單片機系統可靠性設計

單片機系統可靠性設計

　　單片機是典型的嵌入式微控制器，由運算器，控制器，存儲器，輸入輸出設備等構成，相當于一個(gè)微型的計算機。下面是小編為你帶來(lái)的單片機系統可靠性設計 ，歡迎閱讀。

　　[摘 要]在單片機系統的設計中，為了提升系通過(guò)運行的安全性與可靠性，需要針對其硬件系統和軟件系統實(shí)施可靠性設計，這樣才能滿(mǎn)足使用需求。本文將針對單片機系統，分別從軟件和硬件兩個(gè)方面來(lái)闡述可靠性設計，具有一定的借鑒意義。

　　[關(guān)鍵詞]單片機系統 可靠性 設計

　　隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，人們對于單片機系統的設計也更加關(guān)注，不斷研究出新的技術(shù)，來(lái)提升單片機系統運行的可靠性。但是其可靠性與用戶(hù)需求依然存在著(zhù)一定的差距，亟需對其進(jìn)行完善，提升可靠性。

　　一、軟件方面可靠性設計措施

　�。ㄒ唬┱�確設計軟件

　　1.認真設計

　　對于單片機系統每部分的硬件地址，要清楚明確，對于匯編語(yǔ)言指令以及機器狀態(tài)影響要了解和掌握，對于CPU內部的RAM功能要劃分正確，仔細認真編寫(xiě)單片機系統軟件。同時(shí)，在編寫(xiě)中，應用軟件工程做法，保證程序的透明易懂，提升可維護性和可讀性。

　　2.合理安排中斷

　　按照系統的具體特點(diǎn)，對于工段優(yōu)先級和中斷功能進(jìn)行合理的安排，保護和恢復中斷現場(chǎng)，防止發(fā)生中斷沖突。

　　3.模塊化結構

　　按照系統功能，可以將軟件劃分為多個(gè)模塊，保證變成具有清楚的思路，便于調試和閱讀，不易出錯。

　�。ǘ�）提升可靠性具體措施

　　1.設計合理的軟件陷阱

　　在運行軟件的過(guò)程中，有可能會(huì )出現失控的情況，例如，受到干擾，或者程序飛逸到非程序區。所以，在重要程序段、程序斷裂點(diǎn)、非程序區以及向量區，可以埋設陷阱，從而及時(shí)捕捉飛逸程序。

　　2.指令冗余技術(shù)的應用

　　在不對實(shí)時(shí)性造成影響的情況下，反復執行同一指令，應用三選二方式實(shí)施判定，可以消除一些偶然的干擾，從而提升可靠性。

　　3.NOP指令的應用

　　在進(jìn)行單片機的地面測井儀的研制時(shí)，在對編好程序進(jìn)行仿真運行時(shí)能夠通過(guò)，但是寫(xiě)入指令時(shí)卻無(wú)法運行，這是就可以將發(fā)生問(wèn)題的字節用NOP代替，從而正常運行。

　　4.軟件消抖方式

　　在按鍵操作中經(jīng)常會(huì )發(fā)生意外的抖動(dòng)，為了有效消抖，在處理程序內，可以通過(guò)延時(shí)再判，保證人機對話(huà)運行的可靠性。

　　5.直接地址的應用

　　固定寄存器內的Ri寄存器，可以應用直接地址來(lái)提升可靠性，所以在設計軟件時(shí)，應用直接地址，防止出現誤傳遞。

　　6.數字濾波技術(shù)

　　在測量參數的時(shí)候，可以通過(guò)數字濾波技術(shù)來(lái)消除隨機干擾。例如，針對核測井信號，通過(guò)加權平滑，可以消除高斯噪聲。針對井溫信號，可以采用程序判斷濾波或者中值濾波，提高可信度。

　　二、硬件方面可靠性設計措施

　�。ㄒ唬┫到y合理設計

　　各種器件應該保證速度匹配，不能混用高、低速器件。匹配電平，CMOS和TTL接口電平應該匹配。匹配溫度性能，不能混用高、低溫器件。匹配可靠性等級，不能混用可靠性不同的器件。對于系統時(shí)鐘要合理的選擇。在保證實(shí)時(shí)性的情況下，系統時(shí)鐘較低，能夠降低速度要求，可以提高可靠性。對于連接件的布局和選型、器件安裝結構等要合理設計。單機片系統的鍵盤(pán)板、接口板和主機板需要應用總線(xiàn)板插槽進(jìn)行相互連接，插槽的工藝會(huì )影響系統運行的可靠性。因此，可以減少中間環(huán)節，用插座和插頭來(lái)代替插槽。

　�。ǘ�）保證元器件的可靠

　　盡量保證元器件的可靠性等級高。篩選元器件，對于元器件要進(jìn)行分級分類(lèi)的使用。

　�。ㄈ�）人-環(huán)境特性的可靠性策略

　　第一，按照硬件的功能，采用模塊化布局，主要包括兩個(gè)層次，分別是板級，以及印制板內部的單元電路。例如，將不同參數的測量電路進(jìn)行劃分，形成不同接口板，然后在板內將數字電路和模擬電路進(jìn)行集中布局。第二，保證元器件的引線(xiàn)走向和布局滿(mǎn)足信號傳輸特性要求。第三，在印制板的電源入口部分，增加電容，從而濾除電源干擾。第四，對于同一印制板內部的同一組電源，防止翻面走線(xiàn)，避免不同電源互相干擾。

　　第五，在繼承芯片的供電引腳處安裝去耦電容，提升集成芯片運行可靠性。第六，將調零電路安裝到模擬輸出通道，抑制輸出零漂。第七，抗振設計。單機片系統中存在著(zhù)較多的插拔器件，不僅要選擇較好性能的插座，還應該將插座和器件固定在一起，例如涂敷高溫硅膠和應用金屬卡等。還可以應用晶振，提高可靠性。第八，設計低功耗系統。通過(guò)低功耗設計和加裝保溫瓶，可以適應高溫環(huán)境。將單機片系統應用于下井儀中，因為惡劣的散熱條件和有限的安裝空間，可以簡(jiǎn)化設計，運用高集成低功耗的元器件。CPU和其他期間應該保證是軍品級別，保證正常工作。

　　第九，當輻射對微電子器件產(chǎn)生影響后，會(huì )造成漏電流和表面翻轉，為了改善這種情況，可以應用在通訊和航天領(lǐng)域應用比較廣泛的GaAs的單片微波集成電路�，F階段，在石油測井行業(yè)，還沒(méi)有出現輻射影響單片機系統運行可靠性的情況，但是也需要重視這方面的因素，從而提升可靠性。

　　結語(yǔ)：

　　綜上所述，針對于單片機系統，為了保證其運行的安全性和可靠性，需要從軟件和硬件兩個(gè)方面入手，進(jìn)行合理的設計，提升其運行的可靠性。在軟件系統中，需要認真的設計軟件，通過(guò)一些高新技術(shù)的應用，提升軟件設計質(zhì)量，進(jìn)而提高可靠性。對于硬件，應該選擇一些性能優(yōu)良的硬件設備，降低各種因素的影響，從而提升運行安全性。結合軟件和硬件兩個(gè)方面，綜合設計單機片系統，全面提高其運行的可靠性。

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