SST89E58RD2單片機(jī)在增強(qiáng)系統(tǒng)抗干擾性能方面的應(yīng)用

0 引言
??? 以單片機(jī)為核心的儀器儀表的工作穩(wěn)定性和可靠性往往受工作環(huán)境的影響很大。在電磁干擾較弱(如室內(nèi)))時(shí)，可靠性和穩(wěn)定性往往容易達(dá)到應(yīng)用要求，然而，在室外，尤其是工作環(huán)境較惡劣的情況下，就有可能導(dǎo)致儀器儀表工作不正常或失靈。因此，利用單片機(jī)自身的優(yōu)勢(shì)和豐富的外圍模塊來(lái)提高儀器儀表的抗干擾能力，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。
??? 目前，解決單片機(jī)程序跑飛主要利用開(kāi)門(mén)狗來(lái)實(shí)現(xiàn)。解決掉電數(shù)據(jù)保護(hù)功能時(shí)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)常選用兩類(lèi)：一類(lèi)是EEPROM，但寫(xiě)入時(shí)間較長(zhǎng)；另一類(lèi)是帶有后備電池的小容量SRAM來(lái)構(gòu)成非易失存儲(chǔ)器，這種方法寫(xiě)入速度快，但增加了電路的復(fù)雜性。
??? SST公司的FlashFlex51系列單片機(jī)具有內(nèi)部看門(mén)狗和片內(nèi)Flash存儲(chǔ)器，可以用于解決單片機(jī)程序跑飛和重要數(shù)據(jù)的掉電存儲(chǔ)問(wèn)題。本文是采用SST公司的SST89E58RD2單片機(jī)來(lái)解決視頻字符疊加系統(tǒng)在惡劣環(huán)境下程序跑飛和疊加字符丟失的問(wèn)題。

1 視頻字符疊加系統(tǒng)的問(wèn)題分析
??? 視頻字符疊加系統(tǒng)在室內(nèi)環(huán)境下的字符疊加效果一般都可以滿(mǎn)足應(yīng)用要求。然而，將該系統(tǒng)應(yīng)用于室外電磁干擾較為嚴(yán)重的環(huán)境時(shí)，疊加系統(tǒng)往往會(huì)出現(xiàn)疊加字符消失、系統(tǒng)與上位機(jī)通信不正常等問(wèn)題。通過(guò)對(duì)該問(wèn)題的分析研究發(fā)現(xiàn)，單片機(jī)程序跑飛和疊加系統(tǒng)中的字符疊加芯片在受到外界干擾時(shí)，其視頻存儲(chǔ)器內(nèi)容被清除是導(dǎo)致系統(tǒng)不能正常運(yùn)行的真正原因。由于系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)一般不便于更改，因此，找到一款與目前AT89C51兼容且能解決系統(tǒng)不穩(wěn)定的單片機(jī)是解決問(wèn)題的最好方法。在對(duì)AT89C51單片機(jī)和其它51單片機(jī)進(jìn)行對(duì)比分析后，本文選擇了SST89E58RD2單片機(jī)來(lái)解決系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性的問(wèn)題。

2 SST89E5 8RD2簡(jiǎn)介
2．1 SST89E58RD2的主要特性
??? SST89E58RD2單片機(jī)可兼容80C51系列單片機(jī)，且內(nèi)置超級(jí)FLASH存儲(chǔ)器，5 V工作電壓下的工作頻率為0～40 MHz，與現(xiàn)行的80C52系列單片機(jī)硬件PIN-TO-PIN完全兼容，同時(shí)軟件、開(kāi)發(fā)工具也完全兼容；SST89E58RD2帶有1 K字節(jié)的內(nèi)部RAM，并包含32 K字節(jié)的基本存儲(chǔ)塊和8K字節(jié)二級(jí)存儲(chǔ)塊的超級(jí)FLASH；具有ISP (在系統(tǒng)編程)和IAP(在應(yīng)用中編程)功能；芯片內(nèi)有SPI(串行外圍接口)和增強(qiáng)型UART、10個(gè)中斷源、四個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)以及可編程看門(mén)狗定時(shí)器(WDT)；兼容TTL和CMOS邏輯電平；內(nèi)含PCA(可編程計(jì)數(shù)器陣列)，具有PWM和捕獲、比較功能；可實(shí)現(xiàn)掉電檢測(cè)。
2．2 看門(mén)狗定時(shí)器
??? SST89E58RD2內(nèi)置的可編程看門(mén)狗定時(shí)器可用于程序死循環(huán)或程序運(yùn)行不正常(如程序跑飛)時(shí)的自動(dòng)恢復(fù)。為保護(hù)系統(tǒng)因程序死循環(huán)等引起的運(yùn)行不正常，用戶(hù)程序需要在其定義的周期內(nèi)刷新看門(mén)狗定時(shí)器，否則，當(dāng)WDRE(看門(mén)狗復(fù)位)有效時(shí)，將觸發(fā)內(nèi)部硬件復(fù)位。WDT(看門(mén)狗定時(shí)器)用系統(tǒng)時(shí)鐘作為基準(zhǔn)時(shí)鐘，因此，嚴(yán)格的說(shuō)，看門(mén)狗定時(shí)器應(yīng)稱(chēng)為看門(mén)狗計(jì)數(shù)器。WDT寄存器每344064個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘加1。看門(mén)狗數(shù)據(jù)／重載寄存器(WDTD)作為WDT的重載寄存器。WDT的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。看門(mén)狗可通過(guò)兩個(gè)特殊寄存器WDTC(看門(mén)狗定時(shí)器控制寄存器)和WDTD工作。在空閑模式下，WDT運(yùn)行被臨時(shí)掛起，并在接收到中斷信號(hào)后從空閑模式恢復(fù)為正常工作模式。WDT的計(jì)數(shù)周期計(jì)算公式如下：
??? 周期=(255－WDTD)x344064x1／Fclk
??? 式中，WDTD是放入WDTD寄存器的重載值，F(xiàn)clk是系統(tǒng)的晶振頻率。

3 FLASH存儲(chǔ)器編程
??? SST89E58RD2單片機(jī)可使用IAP模式對(duì)其內(nèi)部的FLASH存儲(chǔ)器進(jìn)行擦除或?qū)懭霐?shù)據(jù)。當(dāng)SST89E58RD2單片機(jī)的CPU進(jìn)入IAP模式后，其FLASH存儲(chǔ)器的兩個(gè)區(qū)中的一個(gè)可在擦除數(shù)據(jù)或?qū)懭霐?shù)據(jù)的同時(shí)，另一區(qū)的用戶(hù)代碼仍可以被CPU執(zhí)行。即在內(nèi)部FLASH存儲(chǔ)器寫(xiě)人數(shù)據(jù)的同時(shí)，CPU可以從外部存儲(chǔ)器載入代碼。位于單片機(jī)內(nèi)部的特殊功能寄存器SFST、SFCM、SFAL、SFAH、SFDT和SFCF用于控制和管理FLASH的擦除和編程執(zhí)行。在IAP模式下，CPU內(nèi)核和FLASH控制單元將關(guān)閉外部時(shí)鐘，內(nèi)部晶振提供編程和擦除操作的時(shí)序參考。內(nèi)部晶振只有在被請(qǐng)求時(shí)才打開(kāi)，而當(dāng)FLASH操作完成后立刻被關(guān)閉。CPU要運(yùn)行于IAP模式，必須使能IAP使能位(SFCF[6])，否則，F(xiàn)LASH的編程命令將不起作用。所有的IAP命令只有在IAP模式才能執(zhí)行，但當(dāng)被選擇的存儲(chǔ)器區(qū)域已被安全鎖使能時(shí)，IAP命令將無(wú)法執(zhí)行。編程命令向存儲(chǔ)器塊寫(xiě)入新數(shù)據(jù)時(shí)，必須保證該存儲(chǔ)器塊處于被擦除狀態(tài)，即其值為0xFF。如果存儲(chǔ)器塊沒(méi)有被擦除，則應(yīng)用合適的擦除命令進(jìn)行擦除操作。尤其不能在CPU正載入代碼的存儲(chǔ)器區(qū)域進(jìn)行編程或擦除操作，這將導(dǎo)致不可預(yù)測(cè)的編程并可能導(dǎo)致編程數(shù)據(jù)損毀。

3．1 片擦除
??? 片擦除命令可擦除FLAH存儲(chǔ)器的所有數(shù)據(jù)。該命令只有在EA為0時(shí)才有效，其執(zhí)行操作流程如圖2所示。

3．2 塊擦除
??? 塊擦除命令可擦除FLASH存儲(chǔ)器塊(塊0和塊1)中任何一塊的所有數(shù)據(jù)，塊的選擇可通過(guò)設(shè)置SFAH寄存器的值來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)SFAH[7]為0時(shí)，選擇塊0；當(dāng)SFAH[7：4]為E，選擇塊時(shí)1。塊擦除的操作程序如圖3所示。

3．3 扇區(qū)擦除
??? 扇區(qū)擦除操作可擦除扇區(qū)的所有信息，扇區(qū)的大小是128字節(jié)，對(duì)哪個(gè)扇區(qū)進(jìn)行擦除操作由SFAH和SFAL寄存器決定，其執(zhí)行操作程序框圖4所示。
3．4 字節(jié)編程
??? 字節(jié)編程命令用于編程一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，其編程地址由SFAH和SFAL決定，編程的數(shù)據(jù)存于SFDT存儲(chǔ)器，字節(jié)編程的流程框圖如圖5所示。

4 解決方案
??? 在對(duì)字符疊加系統(tǒng)出現(xiàn)疊加字符丟失和程序跑飛問(wèn)題進(jìn)行深入分析后發(fā)現(xiàn)，影響系統(tǒng)正常工作的原因是字符疊加芯片的復(fù)位腳被干擾信號(hào)復(fù)位從而導(dǎo)致視頻疊加信息的丟失；或者是由于干擾單片機(jī)的PC指針超出了應(yīng)用程序的范圍而導(dǎo)致程序無(wú)法正常運(yùn)行。為增強(qiáng)視頻字符疊加系統(tǒng)的抗干擾能力，可以利用看門(mén)狗功能使單片機(jī)在程序跑飛的情況下自動(dòng)恢復(fù)正常。其實(shí)現(xiàn)原理是看門(mén)狗定時(shí)器在計(jì)數(shù)到設(shè)定值時(shí)產(chǎn)生內(nèi)部復(fù)位信號(hào)，使單片機(jī)重新運(yùn)行用戶(hù)程序，以對(duì)視頻疊加的字符信息定時(shí)進(jìn)行刷新。保證疊加的字符信息在丟失后仍能及時(shí)的疊加到視頻上。其改進(jìn)后的程序流程如圖6所示。

5 結(jié)束語(yǔ)
??? 通過(guò)本文提出的方案可在不改變硬件的情況下，通過(guò)充分利用SST89E58RD2單片機(jī)的內(nèi)部資源，成功解決視頻疊加信息丟失和程序跑飛的問(wèn)題，以增強(qiáng)視頻字符疊加系統(tǒng)的抗干擾能力。本文所提出的方案目前得到了成功的應(yīng)用。這對(duì)利用單片機(jī)內(nèi)部資源來(lái)增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾能力，具有非常重要的實(shí)用價(jià)值。