论单片机应用系统的可靠性设计

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摘 要要保证单片机系统运行的可靠性，就需要对单片机系统进行可靠性设计。单片机在运行过程中可能会受到外界因素的干扰，如：温度、湿度、振动、电磁干扰等，这就要求我们需要考虑单片机的硬件可靠性设计。同时单片机应用系统运行过程中也会受到其本身软件的干扰，因此单片机软件的可靠性设计也是必不可少的。本文将会对单片机可靠性设计思想进行简要阐述，并对单片机应用系统扰后的后果进行分析，最后从硬件可靠性设计和软件可靠性设计两个方面进行单片机可靠性设计。

【关键词】单片机 应用系统 可靠性 设计

单片机应用系统在我们的生产生活中不断的发挥越来越重要的作用，因此针对单片机应用系统可靠性设计方面的研究也已经成为了热门研究问题。单片机应用系统一旦扰可能会产生非常严重的后果，会带来一些不必要的损失。单片机应用系统可靠性主要是硬件可靠性设计和软件可靠性设计两个方面。本文将会对单片机应用系统可靠性设计思想进行分析，最后从硬件可靠性设计和软件可靠性设计两个方面进行单片机应用系统可靠性设计探讨。

1 单片机应用系统可靠性设计思想

根据可靠性研究理论，硬件是单片机应用系统的基础要求，软件是单片机应用系统的大脑；但是必须要考虑到单片机应用系统是要在一定的环境中被人操作进行运行的，因此单片机应用系统的可靠性设计必须还要考虑到对人和环境的适应性。因此在单片机应用系统的可靠性设计研究中主要是以故障为核心，考虑到人-机-环境的一体化，从单片机的硬件系统和软件系统两个具体的方面进行研究论证。在实际的工程实践过程中，单片机应用系统硬件和软件的避错、容错设计和抗干扰设计是提高单片机应用系统可靠性的主要内容。抗干扰设计可以保证单片机应用系统能够在复杂的环境下可以抵抗各种干扰保持正常运行；避错、容错设计可以使单片机应用系统在面对一些错误的时候可以进行适当的诊断和容错，保证系统能够正常的进行运行。

2 单片机应用系统扰后果

单片机应用系统扰后会产生较为严重的后果，其中这些后果主要有以下几个方面：

2.1 出现数据误差

一旦单片机应用系统的前向通道扰时就会导致单片机应用系统的数据采集的误差增大。如果单片机应用系统前向通道的传感器接口是小电压输出，那么数据误差会非常严重。

2.2 程序运行混乱

单片机应用系统被外来干扰侵入，如果干扰导使单片机应用系统的输出误差加大，导致逻辑状态改变的话就会使整个单片机应用系统的控制失常。更为严重的是如果干扰较强会使程序计数器值改变，导致系统无法正常运行，最终单片机应用系统死机。

2.3 单片机应用系统被控对象混乱

出现干扰后：如果单片机的内部程序指针出现不准就会导致错误的程序被运行；如果DRAM中的数据被冲乱也会导致程序计算出现错误的结果；如果中断系统被误触发就会导致系统进行错误的中断处理；这些都会导致单片机应用系统的被控对象混乱。出现干扰的位置在锁存电路和被控对象间的线路的话会导致被控对象的不稳定。

2.4 数据变化

单片机应用系统中RAM数据可能会因为干扰而发生变化，ROM虽然可以避免干扰对其产生影响，但是如果RAM和片内各种特殊功能寄存器都发生了变化的话，程序的最终计算都会产生错误的结果。

3 单片机应用系统硬件可靠性设计

单片机应用系统的硬件可靠性设计主要是从供电系统稳定性、印刷电路板布线、提高电元件可靠性、双机冗余设计这几个方面进行。

3.1 供电系统稳定性

提高单片机应用系统供电系统稳定性可以防止干扰从电源系统进入单片机。具体的做法是采用交流稳压器保证单片机应用系统供电稳定性；采用隔离变压器来除高频噪声；采用低通滤波器除掉工频干扰。同时一定要保证供电功率足够单片机应用系统使用，单片机应用系统主机部分要采用单独的稳压电源。

3.2 印刷电路板布线

单片机应用系统的电路板印刷布线应采用可以提供较好的接地网的多层印制电路板，这样就可以较好的避免地电位差和元件的耦合。电路板中要进行合理的分区设计，地线要注意保持有序的和电源端的地线连接。为了使硬件系统更好的具有可靠性，要保证元件面和焊接面不得平行，防止出现较大的寄生耦合，信号线之间的距离要合理的调大防止干扰。

3.3 提高电元件的可靠性

进行单片机应用系统的硬件制造时要选用高质量的电元件，同时对于选定品牌的电元件要进行相应的测试和筛选，一定要保证电元件的可靠性，防止因为电元件质量问题导致单片机应用系统的可靠性降低。在进行单片机应用系统硬件设计时也要考虑选用技术参数有适当余量的电元件。

3.4 双机冗余设计

在单片机应用系统中一些对可靠性要求较高的地方，要采用双机冗余设计。这种单片机应用系统有主机和从机两部分，正常情况下由主机进行正常运行控制，一旦主机出现故障，仲裁器会自动的切断主机的控制权限，使从机发挥功能，完成相应的运行控制。这种双机冗余设计可以进一步的增强单片机应用系统的硬件可靠性。

4 单片机应用系统软件可靠性设计

单片机应用系统软件可靠性设计主要是从数据误差软件对策、运行失控软件对策、指令冗余、程序监视跟踪定时器几个方面进行。

4.1 数据误差软件对策

采用软件滤波算法将出现误差的数据进行过滤处理，可以避免因为输入信号干扰导致的输出控制出错。这种方法需要根据信号变化的规律选择合适的算法：算数平均值法、中值法、一阶递推数字滤波法等。

4.2 运行失控软件对策

这种运行失控软件对策可以及时的发现单片机应用系统中运行失常的软件程序，并及时的进行处理，将整个系统恢复到初始状态。防止单片机应用系统完全失常。

4.3 指令冗余

单字节的指令上出现错误程序时可以自动进入正确的指令轨道，但是多字节的指令操作上出现错误时会使程序出现连续错误，因此可以在对程序流向有关键作用的地方插入两条NOP指令，这样就可以使被弹飞的指令进入正轨。

4.4 程序监视跟踪定时器

程序监视跟踪定时器可以和软件进行配合使用，这种配合使用将会使软件系统的可靠性大大增强。它可以为CPU提供恢复信号，还可以进行看门狗监视，较好的保证单片机应用系统软件的可靠性。

参考文献

[1]陈敏捷，田国璋.旋转编码器的抗抖动计数电路[J].电子技术应用，2011，（11）：70-71，75.

[2]边永青.旋转编码器与PC接口设计[J].工业控制计算机，2013，（5）：23-25.

作者简介

杜洪林（1981-），男，吉林省吉林市人。硕士研究生学历。现在供职于扬州市职业大学。研究方向为电子与通信工程。

作者单位

扬州市职业大学 江苏省扬州市 225009