单片机软件抗干扰技术是微电子和计算机系统设计中的一个重要研究领域。随着电子技术的发展，各种电子产品和设备在工作环境中的干扰问题越来越突出，这直接影响到设备的稳定性和可靠性。硬件抗干扰措施虽然能够从源头上解决一部分问题，但由于成本和实现复杂度的限制，不可能全面覆盖所有干扰场景。因此，软件抗干扰以其设计灵活、节省硬件资源、可靠性好等特点，在现代电子系统中变得越来越重要。
在MCS-51单片机系统中，软件抗干扰主要可以从两个方面入手：一是消除模拟输入信号的噪声，例如通过数字滤波技术来实现；二是处理程序运行混乱时使程序重入正轨的方法。本文将重点探讨后者，即如何通过软件手段确保程序能够在受到干扰后，自我恢复到正常工作状态。
1.1 指令冗余
指令冗余是一种常见的软件抗干扰手段，它通过在程序中添加额外的单字节指令（如NOP），来避免由于程序计数器（PC）受到干扰而错误地执行了操作数。当程序受到干扰“乱飞”时，双字节或三字节指令可能会导致取指令时发生错误。指令冗余可以确保即使错误地取到了操作数，后面的NOP指令也会使程序执行跳转，从而避免后续的指令被错误地当作操作数执行。通常在关键指令如RET、RETI、LCALL、LJMP、JC等之前插入两条NOP指令，可以进一步确保这些关键指令的正确执行。
1.2 拦截技术（软件陷阱）
软件陷阱是一种拦截程序运行中出现的“乱飞”现象的技术，其核心思想是将程序引导至预定位置进行错误处理。软件陷阱一般通过在程序中未使用的EPROM空间填入特定的指令序列实现，例如***，其中最后一条是跳转至复位入口地址0000H的指令。这种设计可以确保当程序“乱飞”到非程序区域时，能够自动跳转到复位地址，从而重新开始程序执行。为了提高拦截效率，通常在用户程序区各模块之间的空余单元也填入陷阱指令。此外，在对应中断服务程序中设置软件陷阱，能够及时捕获错误的中断请求，从而进行出错处理。
1.3 软件“看门狗”技术
软件“看门狗”技术是用于检测程序是否陷入死循环或运行异常的一种技术。通过设置一个或多个观测变量（如MWatch、T0Watch、T1Watch），程序可以在一个循环中检查这些变量的计数是否正确。如果发现变量计数异常，比如应该增加而没有增加，程序则认为系统陷入死循环，需要进行出错处理。环形中断监视系统是一种有效的软件“看门狗”实现方式，它通过相互监视来确保程序的正确运行。若使用硬件看门狗电路失效，软件看门狗技术可以有效解决由于严重干扰导致的问题，提高系统的可靠性。
2. 系统故障处理与自恢复程序设计
在单片机系统中，由于干扰复位或掉电后的复位都是非正常的复位情形，需要通过软件设计实现故障识别及恢复机制。系统故障处理和自恢复程序的设计应该能够识别硬件复位和软件复位的情况。通过设置故障诊断程序和系统自恢复程序，系统可以自动诊断非正常复位的原因，并且在识别出非正常复位后，执行相应的恢复流程，尽可能地恢复到非正常复位前的状态，保证系统的连续稳定运行。
单片机软件抗干扰技术通过一系列编程技巧，如指令冗余、拦截技术（软件陷阱）和软件“看门狗”技术，可以在不增加或少增加硬件成本的情况下，提高系统的抗干扰能力，保证程序的稳定运行。此外，系统故障处理和自恢复程序的设计对于单片机系统的稳定性和可靠性至关重要，必须确保在任何异常情况下都能够及时准确地恢复程序的正常运行。随着技术的不断发展和应用需求的日益复杂，软件抗干扰技术的研究和应用将会更加深入和完善。
