單片機編程經驗

經驗之一：用“軟體陷阱+程序口令”對付PC指針的彈飛
當CPU受到外界干擾,有時PC指針會飛到另一段程序中,或跳到空白段去。
其實,如果PC指針飛到空白段去，倒也好處理。只要在空白段設立軟體陷阱(攔截指令),將程序攔截到初始化段或程序錯誤處理段。
但是,如果PC指針飛到另一段程序中去了，系統如何辦?小匠在這裡推薦一種方法——程序口令，
思路如下：

1、首先，程序必須模塊化。每個模塊（子程序）執行一個功能。每個模塊只有一個出口（RET）。
2、設立一個模塊（子程序）ID寄存器。
3、為每個子程序配置一個唯一的ID號碼。
4、每當子程序執行完畢，要返回（RET）之前，先將本子程序的ID號送入 ID寄存器
5、返回到上級程序后，先判斷ID寄存器中的ID號。如果正確，則繼續執行；如果不正確，則表示PC指針有可能已經跳錯了，子程序沒有按預計的出口返回，這時將程序攔截到初始化段或程序錯誤處理段。

這種方法，如同在程序中設立了若干個崗哨，每次調用子程序返回后，都要對口令（ID號），驗明正身後再放行。再配合軟體陷阱，基本上可以將大多數PC指針彈飛的現象檢測到。到了程序錯誤處理段，要殺要剮（冷啟動還是熱啟動）就由您了。

僅以一條代碼來揭示程序飛跑的本質！
750102H  ；MOV 01H，#02H

如當前PC不是指向75H，而是指向01H或02H，那麼51內的指令解碼器將把她們忠實地翻譯成AJMP XX01H 或 LJMP XXXXH  而XX01H XXXXH又是什麼呢？天知道！這樣惡性飛跑下去那還不死定！
改革一下：
CLR A ；0C4H
INC A ；04H
MOV R1，A ；0F9H
INC A ；04H 
MOV @R1,A  ；86H
每一位元組代碼都不能在生成跳轉和循環，且都是單位元組指令！往那跑去？跑出去了都要自己回來！“在家”千日好！“跳出”事事難嘛！這樣只要平時習慣了用累加器和寄存器把數倒一倒，把那些危險代碼都給倒掉，這樣雖說給PC的“足”上多加了兩位元組的“包”可它不好“跑”啊！“足包”====跑！
有朋友會問：要是PC抓做02H--LJMP 又有抓做了老鼻子遠的XXH，再抓做隔壁的YYH不就沒用了嗎？提這樣的問題只有ZENYIN這種鑽牛角得才會提！PC那一位最活躍啊？PC0啊！要“扯拐”顯然發生在她身上，至於那PC15同志啊，睡得更死豬一樣，雷爆（強幹擾）來了都打不醒？此外如果幹擾都強到了PC高位都出錯的地步！關電！關電！不幹了！“不是我們不行而是敵人太強大”！反過來要是敵人在你的專政下，只是偶爾出來搗搗亂，但一出來就衝到屁西（PC）高層，就要問問是不是你的王國根基（硬體）有問題了？而非出在意識形態（軟體）上！硬體為本！軟體為標！標本兼治鑄就堅強體魄，方能百毒不侵！

經驗之二、不要輕信軟體狗
關於軟體狗的討論，論壇上多矣。
匠人也曾經查閱過許多關於軟體狗的文章。有些大師確實提出了一些比較有技巧性的方法。
但是，匠人的忠告是：不要輕信軟體狗！

其實，軟體狗相當於軟體的一種自律行為。一般的思路都是通過設立一個計數器，在計時中斷中對其+1，在主程序的適當地方對其清零。如果程序失控了，清零指令未被執行，但中斷造常發生，則計數器溢出（狗狗叫了）。

但是這裡有個問題：萬一干擾導致中斷被屏蔽了，那軟體狗就永遠不會叫了！——針對這種可能，有人提出在主程序中反覆刷新中斷使能標誌，保證不讓中斷被屏蔽。——但萬一程序飛到某個死循環中去了，不再執行“刷新中斷使能標誌”這一功能了，還是有可能把狗狗活活餓死。

所以，匠人的觀點是：看門狗必須擁有獨立的計數器。（即硬體看門狗）

好在現在好多晶元都提供了內部WDT。這種狗都是自帶計數器的。即使干擾導致程序失控，WDT還是會造常計數直到溢出。

當然，匠人也沒有要將軟體狗一棍子全部打死的意思。畢竟不管是軟狗還是硬狗，逮到耗子就是好狗嘛（狗拿耗子——多管閑事？）。如果哪位訓狗專家確實養過一條能看門的好軟體狗，請牽出來讓大夥瞧瞧。

經驗之三、話說RAM冗餘技術

所謂的RAM冗餘，就是：

1. 將重要的數據信息備份2份（或以上）並存放在RAM中不同的區域（指地址不相連）。
2. 當平時對這些數據進行修改時，同時也更新備份
3. 當干擾發生並被攔截到“程序錯誤處理段”中時，將數據與備份做比較，採用表決方式（少數服從多數）選出正確（或可能正確？）的那個。
4. 備份越多，效果越好。（當然，你得有足夠的存儲空間）
5. 只備份最最原始的數據。中間變數（指那些可以從原始數據重新推導出來的數據）不必備份

註：
1、這種思路的理論依據，據說是源於一種“概率論”，即一個人被老婆打腫臉的概率是很大的，但如果他捂著臉去上班卻發現全公司每個已婚男人的臉都青了，這種概率是很小的。同理，一個RAM寄存器數據被沖毀的概率是很大的，但地址不相連的多個RAM同時被沖毀的概率是很小的。
2、前兩年，小匠學徒時，用過一次這種方法，但效果不太理想。當時感覺可能是概率論在我這失效了？現在回想起來，可能是備份的時機選的不好。結果將已經沖毀的數據又備份進去了。這樣以來，恢復出來的數據自然也就不對了。

經驗之四、話說指令冗餘技術
前面有個朋友問到指令冗餘，按匠人的理解，指令冗餘，就是動作冗餘。

舉個例子，你要在某個輸出口上輸出一個高電平去驅動一個外部器件，你如果只送一次“1”，那麼，當干擾來臨時，這個“1”就有可能變成“0”了。正確的處理方式是，你定期刷新這個“1”。那麼，即使偶然受了干擾，它也能恢復回來。

除了I/O口動作的冗餘，匠人強烈建議大家在下面各方面也採用這種方法：

1. LCD的顯示。有時，也許你會用一些LCD的專用驅動晶元（如HT1621），這種晶元有個好處，即你只要將顯示數據傳送給它，它就會不斷的自動掃描LCD。但是，你千萬不要以為這樣就沒你啥事了。正確的處理方式是，要記得定期刷新送顯數據（即使顯示內容沒有改變）。對於CPU中自帶LCD DRIVER 的，也要定期刷新LCD RAM。
2. 中斷使能標誌的設置。不要以為你在程序初始化段將中斷設置好就OK了。應該在主程序中適當的地方定期刷新一下，以免你的中斷被掛起來。
3. 其它一些標誌字和參數寄存器（包括你自己定義的），也要記得常常刷新。
4. 其它一些你認為有必要反覆刷新的地方。

經驗之五、10種軟體濾波方法
下面奉獻——
匠人嘔心瀝血搜腸刮肚冥思苦想東拼西湊整理出來的10種軟體濾波方法

1、限幅濾波法（又稱程序判斷濾波法）
    A、方法：
        根據經驗判斷，確定兩次採樣允許的最大偏差值（設為A）
        每次檢測到新值時判斷：
        如果本次值與上次值之差<=A,則本次值有效
        如果本次值與上次值之差>A,則本次值無效,放棄本次值,用上次值代替本次值
    B、優點：
        能有效克服因偶然因素引起的脈衝干擾
    C、缺點
        無法抑制那種周期性的干擾
        平滑度差
   
2、中位值濾波法
    A、方法：
        連續採樣N次（N取奇數）
        把N次採樣值按大小排列
        取中間值為本次有效值
    B、優點：
        能有效克服因偶然因素引起的波動干擾
        對溫度、液位的變化緩慢的被測參數有良好的濾波效果
    C、缺點：
        對流量、速度等快速變化的參數不宜

3、算術平均濾波法
    A、方法：
        連續取N個採樣值進行算術平均運算
        N值較大時：信號平滑度較高，但靈敏度較低
        N值較小時：信號平滑度較低，但靈敏度較高
        N值的選取：一般流量，N=12；壓力：N=4
    B、優點：
        適用於對一般具有隨機干擾的信號進行濾波
        這樣信號的特點是有一個平均值，信號在某一數值範圍附近上下波動
    C、缺點：
        對於測量速度較慢或要求數據計算速度較快的實時控制不適用
        比較浪費RAM
       
4、遞推平均濾波法（又稱滑動平均濾波法）
    A、方法：
        把連續取N個採樣值看成一個隊列
        隊列的長度固定為N
        每次採樣到一個新數據放入隊尾,並扔掉原來隊首的一次數據.(先進先出原則)
        把隊列中的N個數據進行算術平均運算,就可獲得新的濾波結果
        N值的選取：流量，N=12；壓力：N=4；液面，N=4~12；溫度，N=1~4
    B、優點：
        對周期性干擾有良好的抑制作用，平滑度高
        適用於高頻振蕩的系統   
    C、缺點：
        靈敏度低
        對偶然出現的脈衝性干擾的抑制作用較差
        不易消除由於脈衝干擾所引起的採樣值偏差
        不適用於脈衝干擾比較嚴重的場合
        比較浪費RAM
       
5、中位值平均濾波法（又稱防脈衝干擾平均濾波法）
    A、方法：
        相當於“中位值濾波法”+“算術平均濾波法”
        連續採樣N個數據，去掉一個最大值和一個最小值
        然後計算N-2個數據的算術平均值
        N值的選取：3~14
    B、優點：
        融合了兩種濾波法的優點
        對於偶然出現的脈衝性干擾，可消除由於脈衝干擾所引起的採樣值偏差
    C、缺點：
        測量速度較慢，和算術平均濾波法一樣
        比較浪費RAM

6、限幅平均濾波法
    A、方法：
        相當於“限幅濾波法”+“遞推平均濾波法”
        每次採樣到的新數據先進行限幅處理，
        再送入隊列進行遞推平均濾波處理
    B、優點：
        融合了兩種濾波法的優點
        對於偶然出現的脈衝性干擾，可消除由於脈衝干擾所引起的採樣值偏差
    C、缺點：
        比較浪費RAM

7、一階滯后濾波法
    A、方法：
        取a=0~1
        本次濾波結果=（1-a）*本次採樣值+a*上次濾波結果
    B、優點：
        對周期性干擾具有良好的抑制作用
        適用于波動頻率較高的場合
    C、缺點：
        相位滯后，靈敏度低
        滯后程度取決於a值大小
        不能消除濾波頻率高於採樣頻率的1/2的干擾信號
       
8、加權遞推平均濾波法
    A、方法：
        是對遞推平均濾波法的改進，即不同時刻的數據加以不同的權
        通常是，越接近現時刻的數據，權取得越大。
        給予新採樣值的權係數越大，則靈敏度越高，但信號平滑度越低
    B、優點：
        適用於有較大純滯后時間常數的對象
        和採樣周期較短的系統
    C、缺點：
        對於純滯后時間常數較小，採樣周期較長，變化緩慢的信號
        不能迅速反應系統當前所受干擾的嚴重程度，濾波效果差

9、消抖濾波法
    A、方法：
        設置一個濾波計數器
        將每次採樣值與當前有效值比較：
        如果採樣值＝當前有效值，則計數器清零
        如果採樣值<>當前有效值，則計數器+1，並判斷計數器是否>=上限N(溢出)
            如果計數器溢出,則將本次值替換當前有效值,並清計數器
    B、優點：
        對於變化緩慢的被測參數有較好的濾波效果,
        可避免在臨界值附近控制器的反覆開/關跳動或顯示器上數值抖動
    C、缺點：
        對於快速變化的參數不宜
        如果在計數器溢出的那一次採樣到的值恰好是干擾值,則會將干擾值當作有效值導
入系
統

10、限幅消抖濾波法
    A、方法：
        相當於“限幅濾波法”+“消抖濾波法”
        先限幅,后消抖
    B、優點：
        繼承了“限幅”和“消抖”的優點
        改進了“消抖濾波法”中的某些缺陷,避免將干擾值導入系統
    C、缺點：
        對於快速變化的參數不宜

11 數字濾波器
    A. 方法：
   確定信號帶寬， 濾之。
   Y(n) = a1*Y(n-1) + a2*Y(n-2) + ... + ak*Y(n-k) + b0*X(n) + b1*X(n-1) + b2*X
(n-2) + ... + bk*X(n-k)

   B. 優點：高通，低通，帶通，帶阻任意。設計簡單(用matlab）
   C. 缺點：運算量大。