單片機系統可靠性設計

單片機是典型的嵌入式微控制器，由運算器，控制器，存儲器，輸入輸出設備等構成，相當於一個微型的計算機。下面是小編為你帶來的單片機系統可靠性設計 ，歡迎閲讀。

[摘 要]在單片機系統的設計中，為了提升系通過運行的安全性與可靠性，需要針對其硬件系統和軟件系統實施可靠性設計，這樣才能滿足使用需求。本文將針對單片機系統，分別從軟件和硬件兩個方面來闡述可靠性設計，具有一定的借鑑意義。

[關鍵詞]單片機系統 可靠性 設計

隨着科學技術的不斷進步，人們對於單片機系統的設計也更加關注，不斷研究出新的技術，來提升單片機系統運行的可靠性。但是其可靠性與用户需求依然存在着一定的差距，亟需對其進行完善，提升可靠性。

一、軟件方面可靠性設計措施

（一）正確設計軟件

1.認真設計

對於單片機系統每部分的硬件地址，要清楚明確，對於彙編語言指令以及機器狀態影響要了解和掌握，對於CPU內部的RAM功能要劃分正確，仔細認真編寫單片機系統軟件。同時，在編寫中，應用軟件工程做法，保證程序的透明易懂，提升可維護性和可讀性。

2.合理安排中斷

按照系統的具體特點，對於工段優先級和中斷功能進行合理的安排，保護和恢復中斷現場，防止發生中斷衝突。

3.模塊化結構

按照系統功能，可以將軟件劃分為多個模塊，保證變成具有清楚的思路，便於調試和閲讀，不易出錯。

（二）提升可靠性具體措施

1.設計合理的軟件陷阱

在運行軟件的過程中，有可能會出現失控的情況，例如，受到干擾，或者程序飛逸到非程序區。所以，在重要程序段、程序斷裂點、非程序區以及向量區，可以埋設陷阱，從而及時捕捉飛逸程序。

2.指令宂餘技術的應用

在不對實時性造成影響的情況下，反覆執行同一指令，應用三選二方式實施判定，可以消除一些偶然的干擾，從而提升可靠性。

指令的應用

在進行單片機的地面測井儀的研製時，在對編好程序進行仿真運行時能夠通過，但是寫入指令時卻無法運行，這是就可以將發生問題的字節用NOP代替，從而正常運行。

4.軟件消抖方式

在按鍵操作中經常會發生意外的抖動，為了有效消抖，在處理程序內，可以通過延時再判，保證人機對話運行的可靠性。

5.直接地址的應用

固定寄存器內的Ri寄存器，可以應用直接地址來提升可靠性，所以在設計軟件時，應用直接地址，防止出現誤傳遞。

6.數字濾波技術

在測量參數的時候，可以通過數字濾波技術來消除隨機干擾。例如，針對核測井信號，通過加權平滑，可以消除高斯噪聲。針對井温信號，可以採用程序判斷濾波或者中值濾波，提高可信度。

二、硬件方面可靠性設計措施

（一）系統合理設計

各種器件應該保證速度匹配，不能混用高、低速器件。匹配電平，CMOS和TTL接口電平應該匹配。匹配温度性能，不能混用高、低温器件。匹配可靠性等級，不能混用可靠性不同的器件。對於系統時鐘要合理的選擇。在保證實時性的情況下，系統時鐘較低，能夠降低速度要求，可以提高可靠性。對於連接件的佈局和選型、器件安裝結構等要合理設計。單機片系統的鍵盤板、接口板和主機板需要應用總線板插槽進行相互連接，插槽的工藝會影響系統運行的可靠性。因此，可以減少中間環節，用插座和插頭來代替插槽。

（二）保證元器件的可靠

儘量保證元器件的可靠性等級高。篩選元器件，對於元器件要進行分級分類的使用。

（三）人-環境特性的可靠性策略

第一，按照硬件的功能，採用模塊化佈局，主要包括兩個層次，分別是板級，以及印製板內部的單元電路。例如，將不同參數的測量電路進行劃分，形成不同接口板，然後在板內將數字電路和模擬電路進行集中佈局。第二，保證元器件的引線走向和佈局滿足信號傳輸特性要求。第三，在印製板的電源入口部分，增加電容，從而濾除電源干擾。第四，對於同一印製板內部的同一組電源，防止翻面走線，避免不同電源互相干擾。

第五，在繼承芯片的供電引腳處安裝去耦電容，提升集成芯片運行可靠性。第六，將調零電路安裝到模擬輸出通道，抑制輸出零漂。第七，抗振設計。單機片系統中存在着較多的插拔器件，不僅要選擇較好性能的插座，還應該將插座和器件固定在一起，例如塗敷高温硅膠和應用金屬卡等。還可以應用晶振，提高可靠性。第八，設計低功耗系統。通過低功耗設計和加裝保温瓶，可以適應高温環境。將單機片系統應用於下井儀中，因為惡劣的散熱條件和有限的安裝空間，可以簡化設計，運用高集成低功耗的元器件。CPU和其他期間應該保證是軍品級別，保證正常工作。

第九，當輻射對微電子器件產生影響後，會造成漏電流和表面翻轉，為了改善這種情況，可以應用在通訊和航天領域應用比較廣泛的GaAs的單片微波集成電路。現階段，在石油測井行業，還沒有出現輻射影響單片機系統運行可靠性的'情況，但是也需要重視這方面的因素，從而提升可靠性。

結語：

綜上所述，針對於單片機系統，為了保證其運行的安全性和可靠性，需要從軟件和硬件兩個方面入手，進行合理的設計，提升其運行的可靠性。在軟件系統中，需要認真的設計軟件，通過一些高新技術的應用，提升軟件設計質量，進而提高可靠性。對於硬件，應該選擇一些性能優良的硬件設備，降低各種因素的影響，從而提升運行安全性。結合軟件和硬件兩個方面，綜合設計單機片系統，全面提高其運行的可靠性。

參考文獻

[1] 孟相武，程勁，羅克露，韓淙.基於Linux的高可用集羣系統的設計及實現[J].電子科技大學學報，2005（04）.

[2] 龔徵華，施丹，沈國海，王志南.基於嵌入式單片機的角度自動控制系統的可靠性設計[J].船舶，2007（05）.

[3] 唐緯，吳耀庭，葛善鋒，宋明，彭樂龍，徐殿平，張聖，劉洋.終端產品常用通訊接口的可靠性設計（續）[J].質量與可靠性，2006（06）.

[4] 潘永雄.用LPC900/LPC76X系列芯片作8XC5X CPU硬件監視器[J].廣東工業大學學報，2005（02）.

[5] 單金玲，張伯珩，邊川平，李文剛.相機系統中單片機電路的可靠性設計[J].科學技術與工程，2007（01）.