单片机应用系统的可靠性设计

单片机测控系统的可靠性分析裴古英(兰州交通大学电子与信息工程学院甘肃兰州730070)i l_一戳盛YV A L LE工电子科掌[摘要】通过对干扰源的分析，讨论在单片机测控系统中硬件系统和软件系统可靠性与整个系统可靠性的关系。

采用软硬件协同设计方法，将硬件与软件抗干扰相结合，可以设计出稳定可靠的单片机测控系统。

【关键词]单片机测控系统软硬件协问设计可靠性中图分类号：TP202．1文献标识码t A文章编号：1671--7597(2008)'110025--01一、，I■近年来，人们在不断完善单片机测控系统硬件配置的基础上，对系统受干扰的原因进行分析，对提高系统抗干扰能力的方法进行探讨，不仅具有一定的理论意义。

也有很高的实践价值。

=、曩件鬃统可童性硬件系统可靠性从技术的角度上来讲，主要指硬件的冗余技术。

在工业生产中所出现的干扰一般是以脉冲的形式进入单片机系统的，渠道主要有三条，即空间干扰(场干扰)，过程通道干扰和供电系统干扰。

空间干扰是通过电磁波辐射进入系统的，过程通道十扰是通过与主机相连的前向通道、后向通道以及与其它主机相连的通道进入的．在一般的情况下，空间干扰的强度上要远小于其他两个渠道的干扰，而且可以通过良好的屏蔽、正确的接地和高频滤波加以消除。

因此重点应放在防止供电系统和过程通道的干扰上[1]。

厂至面砷—一门影响单片机测控系统可靠性的因素，有一I单I45％来自系统设计。

为了保证测控系统的可靠陌酉柔蠹罕习———+I：I性，在对电路设计时，应进行最坏情况的设计一l：I各种电子元件的特性不可能是一个恒定值，总是一I统I在其标注值的上下有一个变化的筢围。

同时，电恒里型篁王到———◆口源电压也有一个波动范围，最坏的设计(指工作图l单片机测控系统环境最坏情况下)方法是考虑所有元件的公差，的主要干扰渠道并取其最不利的数值。

核算电路的每一个规定的特性。

如果这一组参数值都能保证正常工作，那么在公差范围内的其它所有元件值都能使电路可靠地工作。

学院：电子工程学院班级：0210701 学号：02107025姓名：张文祥单片机系统硬件可靠性设计学院：电子工程学院班级：0210701学号：02107025姓名：张文祥摘要：为了使单片机系统可靠运行，必须对单片机系统进行可靠性设计，为此，提出了单片机系统可靠性设计的思想，并从硬件和软件两个方面探讨了单片机系统可靠性设计的技术途径。

根据硬件和软件子系统的人—环境特性，结合具体的实践经验，提出了单片机系统可靠性设计的具体技术。

这些可靠性设计技术的应用，使单片机系统的可靠性提高到了一个新水平。

关键词：可靠性设计；硬件；模块化；抗干扰引言：近年来，人们在单片机系统可靠性设计方面的探索已卓有成效，一些靠性设计技术在单片机系统中得到了广泛应用。

但单片机系统的可靠性还远不能满足户的需要，特别是在一些新的应用领域，对单片机系的可靠性又有新的要求。

本文主要针对石油测井行业劣应用环境下单片机系统可靠性设计展开论述。

单片机又称单片微控制器，它不是完成某一个逻辑功能的芯片，而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。

概括的讲，一块芯片就成了一台计算机。

单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域，大致可分为如下几个范畴：一、在智能仪器仪表的应用单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点，广泛应用于仪器仪表中，结合不同类型的传感器，可实现诸如电压、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测量。

采用单片机控制使得仪器仪表数字化、智能化、微型化，且功能比起采用电子或数字电路更加强大。

例如精密的测量设备（功率计，示波器，各种分析仪）。

二、在家用电器中的应用可以这样说，现在的家用电器基本上都采用了单片机控制，从电饭煲、洗衣机、电冰箱、空调机、彩电、其他音响视频器材、再到电子秤量设备，五花八门，无所不在。

三、在工业控制中的应用用单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统。

提高单片机应用系统可靠性的软硬件技术作者：彭芬来源：《计算机光盘软件与应用》2013年第20期摘要：单片机日益广泛的使用，因此对于单片机的使用操作系统的可靠性和安全性也有了越来越高的要求。

尤其是对于工业过程的控制、交通管理、金融以及通讯等测控系统，最主要的技术指标就是可靠性。

因为系统一旦出现任何的问题和故障，就会造成生产过程混乱、指挥以及监控系统的迟钝等不良后果。

文中简单介绍了几种提升单片机应用系统可靠性的方式和措施。

关键词：单片机；抗干扰；可靠性中图分类号：TP368.1在进行单片机应用系统开发的过程之中，经常会遭遇到的问题是在实验室的运行环境之下，系统运行正常有效，但是一旦将其安装到现场工作，经常会出现不规律、不正常的情况。

或者是在系统的运行调试过程和在空载的情况下一切正常，但是大负荷的控制一旦启动，整个系统很可能会出现各种问题。

探寻出现此种情况的原因，很可能是抗干扰设计有漏洞，以至于造成应用系统的不够可靠。

1 造成单片机可靠性不高的原因1.1 单片机应用系统出故障的主要表现和内在原因操作系统出错的主要表现包含了被控制对象动作失误、死机、状态不稳定、计时不准确以及数据显示混乱和闪烁不定等等。

其内在原因主要是：第一，随机存储器中的数据被打乱，造成程序进入死循环的境地，因而引发死机的情况出现；第二，单片机中的内部程序指针发生错乱，随便指向了错误的地方，使得运行的程序不正确，造成随机存储器之中的某些数据被打乱，程序计算的结果是错误的，外围的锁存电路受到一定的干扰，出现了误锁存的情况，以至于出现被控制对象的错误操作；第三，锁存电路和被控制对象之间的线路遭受到了一定的干扰，因此造成被控制对象的状态不稳定；第四，单片机内部程序指针出现错乱，造成中断程序在运行的过程中超出了限定的时间；第五，随机存储器之中的计时数据被打乱，造成程序在计算的过程中产生出错误结果。

1.2 造成单片机使用体系出现错误的外因从设计与制作的方面解析，使得单片机的应用操作体系容易受到干扰的主要客观外在原因有七个方面：第一，单片机本身抗干扰能力较差；第二，环境电磁干扰因素过于强烈；第三，整个操作体系电源抗干扰能力不足或是功率太差等；第四，程序并没有使用抗干扰的办法或使用的办法力度不够；第五，各个组织器件之间的驱动功率太小，处在一种刚刚达标的状态之下；第六，长距离的数据传输电流和电压不高，而且没有使用相应的屏蔽保护措施；第七，元件的质量不高[1]。

单片机应用系统的设计与开发在当今科技飞速发展的时代，单片机作为一种集成度高、功能强大的微型计算机，已经广泛应用于各个领域。

从智能家居到工业自动化，从医疗设备到汽车电子，单片机的身影无处不在。

那么，如何设计和开发一个高效、稳定的单片机应用系统呢？这需要我们从多个方面进行考虑和实践。

一、需求分析在开始设计之前，充分了解和明确系统的需求是至关重要的。

这包括确定系统要实现的功能、性能指标、工作环境以及可能的限制条件等。

例如，如果是设计一个用于温度监测的单片机系统，我们需要明确测量的温度范围、精度要求、数据显示方式以及是否需要与其他设备进行通信等。

通过与客户或相关人员的沟通，以及对市场和现有类似产品的研究，可以更全面地把握需求。

同时，还需要对需求进行可行性分析，确保在技术、成本和时间等方面是可行的。

二、硬件设计硬件设计是单片机应用系统的基础。

首先，要选择合适的单片机型号。

这需要根据系统的需求来确定，例如处理能力、存储容量、引脚数量、功耗等。

常见的单片机品牌有 STM32、Arduino、PIC 等。

在确定单片机型号后，需要设计外围电路。

这包括电源电路、时钟电路、复位电路、输入输出接口电路等。

对于输入电路，要考虑信号的类型（模拟信号还是数字信号）、幅度和频率等，并选择合适的传感器和调理电路。

对于输出电路，要根据负载的类型和要求选择合适的驱动电路。

此外，还需要考虑电路板的布局和布线。

良好的布局和布线可以提高系统的稳定性和抗干扰能力。

要注意电源线和地线的宽度和走向，尽量减少信号的反射和串扰。

三、软件设计软件设计是实现单片机系统功能的核心。

首先，需要选择合适的编程语言和开发工具。

常见的编程语言有 C、C+＋和汇编语言等。

开发工具则包括 Keil、IAR 等。

在编写软件代码之前，要制定详细的软件流程和算法。

根据系统的功能需求，将整个任务分解为多个子任务，并确定每个子任务的执行顺序和逻辑关系。

在代码编写过程中，要注重代码的可读性和可维护性。

单片机系统中复位电路的可靠性分析与设计首先，在分析复位电路可靠性之前，有必要了解复位电路的基本原理。

复位电路的主要功能是在系统通电或特定条件发生时将单片机的复位引脚拉低一段时间，使单片机按照预定的状态重新启动，从而保证系统正常运行。

常见的复位电路包括普通复位电路、功率上复位电路、看门狗复位电路等。

复位电路可靠性的分析主要从以下几个方面入手：1.电源稳定性：复位电路的工作依赖于电源的稳定性。

如果电源波动较大，可能会导致复位信号不稳定，引起系统复位异常。

因此，建议在设计中增加稳压电路、滤波电路等措施，确保电源的稳定性和纹波小。

2.噪声干扰：单片机工作环境中存在各种噪声，如电磁干扰、射频干扰等，这些干扰可能导致复位电路误触发或失效。

为了解决这一问题，可以采用屏蔽措施、使用滤波电路或选择抗干扰能力较强的电路器件等。

3.瞬态故障：在系统工作过程中，可能会出现瞬态故障，例如电源电压的瞬间下降、电流的瞬间增加等，这些瞬态故障可能会导致单片机复位异常。

为了提高复位电路的可靠性，可以选择具有快速响应速度的复位电路器件，以及增加滤波电路等。

4.可靠性设计：在复位电路的设计中，还需要考虑电路的可靠性和容错性。

可以采用多级复位电路设计、冗余复位电路设计等方式，以提高系统的容错能力。

在设计复位电路时，需要根据具体应用场景的需求，选择合适的复位电路方案和元器件。

例如，在高可靠性要求场景下，可以选择使用看门狗复位电路，它可以根据系统的状态监测，自动产生复位信号；在对复位速度有较高要求的场景下，可以采用功率上复位电路，它可以在电源波动瞬间产生复位信号。

综上所述，单片机系统中复位电路的可靠性对整个系统的正常运行起着至关重要的作用。

在设计中，需要考虑电源稳定性、噪声干扰、瞬态故障等因素，并采取相应的设计措施，以提高复位电路的可靠性。

此外，根据具体应用场景的需求选择合适的复位电路方案和元器件也是提高可靠性的重要手段。

浅谈单片机控制系统的可靠性作者：章檬来源：《城市建设理论研究》2013年第25期摘要：下文主要结合笔者多年的工作实践经验，针对单片机控制系统中的可靠性进行了探讨，提出了规范合理的系统设计和容错设计来提高系统的可靠性，同时对系统的干扰进行了介绍，并给出了硬件和软件抗干扰的措施，使单片机控制系统的工作可靠、稳定、高效。

关键词：可靠性容错干扰中图分类号：TN973.3 文献标识码：A 文章编号：1、规范合理的系统设计和容错设计单片机控制系统是完成一定控制功能的系统，有其工作任务、运行环境和持续运行时间。

设计中不仅要考虑系统运行的可靠性以及可维护性，还要考虑系统的性价比，为了保证系统的可靠持续运行，规范合理的系统设计和容错设计是非常重要的。

在单片机控制系统的设计中要求方案正确、易于实现。

系统的硬件和软件的功能分配合理不仅有利于系统的良好运行，而且有利于节约系统的开发成本，便于可扩展和可维护。

在满足系统性能指标和可靠性的前提下，元器件尽量选择廉价、性能优良、常见的元器件品种和型号，充分利用较好的系统设计方案来降低使用元器件的设计等级。

在系统的元器件的布局、印制板的布线以及电源和地线连接情况等都会对系统的运行性能和抗干扰能力产生影响。

软件设计要求模块化程序设计和结构化程序设计。

容错设计就是对故障予以容忍的设计。

因为单片机控制系统故障或出错是客观存在的，容错设计就是解除系统故障或出错影响措施。

实施的方法是投入超常规设计所需要的资源，以换取更高的系统可靠性。

2、单片机控制系统的干扰简介要解决单片机控制系统的干扰问题，必须对干扰的来源、类型等进行分析才能找到合适的抗干扰方法。

单片机控制系统是包含数字电路和模拟电路部分，因此受干扰的情况较复杂，不论是哪种信号，只要其中夹杂有干扰信号都会对单片机某个单元甚至使整个控制系统造成干扰或故障。

干扰的类型从单片机控制系统来看可以分为外部干扰和内部干扰两种。

外部干扰与系统结构无关，由外界环境决定的影响系统正常运行的因素，如空间、环境温度、湿度或磁的影响等；内部干扰是指由系统结构、制造工艺等决定的因素，如分布电容、分布电感引起的耦合，多点接地引起的电位差和电源系统引入的干扰等。