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【分享】仪器开机自检和死机分析

祥子

2011/05/20

紫外可见分光光度计（UV）

单片机系统常用软件抗干扰措施

来自：网络

说明：

在一些分光光度计中，开机自检项目有RAM,ROM，I/O检测，具体是在做什么，在这篇文章中有较好的叙述。虽然不同仪器具体实现可能不同，但原理上也差不多。分光的其他光学系统自检内容，比如零级光，波长原点，滤光片原点论坛以前也讨论过。

另外，在分光光度计中，常常出现单色器丝杆的卡丝现象，如果这时候，分光的程序还是在正常运行，一般来说，除了丝杆机械性的卡死，电机不能带回的情况外，丝杆是可以自动返回正常位置的。即使是机械性卡死，良好的程序设计，是可以用错误代码提示这个故障的。但是好像很少见到提示，所以很有可能是程序跑飞了，程序跑飞很可能是主板屏蔽不好，电机产生的电磁干扰，或者来自其他电路的干扰，造成主程序跑飞。但是，既然程序跑飞了，仪器还是处于死机状态，那么只能说，仪器对于程序跑飞，没有很好的处理，或者说仪器的软件抗干扰性不好。程序跑飞处理在这篇文章中有比较好的叙述。

可靠性设计是一项系统工程，单片机系统的可靠性必须从软件、硬件以及结构设计等方面全面考虑。硬件系统的可靠性设计是单片机系统可靠性的根本，而软件系统的可靠性设计起到抑制外来干扰的作用。软件系统的可靠性设计的主要方法有：开机自检、软件陷阱(进行程序“跑飞”检测)、设置程序运行状态标记、输出端口刷新、输入多次采样、软件“看门狗”等。通过软件系统的可靠性设计，达到最大限度地降低干扰对系统工作的影响，确保单片机及时发现因干扰导致程序出现的错误，并使系统恢复到正常工作状态或及时报警的目的。
　　一、开机自检　开机后首先对单片机系统的硬件及软件状态进行检测，一旦发现不正常，就进行相应的处理。开机自检程序通常包括对RAM、ROM、I/O口状态等的检测。
　　1检测RAM　检查RAM读写是否正常，实际操作是向RAM单元写“00H”，读出也应为“00H”，再向其写“FFH”，读出也应为“FFH”。如果RAM单元读写出错，应给出RAM出错提示(声光或其它形式)，等待处理。
　　2检查ROM单元的内容　对ROM单元的检测主要是检查ROM单元的内容的校验和。所谓ROM的校验和是将ROM的内容逐一相加后得到一个数值，该值便称校验和。ROM单元存储的是程序、常数和表格。一旦程序编写完成，ROM中的内容就确定了，其校验和也就是唯一的。若ROM校验和出错，应给出ROM出错提示(声光或其它形式)，等待处理。
　　3检查I/O口状态　首先确定系统的I/O口在待机状态应处的状态，然后检测单片机的I/O口在待机状态下的状态是否正常(如是否有短路或开路现象等)。若不正常，应给出出错提示(声光或其它形式)，等待处理。
　　4其它接口电路检测　除了对上述单片机内部资源进行检测外，对系统中的其它接口电路，比如扩展的E2PROM、A/D转换电路等，又如数字测温仪中的555单稳测温电路，均应通过软件进行检测，确定是否有故障。
　　只有各项检查均正常，程序方能继续执行，否则应提示出错。
　　二、软件陷阱　在程序存储器中总会有一些区域未使用，如果因干扰导致单片机的指令计数器PC值被错置，程序跳到这些未用的程序存储空间，系统就会出错。软件陷阱是在程序存储器的未使用的区域中，加上若干条空操作和无条件跳转指令，无条件跳转指令指向程序“跑飞”处理子程序的入口地址。如果程序跳到这些未用区域，就会执行无条件跳转指令，转到相应的程序出错“跑飞”处理程序。除程序未用区域外，还可以在程序段之间(如子程序之间及一段处理程序完成后)及一页的末尾处插入软件陷阱，效果会更好。下面是一段带软件陷阱的程序；
　　DSP：……；显示子程序
　　　　RET
　　　　NOP；软件陷阱
　　　　NOP
　　　　NOP
　　　　LIMP FLY
D10MS：MOV R0，＃010H；延时子程序
　　　　……
　　　　RET
　　　　NOP　　　　；软件陷阱
　　　　NOP
　　　　NOP
　　　　LJMP FLY
　　　　……
　　FLY：……　；“跑飞”处理子程序
　　　　RET
　　三、程序“跑飞”处理　要进行程序“跑飞”处理，就要分清程序“跑飞”所造成的影响，以及程序“跑飞”前运行的进程，这就需要的设置相应的标志。
　　RAM数据正常标志　RAM数据正常标志是检测RAM区的数据是否已经因程序“跑飞”或其它干扰而改变。如果RAM区的数据确因程序“跑飞”或其它干扰而改变，则系统无法自行恢复到原来的出错地点，只能由人工或由软件复位从头开始执行。要进行RAM区数据正常检测，首先应在初始化程序中，对RAM的若干单元设置RAM数据正常标志。通常是在RAM区中选数个单元，在初始化程序中将其置成固定的数，如“55H”或“0AAH”，只要程序正常运行，这些单元的内容是不会被修改的，若因程序“跑飞”或其它干扰导致这些RAM单元中的任何单元的数据发生变化，说明其它RAM单元的内容也可能发生变化，无法反映程序运行的结果和状态，不能根据RAM区中的标志去恢复程序运行现场。
　　程序运行标记　程序运行状态标记是在RAM区中设立一些标志位，这些标志位分别代表程序运行的不同阶段及运行后的状态。在初始化程序中，首先对这些单元置初值，在程序运行的不同阶段，这些单元的内容将被改变成特定值，标记程序运行的阶段和运行后的状态。这些标志除了在程序正常运行中起到条件转移的作用外，还能在程序“跑飞”，而RAM区数据正常时起到恢复程序运行现场的作用。
　　程序“跑飞”处理　程序“跑飞”处理就是在程序由软件陷阱检测到“跑飞”后，转入“跑飞”处理程序。“跑飞”处理程序判断“跑飞”影响的程度，根据影响程度的不同，决定是报警复位还是自动恢复现场。如自动恢复现场，则需根据程序运行状态标记进行。具体如何进行程序“跑飞”处理，要根据控制系统的设计要求进行。
　　四、输出端口刷新　由于单片机的I/O口很容易受到外部信号的干扰，输出口的状态也可能因此而改变。在程序中周期性地添加输出端刷新指令，可以降低干扰对输出口状态的影响。在程序中指定RAM单元存储输出口当时应处的状态，在程序运行过程中根据这些RAM单元的内容去刷新I/O口。
　　五、输入多次采样　干扰对单片机的输入，会造成输入信号瞬间采样的误差或误读。要排除干扰的影响，通常采取重复采样、加权平均的方法。
　　　　六、软件“看门狗”　软件陷阱是在程序运行到ROM的非法区域时检测程序出错的方法。而“看门狗”是根据程序在运行指定时间间隔内未进行相应的操作，即未按时复位看门狗定时器，来判断程序运行出错的。
　　在系统成本允许的情况下，应选择专门的看门狗电路芯片或片内带看门狗定时器的单片机。如果条件不允许，应加软件“看门狗”。

精
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yuduoling

第1楼2011/05/20

不错的知识分享

0

悠旸

第2楼2011/05/20

祥子老师的帖子总让我明白不少东西，不过我觉得这贴对设计人员更有用。

0

祥子

第3楼2011/05/20

好奇心的结果，以前对自检结果也不是很明白。

我觉得修仪器，得带着好奇心去修，不然修仪器是件苦差事。

您们在大公司还好点，我们又得去邮寄元器件，又得自己做线，还没做个搬运工开心，挣的也没比搬运工多多少。
悠旸(ihqs) 发表:祥子老师的帖子总让我明白不少东西，不过我觉得这贴对设计人员更有用。

0

dahua1981

第4楼2011/05/20

应助达人

楼主的经验很不错

0

悠旸

第5楼2011/05/20

祥子(nemoium) 发表:好奇心的结果，以前对自检结果也不是很明白。

我觉得修仪器，得带着好奇心去修，不然修仪器是件苦差事。

您们在大公司还好点，我们又得去邮寄元器件，又得自己做线，还没做个搬运工开心，挣的也没比搬运工多多少。

0

精
该帖子已被管理者-设置为精华，下面是奖励记录：加5积分,加5声望

mengzhaocheng

第6楼2011/07/10

应助达人

谢谢祥子老师分享

0

lhbsx

第7楼2012/04/04

学习了，只是自己水平有限看不大懂，需进一步学习

0

dooby

第8楼2015/11/30

感谢分享好东西

0

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