提高單片機應用系統(tǒng)的可靠性的實踐研究

陳群芳　衡陽技師學院　421007

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提高單片機應用系統(tǒng)的可靠性的實踐研究

陳群芳衡陽技師學院421007

【文章摘要】

硬件與軟件的可靠性決定著單片機系統(tǒng)的可靠性。影響單片機應用系統(tǒng)可靠性的因素在于系統(tǒng)的抗干擾性不穩(wěn)定。系統(tǒng)的可靠性應當從硬件與軟件等方面展開全面的考慮。本文淺談了如何提高單片機應用系統(tǒng)的可靠性。

【關(guān)鍵詞】

單片機應用系統(tǒng)；可靠性；實踐

在展開單機片應用程序開發(fā)時，相關(guān)技術(shù)人員會遇到一個很棘手的問題，就是在環(huán)境良好的情況下系統(tǒng)運行情況良好，而安裝在工作現(xiàn)場后卻會出現(xiàn)一些問題。究其原因主要是系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計不合理。硬件抗干擾是主動的，而軟件抗干擾只是一個補充的作用。通過軟硬件可靠性的設(shè)計能夠充分的降低各種干擾對系統(tǒng)的影響。在單片機應用系統(tǒng)中，應當仔細分析系統(tǒng)所處的環(huán)境等因素，運用軟硬件相結(jié)合的抗干擾技術(shù)，就可以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定。

1　導致單片機可靠性低的因素

1.1單片機應用系統(tǒng)出錯

系統(tǒng)出錯的現(xiàn)象包括死機、狀態(tài)不穩(wěn)定、數(shù)據(jù)顯示混亂等等。主要是由于以下幾個因素導致的：（1）RAM中相關(guān)數(shù)據(jù)出現(xiàn)紊亂的現(xiàn)象，使得程序出現(xiàn)錯誤，從而導致死機的現(xiàn)象。（2）單片機內(nèi)部指針出現(xiàn)問題，出現(xiàn)指向錯誤的現(xiàn)象，從而運行著錯誤的程序，使得RAM中相關(guān)數(shù)據(jù)出現(xiàn)錯誤，使得程序所計算的數(shù)據(jù)是不正確的，導致被控制對象的錯誤運行。（3）相關(guān)線路受到干擾，從而導致被控制對象的情況不穩(wěn)定。（4）單片機內(nèi)部指針出現(xiàn)問題，使得相關(guān)程序的運行時間不符合要求。（5）RAM中相關(guān)數(shù)據(jù)出現(xiàn)錯誤，使得程序計算結(jié)果不準確。

1.2導致單片機應用系統(tǒng)不穩(wěn)定的外在因素

從制造單片機應用系統(tǒng)的方面來看，影響其穩(wěn)定性的因素有：（1）單片機本身的不具有良好的抗干擾能力。（2）受到附近的電磁影響。（3）系統(tǒng)本身的抗干擾能力不充分。（4）在程序中沒有采取抗干擾方式。（5）相關(guān)的電流、電壓較低，沒有采取有效的保護措施。

2　提高硬件可靠性

2.1元器件

元器件的性能直接對單片機系統(tǒng)的工作效率產(chǎn)生影響。隨著相關(guān)技術(shù)的不斷進步，單片機本身的抗干擾能進也在不斷提高。除了應當選擇性能好的單片機外，并且使用性能優(yōu)越的輔助元器件也能促進系統(tǒng)穩(wěn)定性的提高。選擇元器件時應當遵循以下原則：（1）應當選擇經(jīng)過有關(guān)部門質(zhì)量檢測的，已被證明性能良好的通用元器件。（2）依據(jù)整機的實際情況以及在實際溫度的條件下來選擇適當?shù)脑骷?。?）對于功耗比較大的元器件應當配備散熱措施，并保證其正常運行。（4）依據(jù)整機的實際情況選擇可靠性高的元器件。（5）在選擇CPU特別是運行速度比較慢的芯片過程中應當充分考慮其速度匹配等問題。

2.2電源濾波

集成電路的電源有著通路的作用，然而電源的電阻不可能為零。因此，輸出電路的信號就會通過電源的電阻形成電壓分散到輸入電路中。倘若電路中有其他電路，那么就會形成自激的現(xiàn)象。為了防止這一現(xiàn)象的發(fā)生可以在集成電路的電源處增加適當?shù)臑V波電容。

2.3系統(tǒng)合理接地

在設(shè)計系統(tǒng)電路過程中應當注意接地是否合理，這是十分關(guān)鍵的。單片機系統(tǒng)中的地線通常有三種，分別為機殼地、線路地以及光隔外部地。這三種地線有著不同的作用。沒有著地的機殼容易形成靜電高壓，對電路的正常工作帶來不利影響，引導應當把機殼地與大地的地線有效連接。在設(shè)計系統(tǒng)過程中把線路地與機殼地連通，光隔外部地通常為獨立地，不與機殼地、線路地相連，從而實現(xiàn)完全隔離的目的。

3　提高軟件可靠性

軟件可靠性比硬件可靠性更加難以保障。影響軟件可靠性的因素包括：需求分析錯誤、計算錯誤、相關(guān)數(shù)據(jù)初始化錯誤以及通訊錯誤等等。提高軟件可靠性的策略如下：

3.1系統(tǒng)自檢

單片機系統(tǒng)開機后第一步就是對硬件以及軟件狀態(tài)展開檢測，發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象后應當立即展開有關(guān)處理。具體包括以下幾點：（1）檢測RAM。檢測RAM是否運行正常是十分重要的，倘若出現(xiàn)有關(guān)錯誤應當給出有關(guān)錯誤提示，等待處理。（2）檢查ROM內(nèi)容。對ROM展開檢測主要是檢測其單元內(nèi)容。ROM中的程序內(nèi)容是確定的，校驗和是唯一的檢驗標準。如果ROM校驗和出現(xiàn)問題，應當給出錯誤提示。（3）檢查I/O口情況。首先應當確定I/O口在待機過程中的情況，然后檢測單機片的I/O口在待機情況下的狀態(tài)是否穩(wěn)定。如果不穩(wěn)定應當給予錯誤提示。（4）其他接口電路的檢測。應當對系統(tǒng)的其他接口展開充分的檢測，比如擴展的A/D轉(zhuǎn)換電路等。

3.2數(shù)據(jù)冗余

在噪音污染比較嚴重的環(huán)境中，運用數(shù)據(jù)冗余法能夠有效提高系統(tǒng)的可靠性。這種方法對于解決傳輸系統(tǒng)的故障以及糾正錯誤都有顯著的效果。運用的主要措施是給重要的數(shù)據(jù)添加有關(guān)的冗余位，從而提高其糾錯能力。

3.3看門狗技術(shù)

看門狗技術(shù)的作用是監(jiān)測相關(guān)程序中服務程序的運行情況，當此程序停止工作時認為是系統(tǒng)出現(xiàn)問題，從而展開系統(tǒng)恢復。此外，如今許多單片幾片中都設(shè)置了監(jiān)視跟蹤器。它主要是用來跟蹤程序的運行情況。當程序出現(xiàn)問題時，計數(shù)器溢出，系統(tǒng)自動恢復，重新啟動相關(guān)程序。利用它能夠有效地防止程序故障。

3.4設(shè)置程序指針陷阱

在每個程序之后插入NOP、LJMP、MAIN等指令。對于不用的ROM應當展開處理，以程序能夠自動恢復為原則。程序存儲器的空白地方，尤其是后半部分的空白地方，每三十二個字節(jié)設(shè)置一條LJMP MAIN指令。設(shè)置指針陷阱后，倘若單片機受到影響，指針程序就會出現(xiàn)混亂的現(xiàn)象，執(zhí)行了一段程序后，就會運行至陷阱中，執(zhí)行LJMP MAIN指令，回復到初始化程序，從而避免死機的情況發(fā)生。

4　結(jié)束語

在實際工作中往往都是同時運用多種抗干擾方法，從而實現(xiàn)相互補充與完善，才能夠取得良好的抗干擾效果。為了提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，獲得高性能的單片機應用系統(tǒng)，應當對系統(tǒng)展開必要的分析，增加有關(guān)的軟硬件資源，從可以取得良好的效果。

【參考文獻】

[1]彭芬.提高單片機應用系統(tǒng)可靠性的軟硬件技術(shù).[J].計算機光盤軟件與應用, 2013, (20), 54+56

[2]吳育軍.提高單片機應用系統(tǒng)可靠性的軟件技術(shù).[J].通訊世界, 2015, (12),199

[3]王慶偉.單片機應用系統(tǒng)可靠性設(shè)計.[J].電子世界, 2013, (20),33-34