提高单片机系统可靠性的设计方法
单片机控制系统的设计与调试方法

单片机控制系统的设计与调试方法一、前言单片机控制系统是现代电子技术中的一种重要的应用,它具有体积小、功耗低、成本低等优点,被广泛应用于各种领域。
本文将介绍单片机控制系统的设计与调试方法。
二、硬件设计1. 确定系统功能需求在进行单片机控制系统的硬件设计前,需要确定系统的功能需求。
这包括了系统所要实现的功能以及所需要使用的传感器和执行器等。
2. 选择适当的单片机芯片根据系统的功能需求和性能要求,选择适当的单片机芯片。
常见的单片机芯片有8051系列、PIC系列、AVR系列等。
3. 设计电路图根据所选单片机芯片和外围器件,设计电路图。
电路图应包括主控芯片、外设接口电路、时钟电路等。
4. PCB设计根据电路图进行PCB布局和布线设计。
在进行PCB设计时应注意防止信号干扰和功率噪声等问题。
5. 制作PCB板完成PCB设计后,可以通过打样或委托加工来制作PCB板。
6. 组装调试将所选单片机芯片及外围器件进行组装,并进行调试。
在调试时需要注意电路连接是否正确、电源电压是否稳定等问题。
三、软件设计1. 确定系统的软件功能需求在进行单片机控制系统的软件设计前,需要确定系统的软件功能需求。
这包括了系统所要实现的功能以及所需要使用的算法和数据结构等。
2. 编写程序框架根据所选单片机芯片和外围器件,编写程序框架。
程序框架应包括初始化函数、主循环函数等。
3. 编写具体功能模块根据系统的软件功能需求,编写具体功能模块。
例如,如果系统需要测量温度,则需要编写一个测量温度的函数。
4. 调试程序完成程序编写后,进行调试。
在调试时需要注意程序是否能够正确运行、是否存在死循环等问题。
四、系统调试1. 确定测试方法在进行单片机控制系统的调试前,需要确定测试方法。
测试方法应包括了测试步骤和测试工具等。
2. 进行硬件测试对单片机控制系统进行硬件测试。
硬件测试应包括了电路连接是否正确、电源电压是否稳定等问题。
3. 进行软件测试对单片机控制系统进行软件测试。
「单片机硬件系统设计原则和应用编程技巧」

「单片机硬件系统设计原则和应用编程技巧」单片机是一种集成电路芯片,具有处理器、存储器和输入输出控制器等基本功能,广泛应用于嵌入式系统中。
在进行单片机的硬件系统设计和应用编程时,需要遵循一些原则和技巧,以保证系统的稳定性和性能。
一、硬件系统设计原则:1.选择适合的单片机型号:根据具体应用需求选择合适的单片机型号,考虑其处理能力、接口数目、存储容量等因素。
2.合理设计电路连接:包括外围电路的设计、时钟源的选择、复位电路的设计等。
合理使用去耦电容、滤波电容等元器件,以保证电路的稳定性和抗干扰能力。
3.合理布局电路元件:将具有相互关联的元件尽量靠近,以减少互相之间的干扰。
同时,要考虑到元件的散热问题,合理布局散热器件。
4.正确选择电源:选择稳压电源和电池电源相结合的方式,保证电源电压的稳定性和可靠性。
5.注意信号的低噪声设计:减少线路中功率噪声、高频噪声的干扰,以保证信号的准确性和可靠性。
6.进行可靠性测试和验证:进行电路参数测试、温度试验、震动试验等,以确保单片机系统的可靠性。
1.熟悉单片机的架构和指令集:了解单片机的寄存器、外设接口等硬件结构,掌握其指令集编程指令。
2.合理规划和分配存储器空间:合理使用单片机的ROM和RAM存储空间,避免资源浪费和溢出。
3.编写简洁高效的代码:遵循良好的代码规范,尽量简化代码逻辑,减少不必要的条件分支和循环语句。
使用适当的数据结构和算法优化程序性能。
4.注意中断服务程序的设计:合理使用中断,将中断服务程序设计得简短高效,避免中断嵌套过深和占用过多的处理时间。
5.注意软硬件的时序关系:根据具体应用场景,注意软硬件信号的时序关系,防止由于时序上的冲突而导致程序错误。
6.进行调试和测试:通过使用单片机调试工具,例如仿真器和调试器,对编写的程序进行调试和测试,解决可能出现的问题。
总结起来,单片机硬件系统设计和应用编程需要遵循合理的设计原则,结合一些技巧,以确保系统的稳定性和性能。
MCS51单片机应用系统可靠性及抗干扰设计

(2)死机0316baowencailiao/ 3.系统对被控对象的误操作 4.被控对象状态不稳定
9.2 单片机系统中硬件抗干扰设计
9.2.1 干扰的耦合方式 1.直接耦合 nizifn mynzf mynzf mynzgf 0838mlj zhongtezc topbrightness/
9.3.3 系统复位特征
1.上电标志的设定方法 ① SP建立上电标志。 ② PSW.5建立上电标志。 ③ 内RAM建立上电标志。 2.软件复位与中断激活标志 3.程序失控后恢复运行的方法 4.睡眠抗干扰
9.4 “看门狗”技术和掉电保护
9.4.1 “看门狗”技术
1.软件“看门狗”技术 nizifn mynzf mynzf mynzg mynzg mynzg mljsgf mljnzf
0838mlj zhongtezc topbrightness/
2.硬件“看门狗”技术 hd8go hd88go sj93 oemgc/
189288 hzp580 yjoem
oemdg/ xcdnpx/ skfjk oemdg
3.上电复位与“看门狗”信号复位的不同处 zhongtezc yanjigz/ zg-nsk skf-zt nsk-zt/ fag-zt/ ntn-zt 189286/ xcdnpx/ dgxcdn dgxcpx xcwxpx
理过程
xunchi-px/ oemfy 0759mz lczx188 189287/ tiefen tjjkyq
0316baowencailiao/
9.4.2 掉电保护电路
1.简单的COMS RAM 掉电保护电路 2.可靠的COMS RAM掉电保护电路 nizifn mynzf mynzf mynzg
单片机系统的设计方法

对待 。 2 . 针对 于硬 件 的 电 路 总体 设 计 和各 部 分 电路 的组 成 . 系 统软件 可分为数据采集 、 数据显示 、 数 据 传 输 和 数 据 存 储 这 4个 基 本 功 能 。 软 件 系 统包 括 主 程 序 、 系统监控 、 定 时/ 中断 等
子程序。
核心技术 . 基本原则是 采取可行性的办法增加 难度 . 防 止 原 理 被测 试 和 软 件 被修 改 及 仿 制 . 以 此来 保 护 产 品不 被 仿 制 或
者 减 少 被 仿 制 的可 能
主 程 序 为整 个 通 用 数 据 采集 系统 的主 体 部 分 . 它 由若 干
个模块组成 : 自检 与 初 始 化 模 块 、 MD 转 换 程 序模 块 、 显 示 驱
加 密 分 硬 件加 密 和 软 件加 密两 项 硬 件 的加 密 中心 思 想
是 使 硬 件 电 路 核 心 部 分 不 能 破 译 因 此 可 以 采 用 总 线 烧 毁
动模块 、 监控程序模块 、 按键程序模块 、 数据上传通讯模 块 、 数 据 定 时 存储 模 块 。其 中有 些模 块还 包 含 有 子 模 块 , 使 用 时
下 一 级 模 块 被 高 一 级模 块 调 用 , 各 部分既相互独立 . 又 相 互
法、 总线 置 乱 法 、 R A M 替代法 、 用G A L器 件 对 E P R O M 中 的 软件 进 行 加 密 .以及 采 用 多 单 片 机 结构 来解 决 加 密 的 问题 软 件加 密 的 思 想 则是 通 过 对 程 序 和 数 据 进行 处 理 . 具 体 的 有 插 入 多条 跳 转 指 令 降低 程 序 可 读 性 、 在 程 序 模 块 之 间 插 入 一
单片机应用系统设计的方法

4.选择检测元件 选择好被测参数的测量元件是影响控制系统精度的重要因素之
一。测量各种参数的传感器,如温度、流量、压力、液位、成分、 位移、重量、速度等,种类繁多,规格各异,因此要选择合适的检 测元器件。 5.选择执行机构
2.硬件设计的步骤
根据系统需要确定使用哪种结 构,确定系统中主要电路是最 小应用系统还是扩展系统。除 单片机外,系统中还需要哪些 扩展芯片、模拟电路等。
1
2
3
进行电路连接,绘制出完 整的电路连接图。
4
根据各输入输出数据的传送方 式确定是中断方式、查询方式 还是无条件方式等。
进行资源分配,各输入输 出信号应分别使用哪个并 行口、串行口、中断、定 时/计数器等。
执行机构是单片机控制系统的重要组成部件之一。执行机构的 选择一方面要与控制算法匹配,另一方面要根据被控对象的实际情 况决定。
6.软件和硬件的功能划分 软件和硬件功能的划分如同人的思想和躯干功能的划分一
样。在实际应用中,一旦一个系统功能确定,其软件和硬件的 功能就基本确定。但从另一方面说,具有相同功能的单片机应 用系统,其软硬件功能可以在很宽的范围内变化,一些硬件电 路的功能可以由软件来实现,反之亦然。软件替代硬件,可以 降低成本,但可能降低系统速度;硬件替代软件,会增加成本, 但也提高工作速度。
3.选择单片机 单片机种类繁多,选择合适的单片机是应用系统设计的关键。
一般可以从以下几个方面考虑: (1)所选的单片机型号必须有稳定、充足的货源,最好选择该
领域应用最广的单片机系列产品。 (2)根据系统的功能要求和各种单片机的性能,选择最容易实
单片机控制系统可靠性硬件设计方法探讨

作环 境 恶劣 , 自动控 制 系统 都 是全 天 连续 满 负荷 地 运 行 ,这 样 就要 求 控 制 系统 有 长 时 间 的稳 定 、 可靠运 行 ,所 以可靠 性是 对 单 片机 控 制系 统最 重
作 者 简 介 :李 靖 (9 6 16一
的器 件 不应 该 混用 ;各 类器 件 工作 时 的温 度 特 性
( )采用 电源 滤 波器 ,交 流 电源引 线上 的滤 2
波器 可 以抑制输 人端 的 瞬态干 扰 。 ( )对 于 电源变 压器 ,采 取适 当的屏蔽措施 。 3
21 优 选 高可 靠性 的单 片机 芯片和 元 器件 .
各种 集成 电路 芯 片 和元 器件 是 控制 系 统可 靠 性 设 计 中 的 重 要 环 节 ,也 是 构 成 控 制 系 统 的基
( )元 器件 布局 及 引线 走 向符 合信 号 传 输特 5
性 ,使 电流流 向与 信号 流 向要 一致 ,减 少布 线 问
) ,女 ,辽 宁锦 州人 ,副 教授 ,硕 士 。研 究方 向 : 自动化 控制 技术 。
利 用 土壤 侵蚀 模 数 计算 出扰 动后 各 单 元 、各 时 段 土壤 流失 总 量 和新 增 流失 量 .其 中背 景 流失
的 预测 方法 是有 效 的 。本文 对 我省 高 速公 路 建设
FU i Je
[ b ta t T eat l nrd c ste cue a dk y rgo so esi eoin i ih y c nt c o A sr c] h r c it u e h a s n e e in ft ol rs nhg wa o s u t n ie o h o r i poe t n d frc s h os l q a ty o oleo in i h o n t o rjc,a oe at te p si e u i fsi rs n tes o o c me “ aj io i ro s b n t o P ni La bn Hab r n Hih a ”poet uigtema e t a mo e i ol r s n q a ta v nls i nn rvne g w y rjc, s t ma cl d l nsi eoi u ni t ea a i i L a igPo ic. n h h i o ti y sn o T e r ce l dsu ss te frc s n to s tru h rc cl c nt c o rjc ,po iig h at l s i se h oeat g me d o g pat a o s u t n poet rvdn i a o c i h h i r i s rfrn e o ae n ol o sra o ih yc nt c o rjc i io ig eee c s r tr dsic nev t ni hg wa o s ut npoet nL a nn . f w a i n ri [ y o d ]Hih y W a r n ol o sra o , ol rs n S iE o inF rc sn Ke w r s g wa , t dS iC nev t n S iE o i , ol rs oe at g ea i o o i
增强单片机系统可靠性的软硬件设计

技 术 纵 横
增强单片机系统可靠性 的软硬件设计 *
■ 中 南 大 学 ■ 中 国 电子 产 品可 靠 性 与环 境 试 验 研 究 所
田 磊 周 继 承
恩 云 飞
பைடு நூலகம்
从 可 靠 性 对 单 片机 系统 的重 要 性 出发 , 合 实 际 系统 , 硬 件 和 软 件 两 个 方 面 , 用 模 块 化 思 想 , 结 就 采 系统 地
* 基 金 项 目 : 家 自然科 学 基 金 资 助 项 目(0 7 0 6 。 国 6 3 1 4 )
图 1 前 级 滤 波 电路
1 2 隔离 技 术 .
( )物 理 隔 离 技 术 1 物 理 隔 离 技 术 是 指 在 单 片机 系 统 中 , 过 器 件 的合 理 通
布局 和 线 路 的合 理 布 线 , 容 易 产 生 干 扰 和 容 易 被 干 扰 的 将
为 “ 波 技 术 ” 滤 。
环境密切相关 , 可看作是受 内部 因素和外部 因素 的共 同影
响乜 。从 内部 因素看 , ] 系统需要能够对运行过 程 中 自身 以
及周 围产 生 的干 扰 信 号 进 行 有 效 的抑 制 和 消 除 ; 从 外 部 而 因 素 看 , 求 改 善 外 部 环 境 质 量 , 除 干 扰 源 , 断 干 扰 途 要 清 切
在 本 系统 中 , 电模 块 设 计 了 前 级 滤 波 电 路 , 效 地 供 有 抑 制 了 高 频 和 低 频 噪 声 分 量 , 定 了 系统 电 源 电压 。实 践 稳 证 明 源 部 分 的干 扰 问题 解 决 得 好 对 于整 个 系统 的 可 靠 , 电
性 有 着 极 其 重 要 的意 义 。 以 系统 使 用 的 AT8 C5 9 1单 片 机
单片机的系统设计与性能测试方法研究

单片机的系统设计与性能测试方法研究概述:随着科技的不断进步,单片机已经广泛应用于各个领域。
单片机的系统设计和性能测试是确保其正常运行和性能稳定的重要环节。
本文将从系统设计和性能测试两个方面对单片机进行研究,并提出相应的方法。
一、单片机系统设计单片机系统设计是单片机开发中的关键步骤之一,它包括硬件设计和软件设计。
硬件设计:1. 选择合适的单片机型号:根据实际需求和预算,选择适合的单片机型号。
考虑到性能、功耗、外设支持等因素,选择合适的型号。
2. 电源设计:为单片机提供稳定的电源是系统设计的基础。
根据单片机的工作电压和电流要求,设计合适的电源电路。
3. 外设接口设计:根据实际需求设计单片机与外部设备的接口电路,包括通信接口、输入输出接口等。
确保单片机能够与外部设备进行数据交换。
4. PCB设计:根据单片机及其外设的布局、连接方式和尺寸,设计相应的PCB板。
保证信号传输和电源供应的稳定性。
软件设计:1. 系统架构设计:根据需求,对单片机的软件系统进行结构化设计。
包括模块分配、任务划分等,确保系统的可维护性和可扩展性。
2. 软件编程:根据系统设计的要求,使用合适的编程语言进行单片机软件开发。
编写程序实现各个模块,并进行调试和测试。
3. 驱动程序设计:如需要与外设进行交互,需要设计相应的驱动程序。
根据硬件接口设计,编写相应的驱动程序,实现与外设的通信和控制。
4. 系统测试:对系统进行综合测试,确保系统的功能正常。
包括功能测试和性能测试,验证系统是否满足需求。
二、单片机性能测试方法研究单片机的性能测试是评估其运行性能和稳定性的重要手段。
下面介绍几种常用的单片机性能测试方法。
1. 性能指标测试:- 时钟频率测试:通过设置单片机的时钟频率,运行相应的测试程序,利用计时器进行计时,得出单片机的实际工作频率。
- 存储器容量测试:通过编写测试程序,对单片机的内部存储器和外部存储器进行读写操作,测试其容量和读写速度。
- 通信速率测试:通过与外部设备进行数据通信,测试单片机的通信速率和稳定性。
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浅谈提高单片机系统可靠性的设计方法
关键词:单片机干扰可靠性
随着单片机系统应用的广泛和深入,人们对单片机系统的可靠性越来越重视,要求也越来越高。
单片机系统的运行可靠性与它的硬件、软件以及它所处的环境密切相关,可看作是受内部因素和外部因素的共同影响。
从内部因素看,系统需要能够对运行过程中自身以及周围产生的干扰信号进行有效的抑制和消除;而从外部因素看,要求改善外部环境质量,为系统创造一个良好的运行环境。
在实际运用中,各种技术需要根据情况和场合的不同,把握重点,软硬结合,合理选择运用。
1 硬件可靠性设计
1.1 电源干扰及其抑制措施
在影响单片机系统可靠性的诸多因素中,电源干扰可谓首屈一指。
据统计,单片机应用系统的运行故障中有90%以上是由电源噪声引起的。
(1)交流电源干扰及抑制
多数情况下,单片机应用系统都使用交流220v、50hz的电源供电。
在工业现场,生产负荷的经常变化,大型用电设备的启动与停止,往往会造成电源电压的波动,有时还会产生尖峰脉冲,它对单片机应用系统的影响最大,能使系统的程序“跑飞”或使系统造成“死机”。
因此,一方面要使系统尽量远离这些干扰源,另一方面可采用电源滤波器;还可采用交流稳压器;也可采用1:1隔离变
压器。
(2)直流电源抗干扰措施
单片机应用系统中有时往往需要几种不同电压等级的直流电源。
这时,可以采用相应的低纹波高质量集成稳压电路,从而使供电系统的可靠性大大提高;也可以采用直流开关电源进行供电;还可以采用dc-dc变换器。
1.2 地线干扰及其抑制
在单片机系统中,接地是一个非常重要的问题。
接地问题处理的好坏,将直接影响单片机系统的正常工作。
在低频电路中,布线和元件间的寄生电感影响不大,因而常采用一点接地;在高频电路中,布线和元件间的寄生电感及分布电容将造成各接地线间的耦合,此时应采用多点接地。
数字地和模拟地应分别接地。
即使是一个芯片上有两种地也要分别接地,然后在一点处把两种地连接起来。
在印刷电路板的地线分布时,ttl、cmos器件的接地线要呈辐射网状,避免环形;板上地线的宽度要根据通过的电流大小而定。
在可能的情况下,地线尽量加宽,旁路电容的地线不要太长;功率地通过电流信号较大,地线应较宽,必须与小信号地分开。
1.3 隔离措施
(1)物理隔离
物理隔离技术是指在单片机系统中,通过器件和线路的合理布局,将容易产生干扰和容易被干扰的器件和线路分开或者按照合理
的规则放置,将系统自身可能产生的干扰降到最低。
具体的方法有;大功率、高电平器件与小功率、低电平器件隔离;模拟电路和数字电路隔离;数字信号线、模拟信号线与电源线隔离。
(2)信号隔离技术
信号隔离技术是指通过安装中间器件来切断两个电路的直接电
联系,使之相互独立不成回路,从而切断噪声从一个电路进入另一个电路的通道。
单片机的输入输出口线是最容易引进干扰的地方,对于不使用的i/o口线,需要使用电阻上拉到高电平,不可悬置;直接将开关量信号接到单片机的口线上,是最不可取的设计,至少要加一个缓冲驱动的芯片隔离;在严重干扰的情况下,需要将所有的口线采用光耦光电隔离。
2 软件可靠性设计
在单片机软件程序的设计中,要采用一些措施来提高单片机系统工作的可靠性。
软件抗干扰的方法主要分两类:一类是消除模拟输入信号的噪声(如数字滤波技术);一类是程序运行混乱时使程序恢复正轨的方法。
2.1 数字滤波技术
在采集模拟信号时,得到的数据可能存在偏差。
这些偏差有时并不是由程序本身引起的,而是由于噪声信号串入前向传感器中所致。
针对这种情况,可采用数字滤波确保采集到的数据的准确性和真实性。
数字滤波技术方法有滑动平均值法、算术平均值法、一阶递推数字滤波法和防脉冲干扰平均值法等等。
2.2 指令冗余技术
单片机cpu取指令过程是先取操作码,再取操作数。
当pc受干扰出现错误,程序便脱离正常轨道“乱飞”。
在某些关键地方可以人为地插入一些单字节指令,或将有效单字节指令重写称为指令冗余。
通常是在双字节指令和三字节指令后插入两个字节以上的nop,这样即使“乱飞程序”飞到操作数上,由于空操作指令nop的存在,避免了后面的指令被当作操作数执行,程序自动转入正轨。
2.3 软件陷阱技术
当“乱飞”程序进入非程序区,冗余指令便无法起作用。
可以通过设置软件陷阱,拦截“乱飞”程序,将其引向指定位置,再进行出错处理。
目前比较成熟的软件拦截技术就是常用的软件陷阱,所谓软件陷阱,就是一条引导指令,强行将捕获的程序引向一个指定的地址,在那里有一段专门对程序出错进行处理的指令。
如果我们把这段程序的入口地址记为err的话,软件陷阱即为一条无条件转移指令,为了加强其捕获效果,一般还在它前面加几条nop指令,2.4 “看门狗”技术
若失控的程序进入“死循环”,通常采用“看门狗”技术使程序脱离“死循环”。
“看门狗”技术可由硬件实现,也可由软件实现。
对于采用了“看门狗”技术来提高可靠性的系统,还必须严格保证系统的可重入性。
为保证系统的重入性能,可以把其历史状态保存在单片机系统的ram中。
在确保系统不掉电的情况下,这些历史数据在系统重入时可以被重新使用。
如果不能保证系统的电源稳
定,还必须考虑采用备用电池供电,以保证ram数据的安全稳定;对于时间不是太敏感的系统,还可以采用eprom或flash rom来保存历史数据。
3 结束语
在上面,对单片机系统的干扰及其应对方法进行了分析,在实际的单片机系统设计时,要分析系统工作的环境,明确干扰的类型和性质,根据干扰的不同及对系统影响程度的大小,从硬件和软件两个方面采取不同的应对方法,提高单片机系统的工作的可靠性。
参考文献:
[1]胡汉才.单片机原理及系统设计.北京:清华大学出版社,2002.
[2]李广第,朱月秀,王秀山.单片机基础.北京:北京航空航天大学出版社,2002.
[3]李华等.mcs一51系列单片机实用接口技术.北京:北京航空航天大学出版社,2000.。