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单片机系统可靠性设计

时间：2020-10-24 13:38:07 数据库操作系统我要投稿

单片机系统可靠性设计

　　单片机是典型的嵌入式微控制器，由运算器，控制器，存储器，输入输出设备等构成，相当于一个微型的计算机。下面是小编为你带来的单片机系统可靠性设计，欢迎阅读。

　　[摘要]在单片机系统的设计中，为了提升系通过运行的安全性与可靠性，需要针对其硬件系统和软件系统实施可靠性设计，这样才能满足使用需求。本文将针对单片机系统，分别从软件和硬件两个方面来阐述可靠性设计，具有一定的借鉴意义。

　　[关键词]单片机系统可靠性设计

　　随着科学技术的不断进步，人们对于单片机系统的设计也更加关注，不断研究出新的技术，来提升单片机系统运行的可靠性。但是其可靠性与用户需求依然存在着一定的差距，亟需对其进行完善，提升可靠性。

　　一、软件方面可靠性设计措施

　　（一）正确设计软件

　　1.认真设计

　　对于单片机系统每部分的硬件地址，要清楚明确，对于汇编语言指令以及机器状态影响要了解和掌握，对于CPU内部的RAM功能要划分正确，仔细认真编写单片机系统软件。同时，在编写中，应用软件工程做法，保证程序的透明易懂，提升可维护性和可读性。

　　2.合理安排中断

　　按照系统的具体特点，对于工段优先级和中断功能进行合理的安排，保护和恢复中断现场，防止发生中断冲突。

　　3.模块化结构

　　按照系统功能，可以将软件划分为多个模块，保证变成具有清楚的思路，便于调试和阅读，不易出错。

　　（二）提升可靠性具体措施

　　1.设计合理的软件陷阱

　　在运行软件的过程中，有可能会出现失控的情况，例如，受到干扰，或者程序飞逸到非程序区。所以，在重要程序段、程序断裂点、非程序区以及向量区，可以埋设陷阱，从而及时捕捉飞逸程序。

　　2.指令冗余技术的应用

　　在不对实时性造成影响的情况下，反复执行同一指令，应用三选二方式实施判定，可以消除一些偶然的干扰，从而提升可靠性。

　　3.NOP指令的应用

　　在进行单片机的地面测井仪的研制时，在对编好程序进行仿真运行时能够通过，但是写入指令时却无法运行，这是就可以将发生问题的字节用NOP代替，从而正常运行。

　　4.软件消抖方式

　　在按键操作中经常会发生意外的抖动，为了有效消抖，在处理程序内，可以通过延时再判，保证人机对话运行的可靠性。

　　5.直接地址的应用

　　固定寄存器内的Ri寄存器，可以应用直接地址来提升可靠性，所以在设计软件时，应用直接地址，防止出现误传递。

　　6.数字滤波技术

　　在测量参数的时候，可以通过数字滤波技术来消除随机干扰。例如，针对核测井信号，通过加权平滑，可以消除高斯噪声。针对井温信号，可以采用程序判断滤波或者中值滤波，提高可信度。

　　二、硬件方面可靠性设计措施

　　（一）系统合理设计

　　各种器件应该保证速度匹配，不能混用高、低速器件。匹配电平，CMOS和TTL接口电平应该匹配。匹配温度性能，不能混用高、低温器件。匹配可靠性等级，不能混用可靠性不同的器件。对于系统时钟要合理的选择。在保证实时性的情况下，系统时钟较低，能够降低速度要求，可以提高可靠性。对于连接件的布局和选型、器件安装结构等要合理设计。单机片系统的键盘板、接口板和主机板需要应用总线板插槽进行相互连接，插槽的工艺会影响系统运行的可靠性。因此，可以减少中间环节，用插座和插头来代替插槽。

　　（二）保证元器件的可靠

　　尽量保证元器件的可靠性等级高。筛选元器件，对于元器件要进行分级分类的使用。

　　（三）人-环境特性的可靠性策略

　　第一，按照硬件的功能，采用模块化布局，主要包括两个层次，分别是板级，以及印制板内部的单元电路。例如，将不同参数的测量电路进行划分，形成不同接口板，然后在板内将数字电路和模拟电路进行集中布局。第二，保证元器件的.引线走向和布局满足信号传输特性要求。第三，在印制板的电源入口部分，增加电容，从而滤除电源干扰。第四，对于同一印制板内部的同一组电源，防止翻面走线，避免不同电源互相干扰。

　　第五，在继承芯片的供电引脚处安装去耦电容，提升集成芯片运行可靠性。第六，将调零电路安装到模拟输出通道，抑制输出零漂。第七，抗振设计。单机片系统中存在着较多的插拔器件，不仅要选择较好性能的插座，还应该将插座和器件固定在一起，例如涂敷高温硅胶和应用金属卡等。还可以应用晶振，提高可靠性。第八，设计低功耗系统。通过低功耗设计和加装保温瓶，可以适应高温环境。将单机片系统应用于下井仪中，因为恶劣的散热条件和有限的安装空间，可以简化设计，运用高集成低功耗的元器件。CPU和其他期间应该保证是军品级别，保证正常工作。

　　第九，当辐射对微电子器件产生影响后，会造成漏电流和表面翻转，为了改善这种情况，可以应用在通讯和航天领域应用比较广泛的GaAs的单片微波集成电路。现阶段，在石油测井行业，还没有出现辐射影响单片机系统运行可靠性的情况，但是也需要重视这方面的因素，从而提升可靠性。

　　结语：

　　综上所述，针对于单片机系统，为了保证其运行的安全性和可靠性，需要从软件和硬件两个方面入手，进行合理的设计，提升其运行的可靠性。在软件系统中，需要认真的设计软件，通过一些高新技术的应用，提升软件设计质量，进而提高可靠性。对于硬件，应该选择一些性能优良的硬件设备，降低各种因素的影响，从而提升运行安全性。结合软件和硬件两个方面，综合设计单机片系统，全面提高其运行的可靠性。

　　参考文献

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