有關(guān)單片機控制電路問題探討

蔣偉

摘 要：文章以單片機控制電路為切入點，首先對單片機控制電路常見的問題進行總結(jié)分析，包括硬件問題、判斷方案、C語言故障、干擾性故障等，并對單片機控制電路可靠性設(shè)計進行了研究。

關(guān)鍵詞：單片機；控制電路；故障；問題；可靠性

引言

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，微控制器得以廣泛應(yīng)用，在這個過程中單片機不可避免地出現(xiàn)故障問題，如硬件問題、軟件問題等，一些問題甚至?xí)ζ髽I(yè)質(zhì)量信譽產(chǎn)生嚴重的影響，因此，對單片機控制電路問題進行研究具有重要意義。文章對有關(guān)單片機控制電路問題進行研究和探討，不足之處，敬請指正。

1 單片機控制電路問題分析

1.1 硬件問題

在單片機控制電路中因為邏輯處理而出現(xiàn)誤差導(dǎo)致故障問題，出現(xiàn)問題的原因大多是因為最初設(shè)計本身就存在質(zhì)量缺陷，這類質(zhì)量缺陷可能是控制電路觸角焊點假焊、虛焊等，從而導(dǎo)致控制電路和其他線路之間開路的問題，假焊而產(chǎn)生的故障解決也比較困難，尤其是電路板上導(dǎo)電銅片，因為假焊而導(dǎo)致氧化物大量堆積，微控制器偶爾導(dǎo)通、偶爾關(guān)閉，這是導(dǎo)致單片機邏輯處理功能失去作用的重要因素。

微控制器內(nèi)，控制電路電子元件失去作用，造成整體線路故障；電阻故障而導(dǎo)致電阻值變大，造成整個集成電路無法正常工作；電容無法正常充放電而導(dǎo)致集成電路故障；二極管燈跳級導(dǎo)通，引發(fā)整體電路故障問題，導(dǎo)致控制電路失效；電路觸角假焊、電氣元件導(dǎo)致系統(tǒng)失穩(wěn)。以上這些故障問題，統(tǒng)稱為單片機控制電路的硬件故障。

1.2 判斷方案

控制電路中因為電路線路復(fù)雜，每一個單獨的控制線路會選擇統(tǒng)一的電子元件、集成塊，在對其進行維修保養(yǎng)時，可以進行斷路，直接把完好的元部件代替故障元部件，也可以選擇同樣的電子元件進行替換，然而要確保對故障進行準確判斷后才可恢復(fù)電路，假如斷開故障位置卻沒有任何發(fā)現(xiàn)，則應(yīng)繼續(xù)排查，直至找到故障所在，才可逐步恢復(fù)電路。要是依然找不到故障位置，可以采取分段式排查的方法，從最先開始出現(xiàn)故障問題的地方逐步排查，找到故障問題元件后，或準確找到電路位置之后，可以采取假負載的方式進行測試，對故障問題進行測試時，假如假負載出現(xiàn)故障，則找到準確位置。

1.3 C語言故障

隨著單片機的不斷發(fā)展和應(yīng)用，編程語言也在不斷更新和進步，從以往的B語言向C語言發(fā)展，且C語言得到了廣泛應(yīng)用，因為C語言具有更加簡潔、嚴謹?shù)倪壿嫿Y(jié)構(gòu)，且編輯程序的速度快，但在實際編輯時會由于存在大量數(shù)據(jù)碎片，而導(dǎo)致中央處理器內(nèi)部和儲存空間變小，繼而對單片機運行速度造成影響。數(shù)據(jù)碎片的積累而導(dǎo)致單片機死機的現(xiàn)象，因為產(chǎn)品不同，編寫程序也有所區(qū)別，此時在維修過程中首先要對存儲空間進行格式化處理，確保程序輸入具有完整性，對中央處理器要做好測試工作，假如存在故障問題，則及時更換。

1.4 干擾性故障

嵌入式單片機對電子類產(chǎn)品大規(guī)模地應(yīng)用，在原裝位置處經(jīng)常出現(xiàn)電磁波干擾的情況，假如出廠時沒有做好抗干擾測試工作，單片機長時間運行之后就會由于電磁干擾而產(chǎn)生干擾性故障。干擾性故障的特點是存儲數(shù)據(jù)過程中有斷碼衰落的情況，嵌入式單片機運算也出現(xiàn)混亂現(xiàn)象，中央處理器高運算運行直至最后破損。常規(guī)解決方法是選擇復(fù)位功能，然而這樣做只是治標不治本，由于經(jīng)常使用復(fù)位功能，而使得微控制器的整體性能降低，最佳方法應(yīng)是直接更換具有抗干擾性能的單片機。

1.5 迅速判斷故障方案

單片機控制電路存在故障問題，可以先選擇震動判斷法，具體是利用木質(zhì)絕緣木條對電路板、電子元件輕輕地敲打，以此對元部件有無假焊情況進行迅速判斷，假如在無法通電的情況下微控制器存在這個問題，此時需要模擬電源進行故障排查工作，利用測試端口和設(shè)備連接，通過系統(tǒng)測試儀器設(shè)備對故障進行判斷，利用頻率信號間的區(qū)別，能獲取故障的位置。微控制器在對故障進行判斷時，出現(xiàn)的故障問題較多，因為控制電路隸屬于不同的系統(tǒng)，同時因為產(chǎn)品的不同導(dǎo)致故障也五花八門，但是深入分析發(fā)現(xiàn)大多數(shù)故障是因為硬件部分性能降低而造成的，除此之外還有許多屬于編程部分的軟件故障。

2 單片機控制電路可靠性設(shè)計

單片機控制電路的可靠性設(shè)計，要借助可靠性理論及人機工程學(xué)的相關(guān)原理，因此，可以把單片機系統(tǒng)分為四個子系統(tǒng)，分別是人、硬件、軟件以及環(huán)境，其中硬件是其基礎(chǔ)，軟件是其靈魂。單片機控制電路可靠性設(shè)計的思路要以上文中提到的故障為關(guān)鍵，按照人-環(huán)境特點，從硬件、軟件兩個方面開展避錯設(shè)計和容錯設(shè)計。

2.1 硬件可靠性設(shè)計

一般來說，硬件可靠性設(shè)計方面可以從以下方面著手：（1）促進系統(tǒng)設(shè)計科學(xué)合理性的提升；（2）盡量選擇穩(wěn)定可靠的元器件；（3）對于人-環(huán)境特點選擇穩(wěn)定可靠性對策。其中，硬件系統(tǒng)人-環(huán)境特點示意圖如圖1所示。

具體而言，系統(tǒng)設(shè)計科學(xué)合理性方面，要確保器件速度匹配、電平匹配、溫度性能匹配、可靠性等級匹配，對系統(tǒng)時鐘、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)等進行科學(xué)合理設(shè)計，從而提升單片機控制電路可靠性，降低故障概率。實際上，對于人-環(huán)境特點對可靠性對策進行選擇才是重點，比如，按照硬件功能采取模塊化布局；元器件布局和引線走向不能和信號傳輸特點有沖突；印制板電源入口處降低電磁干擾；同時要注意抗振設(shè)計、低功耗設(shè)計及輻射效應(yīng)。

2.2 軟件可靠性設(shè)計

軟件可靠性設(shè)計和人有直接關(guān)系，編程過程中錯誤不可避免，單片機控制電路軟件可靠性設(shè)計可以從以下方面著手：（1）促進軟件設(shè)計正確性的提升；（2）對于人-環(huán)境特點選擇穩(wěn)定可靠性對策。其中，軟件系統(tǒng)人-環(huán)境特點示意圖如圖2所示。

具體而言，可以從認真設(shè)計、合理安排中斷以及模塊化結(jié)構(gòu)方面，促進軟件設(shè)計正確性的提升。對于人-環(huán)境特點選擇可靠性對策是重點，在合適的位置安排軟件陷阱、選擇合適的指令冗余技術(shù)、NOP指令、采取合適的消抖對策，應(yīng)用直接地址和數(shù)字濾波技術(shù)，同時注意軟件容錯設(shè)計及軟硬結(jié)合的系統(tǒng)診斷技術(shù)，以上這些方法都是提高單片機控制電路軟件可靠性設(shè)計水平的方法。

3 結(jié)束語

總之，隨著單片機的廣泛應(yīng)用，單片機控制電路故障問題是不可避免的，包括本身設(shè)計存在缺陷、焊點假焊、虛焊等故障問題，但是可以從硬件、軟件兩個方面提升單片機控制電路設(shè)計水平。文章對有關(guān)單片機控制電路問題進行研究，以期對于單片機的應(yīng)用和發(fā)展起到促進作用。

參考文獻

[1]朱志偉.基于單片機通訊協(xié)議的現(xiàn)場總線設(shè)計實現(xiàn)[J].科技資訊， 2011（24）.

[2]郭源源，陸文麗.基于單片機的遙控多媒體演示系統(tǒng)[J].企業(yè)科技與發(fā)展，2011（17）.

[3]李紅超，段學(xué)習(xí)，王蘊嶺.基于單片機的PLC數(shù)據(jù)采集模塊實現(xiàn)[J].中小企業(yè)管理與科技（上旬刊），2011（9）.