提高單片機應用系統的可靠性的實踐研究

陳群芳　衡陽技師學院　421007

?

提高單片機應用系統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的可靠性。影響單片機應用系統可靠性的因素在于系統的抗干擾性不穩定。系統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的可靠性。

【關鍵詞】

單片機應用系統；可靠性；實踐

在展開單機片應用程序開發時，相關技術人員會遇到一個很棘手的問題，就是在環境良好的情況下系統運行情況良好，而安裝在工作現場后卻會出現一些問題。究其原因主要是系統的抗干擾設計不合理。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計能夠充分的降低各種干擾對系統的影響。在單片機應用系統中，應當仔細分析系統所處的環境等因素，運用軟硬件相結合的抗干擾技術，就可以確保系統的穩定。

1　導致單片機可靠性低的因素

1.1單片機應用系統出錯

系統出錯的現象包括死機、狀態不穩定、數據顯示混亂等等。主要是由于以下幾個因素導致的：（1）RAM中相關數據出現紊亂的現象，使得程序出現錯誤，從而導致死機的現象。（2）單片機內部指針出現問題，出現指向錯誤的現象，從而運行著錯誤的程序，使得RAM中相關數據出現錯誤，使得程序所計算的數據是不正確的，導致被控制對象的錯誤運行。（3）相關線路受到干擾，從而導致被控制對象的情況不穩定。（4）單片機內部指針出現問題，使得相關程序的運行時間不符合要求。（5）RAM中相關數據出現錯誤，使得程序計算結果不準確。

1.2導致單片機應用系統不穩定的外在因素

從制造單片機應用系統的方面來看，影響其穩定性的因素有：（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的工作效率產生影響。隨著相關技術的不斷進步，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，并且使用性能優越的輔助元器件也能促進系統穩定性的提高。選擇元器件時應當遵循以下原則：（1）應當選擇經過有關部門質量檢測的，已被證明性能良好的通用元器件。（2）依據整機的實際情況以及在實際溫度的條件下來選擇適當的元器件。（3）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象。為了防止這一現象的發生可以在集成電路的電源處增加適當的濾波電容。

2.3系統合理接地

在設計系統電路過程中應當注意接地是否合理，這是十分關鍵的。單片機系統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。在設計系統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、相關數據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系統自檢

單片機系統開機后第一步就是對硬件以及軟件狀態展開檢測，發現異常現象后應當立即展開有關處理。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，倘若出現有關錯誤應當給出有關錯誤提示，等待處理。（2）檢查ROM內容。對ROM展開檢測主要是檢測其單元內容。ROM中的程序內容是確定的，校驗和是唯一的檢驗標準。如果ROM校驗和出現問題，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是否穩定。如果不穩定應當給予錯誤提示。（4）其他接口電路的檢測。應當對系統的其他接口展開充分的檢測，比如擴展的A/D轉換電路等。

3.2數據冗余

在噪音污染比較嚴重的環境中，運用數據冗余法能夠有效提高系統的可靠性。這種方法對于解決傳輸系統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據添加有關的冗余位，從而提高其糾錯能力。

3.3看門狗技術

看門狗技術的作用是監測相關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出現問題，從而展開系統恢復。此外，如今許多單片幾片中都設置了監視跟蹤器。它主要是用來跟蹤程序的運行情況。當程序出現問題時，計數器溢出，系統自動恢復，重新啟動相關程序。利用它能夠有效地防止程序故障。

3.4設置程序指針陷阱

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，每三十二個字節設置一條LJMP MAIN指令。設置指針陷阱后，倘若單片機受到影響，指針程序就會出現混亂的現象，執行了一段程序后，就會運行至陷阱中，執行LJMP MAIN指令，回復到初始化程序，從而避免死機的情況發生。

4　結束語

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。為了提高系統的穩定性，獲得高性能的單片機應用系統，應當對系統展開必要的分析，增加有關的軟硬件資源，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可靠性的軟硬件技術.[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可靠性的軟件技術.[J].通訊世界, 2015, (12),199

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