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

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

0 引言
??? 以單片機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，可靠性和穩(wěn)定性往往容易達到應(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?；蚴ъ`。因此，利用單片機自身的優(yōu)勢和豐富的外圍模塊來提高儀器儀表的抗干擾能力，具有十分重要的現(xiàn)實意義。
??? 目前，解決單片機程序跑飛主要利用開門狗來實現(xiàn)。解決掉電數(shù)據(jù)保護功能時，數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)常選用兩類：一類是EEPROM，但寫入時間較長；另一類是帶有后備電池的小容量SRAM來構(gòu)成非易失存儲器，這種方法寫入速度快，但增加了電路的復(fù)雜性。
??? SST公司的FlashFlex51系列單片機具有內(nèi)部看門狗和片內(nèi)Flash存儲器，可以用于解決單片機程序跑飛和重要數(shù)據(jù)的掉電存儲問題。本文是采用SST公司的SST89E58RD2單片機來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題。

1 視頻字符疊加系統(tǒng)的問題分析
??? 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重的環(huán)境時，疊加系統(tǒng)往往會出現(xiàn)疊加字符消失、系統(tǒng)與上位機通信不正常等問題。通過對該問題的分析研究發(fā)現(xiàn)，單片機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，其視頻存儲器內(nèi)容被清除是導(dǎo)致系統(tǒng)不能正常運行的真正原因。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)定的單片機是解決問題的最好方法。在對AT89C51單片機和其它51單片機進行對比分析后，本文選擇了SST89E58RD2單片機來解決系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性的問題。

2 SST89E5 8RD2簡介
2．1 SST89E58RD2的主要特性
??? SST89E58RD2單片機可兼容80C51系列單片機，且內(nèi)置超級FLASH存儲器，5 V工作電壓下的工作頻率為0～40 MHz，與現(xiàn)行的80C52系列單片機硬件PIN-TO-PIN完全兼容，同時軟件、開發(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)的基本存儲塊和8K字節(jié)二級存儲塊的超級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)和增強型UART、10個中斷源、四個中斷優(yōu)先級以及可編程看門狗定時器(WDT)；兼容TTL和CMOS邏輯電平；內(nèi)含PCA(可編程計數(shù)器陣列)，具有PWM和捕獲、比較功能；可實現(xiàn)掉電檢測。
2．2 看門狗定時器
??? SST89E58RD2內(nèi)置的可編程看門狗定時器可用于程序死循環(huán)或程序運行不正常(如程序跑飛)時的自動恢復(fù)。為保護系統(tǒng)因程序死循環(huán)等引起的運行不正常，用戶程序需要在其定義的周期內(nèi)刷新看門狗定時器，否則，當(dāng)WDRE(看門狗復(fù)位)有效時，將觸發(fā)內(nèi)部硬件復(fù)位。WDT(看門狗定時器)用系統(tǒng)時鐘作為基準時鐘，因此，嚴格的說，看門狗定時器應(yīng)稱為看門狗計數(shù)器。WDT寄存器每344064個系統(tǒng)時鐘加1?？撮T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?？撮T狗可通過兩個特殊寄存器WDTC(看門狗定時器控制寄存器)和WDTD工作。在空閑模式下，WDT運行被臨時掛起，并在接收到中斷信號后從空閑模式恢復(fù)為正常工作模式。WDT的計數(shù)周期計算公式如下：
??? 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存儲器編程
??? SST89E58RD2單片機可使用IAP模式對其內(nèi)部的FLASH存儲器進行擦除或?qū)懭霐?shù)據(jù)。當(dāng)SST89E58RD2單片機的CPU進入IAP模式后，其FLASH存儲器的兩個區(qū)中的一個可在擦除數(shù)據(jù)或?qū)懭霐?shù)據(jù)的同時，另一區(qū)的用戶代碼仍可以被CPU執(zhí)行。即在內(nèi)部FLASH存儲器寫人數(shù)據(jù)的同時，CPU可以從外部存儲器載入代碼。位于單片機內(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)閉外部時鐘，內(nèi)部晶振提供編程和擦除操作的時序參考。內(nèi)部晶振只有在被請求時才打開，而當(dāng)FLASH操作完成后立刻被關(guān)閉。CPU要運行于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)被選擇的存儲器區(qū)域已被安全鎖使能時，IAP命令將無法執(zhí)行。編程命令向存儲器塊寫入新數(shù)據(jù)時，必須保證該存儲器塊處于被擦除狀態(tài)，即其值為0xFF。如果存儲器塊沒有被擦除，則應(yīng)用合適的擦除命令進行擦除操作。尤其不能在CPU正載入代碼的存儲器區(qū)域進行編程或擦除操作，這將導(dǎo)致不可預(yù)測的編程并可能導(dǎo)致編程數(shù)據(jù)損毀。

3．1 片擦除
??? 片擦除命令可擦除FLAH存儲器的所有數(shù)據(jù)。該命令只有在EA為0時才有效，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)，塊的選擇可通過設(shè)置SFAH寄存器的值來實現(xiàn)。當(dāng)SFAH[7]為0時，選擇塊0；當(dāng)SFAH[7：4]為E，選擇塊時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)，對哪個扇區(qū)進行擦除操作由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存儲器，字節(jié)編程的流程框圖如圖5所示。

4 解決方案
??? 在對字符疊加系統(tǒng)出現(xiàn)疊加字符丟失和程序跑飛問題進行深入分析后發(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的PC指針超出了應(yīng)用程序的范圍而導(dǎo)致程序無法正常運行。為增強視頻字符疊加系統(tǒng)的抗干擾能力，可以利用看門狗功能使單片機在程序跑飛的情況下自動恢復(fù)正常。其實現(xiàn)原理是看門狗定時器在計數(shù)到設(shè)定值時產(chǎn)生內(nèi)部復(fù)位信號，使單片機重新運行用戶程序，以對視頻疊加的字符信息定時進行刷新。保證疊加的字符信息在丟失后仍能及時的疊加到視頻上。其改進后的程序流程如圖6所示。

5 結(jié)束語
??? 通過本文提出的方案可在不改變硬件的情況下，通過充分利用SST89E58RD2單片機的內(nèi)部資源，成功解決視頻疊加信息丟失和程序跑飛的問題，以增強視頻字符疊加系統(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。這對利用單片機內(nèi)部資源來增強系統(tǒng)的抗干擾能力，具有非常重要的實用價值。