單片機測控系統(tǒng)的可靠性分析

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上單片機測控系統(tǒng)的可靠性分析 摘要通過對干擾源的分析，討論在單片機測控系統(tǒng)中硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)可靠性與整個系統(tǒng)可靠性的關系。采用軟硬件協(xié)同設計方法，將硬件與軟件抗干擾相結合，可以設計出穩(wěn)定可靠的單片機測控系統(tǒng)。 關鍵詞單片機 測控系統(tǒng) 軟硬件協(xié)同設計 可靠性 中圖分類號：TP202.1文獻標識碼：A 文章編號：16717597（2008）01 一、引言 近年來，人們在不斷完善單片機測控系統(tǒng)硬件配置的基礎上，對系統(tǒng)受干擾的原因進行分析，對提高系統(tǒng)抗干擾能力的方法進行探討，不僅具有一定的理論意義，也有很高的實踐價值。 二、硬件系統(tǒng)可靠性 硬件系統(tǒng)可靠性從技術的角度上來講，主

2、要指硬件的冗余技術。在工業(yè)生產(chǎn)中所出現(xiàn)的干擾一般是以脈沖的形式進入單片機系統(tǒng)的，渠道主要有三條，即空間干擾（場干擾），過程通道干擾和供電系統(tǒng)干擾?？臻g干擾是通過電磁波輻射進入系統(tǒng)的，過程通道干擾是通過與主機相連的前向通道、后向通道以及與其它主機相連的通道進入的。在一般的情況下，空間干擾的強度上要遠小于其他兩個渠道的干擾，而且可以通過良好的屏蔽、正確的接地和高頻濾波加以消除。因此重點應放在防止供電系統(tǒng)和過程通道的干擾上1。 影響單片機測控系統(tǒng)可靠性的因素，有45%來自系統(tǒng)設計。為了保證測控系統(tǒng)的可靠性，在對電路設計時，應進行最壞情況的設計。各種電子元件的特性不可能是一個恒定值，總是在其標注值的上

3、下有一個變化的范圍。同時，電源電壓也有一個波動范圍，最壞的設計(指工作環(huán)境最壞情況下)方法是考慮所有元件的公差，并取其最不利的數(shù)值。核算電路的每一個規(guī)定的特性。如果這一組參數(shù)值都能保證正常工作，那么在公差范圍內(nèi)的其它所有元件值都能使電路可靠地工作。在設計應用系統(tǒng)電路時，還要根據(jù)元件的失效率特征及其使用場所采取相應措施，對那些容易產(chǎn)生斷路的部件，以并聯(lián)方式復制，并在這些部分設置報警和保護裝置2。 對于提高系統(tǒng)的可靠性，人們在硬件上已采取了多種常用的措施，如各種接地處理、屏蔽、隔離、濾波、退耦、旁路等等，因此能夠抑制或消除一定的干擾。但是這些措施并不是十分有效的，例如對因單片機系統(tǒng)配置不完善、元器

4、件不能正確使用及硬件設計的不合理而受到的干擾就不能完全消除。另外，進入單片機系統(tǒng)干擾的頻譜往往是很寬的，也具有較大的隨機性，如果采用硬件抗干擾的措施，也只能控制某個頻段的干擾，而對于其他頻段的干擾就難于控制了。 三、軟件系統(tǒng)可靠性 實現(xiàn)軟件系統(tǒng)可靠性最有效的方法是去除干擾源、隔斷干擾路徑，但往往很難做到。單片機干擾最常見的現(xiàn)象就是復位，至于程序跑飛，其實也可以用軟件陷阱和看門狗將程序拉回到復位狀態(tài)。所以，單片機軟件抗干擾最重要的是處理好復位狀態(tài)。一般單片機都會有一些標志寄存器，可以用來判斷復位原因；另外也可以自己在RAM中埋一些標志。在每次程序復位時，通過判斷這些標志，可以判斷出不同的復位原因

5、；還可以根據(jù)不同的標志直接跳到相應的程序。這樣可以使程序運行有連續(xù)性，用戶在使用時也不會察覺到程序被重新復位過。 四、軟硬件協(xié)同系統(tǒng)的可靠性 功能強大的各種單片機系統(tǒng)減輕了控制系統(tǒng)設計人員的工作量，但它存在兩個問題。其一，在選定單片機過程中沒有考慮軟硬件的綜合設計，即只考慮了硬件的方便性，沒有考慮與之相應的軟件，所以在系統(tǒng)設計周期中，硬件與軟件的設計過程分離且相互獨立，在系統(tǒng)集成前沒有交互作用；其二，在硬件選擇過程中沒有考慮系統(tǒng)開發(fā)周期及成本，往往需要購買專用的開發(fā)系統(tǒng)及編程器，開發(fā)人員還要花費一定的時間熟悉指令和仿真器，延長開發(fā)周期。顯然，這種依據(jù)項目功能選擇單片機的設計方法限制了平衡軟硬件

6、的能力，不能充分發(fā)揮軟硬件各自的潛力。在單片機測控系統(tǒng)中，只要認真分析系統(tǒng)的干擾來源及傳播的途徑，并采用軟硬件結合抗干擾的措施，就能保證系統(tǒng)可靠的運行。 因此，可以采用軟硬件協(xié)同設計的方法，并將該方法作用于一個設計的過程中。硬件和軟件設計是相互作用的，這種相互作用發(fā)生在設計過程的各個階段和各個層次。設計過程充分體現(xiàn)了軟硬件的協(xié)同性。在軟硬件功能分配時就考慮到了現(xiàn)有的軟硬件資源，在軟硬件功能的設計和仿真評價過程中，軟件和硬件是互相支持的。這就使得軟硬件功能模塊能夠在設計開發(fā)的早期互相結合，從而及早發(fā)現(xiàn)問題及早解決，避免了在設計開發(fā)后期反復修改系統(tǒng)以及由此帶來的一系列問題，而且有利于挖掘系統(tǒng)潛能、

7、縮小產(chǎn)品的體積、降低系統(tǒng)成本、提高系統(tǒng)整體性能。作為一種全新的設計思想，軟硬件協(xié)同設計通過挖掘軟硬件之間的協(xié)同性，可以克服傳統(tǒng)設計方法中把軟件和硬件分開設計而帶來的弊端，使整個設計過程以及設計出來的產(chǎn)品能夠高效地工作，提高整個系統(tǒng)的可靠性。 當一個采用軟硬件協(xié)同設計的方法設計的單片機測控系統(tǒng)設計完成后，可以通過測試方法驗證其可靠性。具體測試內(nèi)容包括：測試單片機軟件功能的完善性。這是針對所有單片機系統(tǒng)功能的測試，測試軟件是否寫的正確完整。上電、掉電測試。在使用中用戶必然會遇到上電和掉電的情況，可以進行多次開關電源，測試單片機系統(tǒng)的可靠性。老化測試。測試長時間工作情況下，單片機系統(tǒng)的可靠性。必要的話可以放置在高溫，高壓以及強電磁干擾的環(huán)境下測試。ESD和EFT等測試。可以使用各種干擾模擬器來測試單片機系統(tǒng)的可靠性。 五、結束語 從根本上來說，單片機測控系統(tǒng)的可靠性，是由硬件系統(tǒng)的可靠性與軟件系統(tǒng)的可靠性共同構成，即反映了硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)抗干擾的能力。硬件抗干擾是主動的，而軟件是抗干擾是被動的。認真地分析干擾源，通過軟硬件協(xié)同設計方法，將硬件與軟件抗干擾相結合，完善系統(tǒng)監(jiān)控程序，設計穩(wěn)定可靠的單