据自然也就不对了。

经验之四、话说指令冗余技术

前面有个朋友问到指令冗余&＃xff0c;按匠人的理解&＃xff0c;指令冗余&＃xff0c;就是动作冗余。

举个例子&＃xff0c;你要在某个输出口上输出一个高电平去驱动一个外部器件&＃xff0c;你如果只送一次
“1”&＃xff0c;那
么&＃xff0c;当干扰来临时&＃xff0c;这个“1”就有可能变成“0”了。正确的处理方式是&＃xff0c;你定期刷新这个
“1”。那么&＃xff0c;即使偶然受了干扰&＃xff0c;它也能恢复回来。

除了I/O口动作的冗余&＃xff0c;匠人强烈建议大家在下面各方面也采用这种方法&＃xff1a;

1、LCD的显示。有时&＃xff0c;也许你会用一些LCD的专用驱动芯片&＃xff08;如HT1621&＃xff09;&＃xff0c;这种芯片有个好
处&＃xff0c;
即你只要将显示数据传送给它&＃xff0c;它就会不断的自动扫描LCD。但是&＃xff0c;你千万不要以为这样就
没你啥
事了。正确的处理方式是&＃xff0c;要记得定期刷新送显数据&＃xff08;即使显示内容没有改变&＃xff09;。对于CPU
中自带
LCD DRIVER 的&＃xff0c;也要定期刷新LCD RAM。

2、中断使能标志的设置。不要以为你在程序初始化段将中断设置好就OK了。应该在主程序
中适当
的地方定期刷新一下&＃xff0c;以免你的中断被挂起来。

3、其它一些标志字和参数寄存器&＃xff08;包括你自己定义的&＃xff09;&＃xff0c;也要记得常常刷新。

4、其它一些你认为有必要反复刷新的地方。

经验之五、10种软件滤波方法

下面奉献——
匠人呕心沥血搜肠刮肚冥思苦想东拼西凑整理出来的10种软件滤波方法

1、限幅滤波法&＃xff08;又称程序判断滤波法&＃xff09;
A、方法&＃xff1a;
根据经验判断&＃xff0c;确定两次采样允许的最大偏差值&＃xff08;设为A&＃xff09;
每次检测到新值时判断&＃xff1a;
如果本次值与上次值之差>&＃61;A,则本次值有效
如果本次值与上次值之差
B、优点&＃xff1a;
能有效克服因偶然因素引起的脉冲干扰
C、缺点
无法抑制那种周期性的干扰
平滑度差

2、中位值滤波法
A、方法&＃xff1a;
连续采样N次&＃xff08;N取奇数&＃xff09;
把N次采样值按大小排列
取中间值为本次有效值
B、优点&＃xff1a;
能有效克服因偶然因素引起的波动干扰
对温度、液位的变化缓慢的被测参数有良好的滤波效果
C、缺点&＃xff1a;
对流量、速度等快速变化的参数不宜

3、算术平均滤波法
A、方法&＃xff1a;
连续取N个采样值进行算术平均运算
N值较大时&＃xff1a;信号平滑度较高&＃xff0c;但灵敏度较低
N值较小时&＃xff1a;信号平滑度较低&＃xff0c;但灵敏度较高
N值的选取&＃xff1a;一般流量&＃xff0c;N&＃61;12&＃xff1b;压力&＃xff1a;N&＃61;4
B、优点&＃xff1a;
适用于对一般具有随机干扰的信号进行滤波
这样信号的特点是有一个平均值&＃xff0c;信号在某一数值范围附近上下波动
C、缺点&＃xff1a;
对于测量速度较慢或要求数据计算速度较快的实时控制不适用
比较浪费RAM

4、递推平均滤波法&＃xff08;又称滑动平均滤波法&＃xff09;
A、方法&＃xff1a;
把连续取N个采样值看成一个队列
队列的长度固定为N
每次采样到一个新数据放入队尾,并扔掉原来队首的一次数据.(先进先出原则)
把队列中的N个数据进行算术平均运算,就可获得新的滤波结果
N值的选取&＃xff1a;流量&＃xff0c;N&＃61;12&＃xff1b;压力&＃xff1a;N&＃61;4&＃xff1b;液面&＃xff0c;N&＃61;4~12&＃xff1b;温度&＃xff0c;N&＃61;1~4
B、优点&＃xff1a;
对周期性干扰有良好的抑制作用&＃xff0c;平滑度高
适用于高频振荡的系统
C、缺点&＃xff1a;
灵敏度低
对偶然出现的脉冲性干扰的抑制作用较差
不易消除由于脉冲干扰所引起的采样值偏差
不适用于脉冲干扰比较严重的场合
比较浪费RAM

5、中位值平均滤波法&＃xff08;又称防脉冲干扰平均滤波法&＃xff09;
A、方法&＃xff1a;
相当于“中位值滤波法”&＃43;“算术平均滤波法”
连续采样N个数据&＃xff0c;去掉一个最大值和一个最小值
然后计算N-2个数据的算术平均值
N值的选取&＃xff1a;3~14
B、优点&＃xff1a;
融合了两种滤波法的优点
对于偶然出现的脉冲性干扰&＃xff0c;可消除由于脉冲干扰所引起的采样值偏差
C、缺点&＃xff1a;
测量速度较慢&＃xff0c;和算术平均滤波法一样
比较浪费RAM

6、限幅平均滤波法
A、方法&＃xff1a;
相当于“限幅滤波法”&＃43;“递推平均滤波法”
每次采样到的新数据先进行限幅处理&＃xff0c;
再送入队列进行递推平均滤波处理
B、优点&＃xff1a;
融合了两种滤波法的优点
对于偶然出现的脉冲性干扰&＃xff0c;可消除由于脉冲干扰所引起的采样值偏差
C、缺点&＃xff1a;
比较浪费RAM

7、一阶滞后滤波法
A、方法&＃xff1a;
取a&＃61;0~1
本次滤波结果&＃61;&＃xff08;1-a&＃xff09;*本次采样值&＃43;a*上次滤波结果
B、优点&＃xff1a;
对周期性干扰具有良好的抑制作用
适用于波动频率较高的场合
C、缺点&＃xff1a;
相位滞后&＃xff0c;灵敏度低
滞后程度取决于a值大小
不能消除滤波频率高于采样频率的1/2的干扰信号

8、加权递推平均滤波法
A、方法&＃xff1a;
是对递推平均滤波法的改进&＃xff0c;即不同时刻的数据加以不同的权
通常是&＃xff0c;越接近现时刻的数据&＃xff0c;权取得越大。
给予新采样值的权系数越大&＃xff0c;则灵敏度越高&＃xff0c;但信号平滑度越低
B、优点&＃xff1a;
适用于有较大纯滞后时间常数的对象
和采样周期较短的系统
C、缺点&＃xff1a;
对于纯滞后时间常数较小&＃xff0c;采样周期较长&＃xff0c;变化缓慢的信号
不能迅速反应系统当前所受干扰的严重程度&＃xff0c;滤波效果差

9、消抖滤波法
A、方法&＃xff1a;
设置一个滤波计数器
将每次采样值与当前有效值比较&＃xff1a;
如果采样值&＃xff1d;当前有效值&＃xff0c;则计数器清零
如果采样值><当前有效值&＃xff0c;则计数器&＃43;1&＃xff0c;并判断计数器是否><&＃61;上限N(溢出)
如果计数器溢出,则将本次值替换当前有效值,并清计数器
B、优点&＃xff1a;
对于变化缓慢的被测参数有较好的滤波效果,
可避免在临界值附近控制器的反复开/关跳动或显示器上数值抖动
C、缺点&＃xff1a;
对于快速变化的参数不宜
如果在计数器溢出的那一次采样到的值恰好是干扰值,则会将干扰值当作有效值导
入系
统

10、限幅消抖滤波法
A、方法&＃xff1a;
相当于“限幅滤波法”&＃43;“消抖滤波法”
先限幅,后消抖
B、优点&＃xff1a;
继承了“限幅”和“消抖”的优点
改进了“消抖滤波法”中的某些缺陷,避免将干扰值导入系统
C、缺点&＃xff1a;
对于快速变化的参数不宜

IIR 数字滤波器

A. 方法&＃xff1a;
确定信号带宽&＃xff0c; 滤之。
Y(n) &＃61; a1*Y(n-1) &＃43; a2*Y(n-2) &＃43; ... &＃43; ak*Y(n-k) &＃43; b0*X(n) &＃43; b1*X(n-1) &＃43; b2*X
(n-2) &＃43; ... &＃43; bk*X(n-k)

B. 优点&＃xff1a;高通&＃xff0c;低通&＃xff0c;带通&＃xff0c;带阻任意。设计简单(用matlab&＃xff09;
C. 缺点&＃xff1a;运算量大。