單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)的可靠性分析

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)的可靠性分析 摘要通過(guò)對(duì)干擾源的分析，討論在單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)中硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)可靠性與整個(gè)系統(tǒng)可靠性的關(guān)系。采用軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)方法，將硬件與軟件抗干擾相結(jié)合，可以設(shè)計(jì)出穩(wěn)定可靠的單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)。 關(guān)鍵詞單片機(jī) 測(cè)控系統(tǒng) 軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì) 可靠性 中圖分類號(hào)：TP202.1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：16717597（2008）01 一、引言 近年來(lái)，人們?cè)诓粩嗤晟茊纹瑱C(jī)測(cè)控系統(tǒng)硬件配置的基礎(chǔ)上，對(duì)系統(tǒng)受干擾的原因進(jìn)行分析，對(duì)提高系統(tǒng)抗干擾能力的方法進(jìn)行探討，不僅具有一定的理論意義，也有很高的實(shí)踐價(jià)值。 二、硬件系統(tǒng)可靠性 硬件系統(tǒng)可靠性從技術(shù)的角度上來(lái)講，主

2、要指硬件的冗余技術(shù)。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(jìn)入單片機(jī)系統(tǒng)的，渠道主要有三條，即空間干擾（場(chǎng)干擾），過(guò)程通道干擾和供電系統(tǒng)干擾?？臻g干擾是通過(guò)電磁波輻射進(jìn)入系統(tǒng)的，過(guò)程通道干擾是通過(guò)與主機(jī)相連的前向通道、后向通道以及與其它主機(jī)相連的通道進(jìn)入的。在一般的情況下，空間干擾的強(qiáng)度上要遠(yuǎn)小于其他兩個(gè)渠道的干擾，而且可以通過(guò)良好的屏蔽、正確的接地和高頻濾波加以消除。因此重點(diǎn)應(yīng)放在防止供電系統(tǒng)和過(guò)程通道的干擾上1。 影響單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)可靠性的因素，有45%來(lái)自系統(tǒng)設(shè)計(jì)。為了保證測(cè)控系統(tǒng)的可靠性，在對(duì)電路設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)進(jìn)行最壞情況的設(shè)計(jì)。各種電子元件的特性不可能是一個(gè)恒定值，總是在其標(biāo)注值的上

3、下有一個(gè)變化的范圍。同時(shí)，電源電壓也有一個(gè)波動(dòng)范圍，最壞的設(shè)計(jì)(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(gè)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(shè)計(jì)應(yīng)用系統(tǒng)電路時(shí)，還要根據(jù)元件的失效率特征及其使用場(chǎng)所采取相應(yīng)措施，對(duì)那些容易產(chǎn)生斷路的部件，以并聯(lián)方式復(fù)制，并在這些部分設(shè)置報(bào)警和保護(hù)裝置2。 對(duì)于提高系統(tǒng)的可靠性，人們?cè)谟布弦巡扇×硕喾N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(duì)因單片機(jī)系統(tǒng)配置不完善、元器

4、件不能正確使用及硬件設(shè)計(jì)的不合理而受到的干擾就不能完全消除。另外，進(jìn)入單片機(jī)系統(tǒng)干擾的頻譜往往是很寬的，也具有較大的隨機(jī)性，如果采用硬件抗干擾的措施，也只能控制某個(gè)頻段的干擾，而對(duì)于其他頻段的干擾就難于控制了。 三、軟件系統(tǒng)可靠性 實(shí)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(jī)干擾最常見(jiàn)的現(xiàn)象就是復(fù)位，至于程序跑飛，其實(shí)也可以用軟件陷阱和看門狗將程序拉回到復(fù)位狀態(tài)。所以，單片機(jī)軟件抗干擾最重要的是處理好復(fù)位狀態(tài)。一般單片機(jī)都會(huì)有一些標(biāo)志寄存器，可以用來(lái)判斷復(fù)位原因；另外也可以自己在RAM中埋一些標(biāo)志。在每次程序復(fù)位時(shí)，通過(guò)判斷這些標(biāo)志，可以判斷出不同的復(fù)位原因

5、；還可以根據(jù)不同的標(biāo)志直接跳到相應(yīng)的程序。這樣可以使程序運(yùn)行有連續(xù)性，用戶在使用時(shí)也不會(huì)察覺(jué)到程序被重新復(fù)位過(guò)。 四、軟硬件協(xié)同系統(tǒng)的可靠性 功能強(qiáng)大的各種單片機(jī)系統(tǒng)減輕了控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員的工作量，但它存在兩個(gè)問(wèn)題。其一，在選定單片機(jī)過(guò)程中沒(méi)有考慮軟硬件的綜合設(shè)計(jì)，即只考慮了硬件的方便性，沒(méi)有考慮與之相應(yīng)的軟件，所以在系統(tǒng)設(shè)計(jì)周期中，硬件與軟件的設(shè)計(jì)過(guò)程分離且相互獨(dú)立，在系統(tǒng)集成前沒(méi)有交互作用；其二，在硬件選擇過(guò)程中沒(méi)有考慮系統(tǒng)開發(fā)周期及成本，往往需要購(gòu)買專用的開發(fā)系統(tǒng)及編程器，開發(fā)人員還要花費(fèi)一定的時(shí)間熟悉指令和仿真器，延長(zhǎng)開發(fā)周期。顯然，這種依據(jù)項(xiàng)目功能選擇單片機(jī)的設(shè)計(jì)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(jī)測(cè)控系統(tǒng)中，只要認(rèn)真分析系統(tǒng)的干擾來(lái)源及傳播的途徑，并采用軟硬件結(jié)合抗干擾的措施，就能保證系統(tǒng)可靠的運(yùn)行。 因此，可以采用軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)的方法，并將該方法作用于一個(gè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中。硬件和軟件設(shè)計(jì)是相互作用的，這種相互作用發(fā)生在設(shè)計(jì)過(guò)程的各個(gè)階段和各個(gè)層次。設(shè)計(jì)過(guò)程充分體現(xiàn)了軟硬件的協(xié)同性。在軟硬件功能分配時(shí)就考慮到了現(xiàn)有的軟硬件資源，在軟硬件功能的設(shè)計(jì)和仿真評(píng)價(jià)過(guò)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(shè)計(jì)開發(fā)的早期互相結(jié)合，從而及早發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及早解決，避免了在設(shè)計(jì)開發(fā)后期反復(fù)修改系統(tǒng)以及由此帶來(lái)的一系列問(wèn)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(shè)計(jì)思想，軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)通過(guò)挖掘軟硬件之間的協(xié)同性，可以克服傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法中把軟件和硬件分開設(shè)計(jì)而帶來(lái)的弊端，使整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程以及設(shè)計(jì)出來(lái)的產(chǎn)品能夠高效地工作，提高整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。 當(dāng)一個(gè)采用軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)的方法設(shè)計(jì)的單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后，可以通過(guò)測(cè)試方法驗(yàn)證其可靠性。具體測(cè)試內(nèi)容包括：測(cè)試單片機(jī)軟件功能的完善性。這是針對(duì)所有單片機(jī)系統(tǒng)功能的測(cè)試，測(cè)試軟件是否寫的正確完整。上電、掉電測(cè)試。在使用中用戶必然會(huì)遇到上電和掉電的情況，可以進(jìn)行多次開關(guān)電源，測(cè)試單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性。老化測(cè)試。測(cè)試長(zhǎng)時(shí)間工作情況下，單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性。必要的話可以放置在高溫，高壓以及強(qiáng)電磁干擾的環(huán)境下測(cè)試。ESD和EFT等測(cè)試?？梢允褂酶鞣N干擾模擬器來(lái)測(cè)試單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性。 五、結(jié)束語(yǔ) 從根本上來(lái)說(shuō)，單片機(jī)測(cè)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(gòu)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(dòng)的，而軟件是抗干擾是被動(dòng)的。認(rèn)真地分析干擾源，通過(guò)軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)方法，將硬件與軟件抗干擾相結(jié)合，完善系統(tǒng)監(jiān)控程序，設(shè)計(jì)穩(wěn)定可靠的單