在提高硬體系統抗干擾能力的同時，軟體抗干擾以其設計靈活、節省硬體資源、可靠性好越來越受到重視。下面以mcs-51微控制器系統為例，對微機系統軟體抗干擾方法進行研究。
1 軟體抗干擾方法的研究
在工程實踐中，軟體抗干擾研究的內容主要是：一、消除模擬輸入訊號的雜訊（如數字濾波技術）；二、程式執行混亂時使程式重入正軌的方法。本文針對後者提出了幾種有效的軟體抗干擾方法。
1.1 指令冗餘
cpu取指令過程是先取操作碼，再取運算元。當pc受干擾出現錯誤，程式便脫離正常軌道「亂飛」，當亂飛到某雙位元組指令，若取指令時刻落在運算元上，誤將運算元當作操作碼，程式將出錯。若「飛」 到了三位元組指令，出錯機率更大。
在關鍵地方人為插入一些單位元組指令，或將有效單位元組指令重寫稱為指令冗餘。通常是在雙位元組指令和三位元組指令後插入兩個位元組以上的nop。這樣即使亂飛程式飛到運算元上，由於空操作指令nop的存在，避免了後面的指令被當作運算元執行，程式自動納入正軌。
此外，對系統流向起重要作用的指令如ret、 reti、lcall、ljmp、jc等指令之前插入兩條nop，也可將亂飛程式納入正軌，確保這些重要指令的執行。
1.2 攔截技術
所謂攔截，是指將亂飛的程式引向指定位置，再進行出錯處理。通常用軟體陷阱來攔截亂飛的程式。因此先要合理設計陷阱，其次要將陷阱安排在適當的位置。
（1 ）軟體陷阱的設計
當亂飛程式進入非程式區，冗餘指令便無法起作用。通過軟體陷阱，攔截亂飛程式，將其引向指定位置，再進行出錯處理。軟體陷阱是指用來將捕獲的亂飛程式引向復位入口位址0000h的指令。通常在eprom中非程式區填入以下指令作為軟體陷阱：
nopnopljmp 0000h其機器碼為0000020000。
（2 ） 陷阱的安排
通常在程式中未使用的eprom空間填0000020000。最後一條應填入020000，當亂飛程式落到此區，即可自動入軌。在使用者程式區各模組之間的空餘單元也可填入陷阱指令。當使用的中斷因干擾而開放時，在對應的中斷服務程式中設定軟體陷阱，能及時捕獲錯誤的中斷。如某應用系統雖未用到外部中斷1，外部中斷1的中斷服務程式可為如下形式：
nopnopreti返回指令可用「reti」，也可用「ljmp 0000h」。如果故障診斷程式與系統自恢復程式的設計可靠、 完善，用「ljmp 0000h」作返回指令可直接進入故障診斷程式，盡早地處理故障並恢復程式的執行。
考慮到程式存貯器的容量，軟體陷阱一般1k空間有2-3個就可以進行有效攔截。
1.3軟體「看門狗」技術
若失控的程式進入「死迴圈」，通常採用「看門狗」技術使程式脫離「死迴圈」。通過不斷檢測程式迴圈執行時間，若發現程式迴圈時間超過最大迴圈執行時間，則認為系統陷入「死迴圈」，需進行出錯處理。
「看門狗」技術可由硬體實現，也可由軟體實現。在工業應用中，嚴重的干擾有時會破壞中斷方式控制字，關閉中斷。則系統無法定時「餵狗」，硬體看門狗電路失效。而軟體看門狗可有效地解決這類問題。
筆者在實際應用中，採用環形中斷監視系統。用定時器t0監視定時器t1，用定時器t1監視主程式，主程式監視定時器t0。採用這種環形結構的軟體「看門狗」具有良好的抗干擾性能，大大提高了系統可靠性。對於需經常使用t1定時器進行串列埠通訊的測控系統，則定時器t1不能進行中斷，可改由串列埠中斷進行監控（如果用的是mcs-52系列微控制器，也可用t2代替t1進行監視）。這種軟體「看門狗」監視原理是：在主程式、t0中斷服務程式、t1中斷服務程式中各設一執行觀測變數，假設為mwatch、t0watch 、t1watch，主程式每迴圈一次，mwatch加1，同樣t0、t1中斷服務程式執行一次，t0watch、 t1watch加1。在t0中斷服務程式中通過檢測t1watch的變化情況判定t1執行是否正常，在t1中斷服務程式中檢測mwatch的變化情況判定主程式是否正常執行，在主程式中通過檢測t0watch的變化情況判別t0是否正常工作。若檢測到某觀測變數變化不正常，比如應當加1而未加1，則轉到出錯處理程式作排除故障處理。當然，對主程式最大迴圈週期、定時器t0和t1定時週期應予以全盤合理考慮。限於篇幅不贅述。
2 、系統故障處理、自恢復程式的設計
微控制器系統因干擾復位或掉電後復位均屬非正常復位，應進行故障診斷並能自動恢復非正常復位前的狀態。
2.1 非正常復位的識別
程式的執行總是從0000h開始，導致程式從 0000h開始執行有四種可能：一、系統開機上電復位；二、軟體故障復位；三、看門狗超時未餵狗硬體復位； 四、任務正在執行中掉電後來電復位。四種情況中除第一種情況外均屬非正常復位，需加以識別。
（1 ）硬體復位與軟體復位的識別
此處硬體復位指開機復位與看門狗復位，硬體復位對暫存器有影響，如復位後pc=0000h， sp=07h，psw=00h等。而軟體復位則對sp、spw無影響。故對於微機測控系統，當程式正常執行時，將sp設定位址大於07h，或者將psw的第5位使用者標誌位在系統正常執行時設為1。那麼系統復位時只需檢測psw.5標誌位或sp值便可判此是否硬體復位。
由於硬體復位時片內ram狀態是隨機的，而軟體復位片內ram則可保持復位前狀態，因此可選取片內某乙個或兩個單元作為上電標誌。設40h用來做上電標誌，上電標誌字為78h，若系統復位後40h單元內容不等於78h，則認為是硬體復位，否則認為是軟體復位，轉向出錯處理。若用兩個單元作上電標誌，則這種判別方法的可靠性更高。
（2 ）開機復位與看門狗故障復位的識別
開機復位與看門狗故障復位因同屬硬體復位， 所以要想予以正確識別，一般要借助非易失性ram或者eerom。當系統正常執行時，設定一可掉電保護的觀測單元。當系統正常執行時，在定時餵狗的中斷服務程式中使該觀測單元保持正常值（設為 aah），而在主程中將該單元清零，因觀測單元掉電可保護，則開機時通過檢測該單元是否為正常值可判斷是否看門狗復位。
（3 ）正常開機復位與非正常開機復位的識別
識別測控系統中因意外情況如系統掉電等情況引起的開機復位與正常開機復位，對於過程控制系統尤為重要。如某以時間為控制標準的測控系統，完成一次測控任務需1小時。在已執行測控50分鐘的情況下，系統電壓異常引起復位，此時若系統復位後又從頭開始進行測控則會造成不必要的時間消耗。因此可通過一監測單元對當前系統的執行狀態、系統時間予以監控，將控制過程分解為若干步或若干時間段，每執行完一步或每執行乙個時間段則對監測單元置為關機允許值，不同的任務或任務的不同階段有不同的值，若系統正在進行測控任務或正在執某時間段，則將監測單元置為非正常關機值。那麼系統復位後可據此單元判系統原來的執行狀態，並跳到出錯處理程式中恢復系統原執行狀態。
2.2 非正常復位後系統自恢復執行的程式設計
對順序要求嚴格的一些過程控制系統，系統非正常復位否，一般都要求從失控的那乙個模組或任務恢復執行。所以測控系統要作好重要資料單元、引數的備份，如系統執行狀態、系統的程序值、當前輸入、輸出的值，當前時鐘值、觀測單元值等，這些資料既要定時備份，同時若有修改也應立即予以備份。
當在已判別出系統非正常復位的情況下，先要恢復一些必要的系統資料，如顯示模組的初始化、片外擴充套件晶元的初始化等。其次再對測控系統的系統狀態、執行引數等予以恢復，包括顯示介面等的恢復。之後再把復位前的任務、引數、執行時間等恢復， 再進入系統執行狀態。
應當說明的是，真實地恢復系統的執行狀態需 要極為細緻地對系統的重要資料予以備份，並加以資料可靠性檢查，以保證恢復的資料的可靠性。
其次，對多工、多程序測控系統，資料的恢復需考慮恢復的次序問題。
系統基本初始化是指對晶元、顯示、輸入輸出方式等進行初始化，要注意輸入輸出的初始化不應造成誤動作。而復位前任務的初始化是指任務的執行狀態、執行時間等。
對於軟體抗干擾的一些其它常用方法如數字濾波、ram資料保護與糾錯等，限於篇幅，本文未作討論。在工程實踐中通常都是幾種抗干擾方法並用，互相補充 完善，才能取得較好的抗干擾效果。從根本上來說，硬體抗干擾是主動的，而軟體是抗干擾是被動的。細緻周到地分析干擾源，硬體與軟體抗干擾相結合，完善系統監控程式，設計一穩定可靠的微控制器系統是完全可行的。
//深圳
微控制器抗干擾措施
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