單片機系統的故障重現設計及實現

串口SIO效應

串口SIO效應實驗主要是看串口通訊是否出錯。要觀察到這種故障現象，就必須讓單片機運行串口通訊程序。由于51型單片機只有一個串口，而要使其進行通訊，最少需要兩個串口，這就至少需要有兩套單片機系統，這將使設備和實驗復雜化。在認真研究串口工作原理后，終于找到了只用一個單片機模擬串口通訊的方案：把CPU的TXD和RXD短接，將TXD端發出的數據直接送入RXD進行接收，使單片機工作于自發自收狀態，通過檢查接收與發送的數據是否相等判斷通訊是否正常。當然，仍需采用循環等待技術，使通訊循環進行，當運行正常時，在P1.1口產生脈沖信號，使紅色LED亮。如果通汛出現異常，數碼管將顯示出錯信息，并將LED熄滅。

定時器CTC效應

為使CTC工作失誤故障重現，可在主程序中加入允許CTC中斷的指令，使程序運行時，CTC一直在工作，等待電磁脈沖來干擾。 定時器采用CPU內部定時器0，工作方式為方式1。編寫CTC0的中斷子程序，與軟件計數器R0配合，在P1.1口產生一個方波信號，驅動LED閃亮。主程序等待K按下指令，等待期間進行干擾實驗。如果LED閃亮異常，表明CTC工作不正常。以下為定時器0的中斷子程序：

實驗結果

在設計該單片機系統以前，曾用一單片機最小應用系統做效應實驗，結果只能觀察到死機現象。而將該系統用于效應實驗后，觀察到了硬件損壞、A/D轉換誤差增大、內存數據改變、程序跳轉、死機、CTC工作失誤、串口通訊出錯和程序存儲器E2PROM內容被改寫等多種故障現象。通過大量、反復地實驗，測出了各種故障出現的閾值，分析了故障出現的原因。

圖4是示波器記錄下的串口RXD引腳上的正常信號和通訊出錯時的干擾波形。圖4表明，RXD上有很強的干擾信號，而且低電平被展寬了3～4倍。根據實驗數據及串口工作原理，得出申行通訊出錯的原因有兩個：1.干擾使SIO電路工作失誤，如串口控制寄存器SCON內容改變，發送或接收SBUF內容改變等，這些都可能引起接收數據和發送數據不符，從而使通訊出錯;2.RXD線上的干擾信號使串行數據發生混亂，從而使接收數據出錯。