单片机系统的可靠性技术
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单片机应用系统的可靠性技术研究
中图分 类号： Ｐ６ ． Ｔ３８１
．
文献标识码 ： Ａ
文章编号 ：６ １７ ６ （ ０２ ０ ４０ ６０ １７ －８４ ２ １ ） ２３１ －２
々 － ・ ． ・ ． ・ ． ・ ・ － ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ 一 牛 牛 夺 々 ÷ 专 孛 ÷ 幸 幸 夺 ÷ 专 争 ÷ 寺 夺 寺 牵 孛 夺 ÷ 夺 牛 夺 幸 夺 ÷ 夺 夺 幸 夺
当干扰侵 入单 片机系 统的前 向通道 叠加 在信 号上 时 ，
２ 单片 机应 用 系统 的硬件 抗干 扰设计
２ １ 供 电 系统 ．
会 使数据 采集 误差增 大 ， 特别 是前 向通道 的传感 器接 口是 小 电压 输入 时 ， 此现象 会更加 严重 。
１２ 程序 运行 失常 ． 是控 制状 态失灵 。在单 片机 系统 中 ， 由于干 扰 的加
言
在实 验 室里 设 计 的控 制 系统 ， 安装 、 在 调试 后 完全 符 合设 计要求 ， 把 系统 置 人现 场 后 ， 但 系统 常 常不 能 稳定 工 作 。产生 这种情 况 的原 因 主要 是 现场 环 境 复杂 和 各种 各 样 的电磁 干扰 ， 以单 片 机应 用 系 统 的可 靠 性设 计 、 干 所 抗 扰 技术 显得 十分重 要 。 工 业现场 环境 中 的干 扰是 以脉 冲 的形 式 进人 单 片机 系统 的。空 间干扰 多 发生 在 高 电压 、 电流 、 大 高频 电磁场 附近 ， 过静 电感应 、 并通 电磁感应 等方式 侵入 系 统 内部 ； 供 电 系统 干扰 是 由电源 的噪声干扰 引起 的 ； 过程 通道 干扰 是 干扰通 过 前向通 道 和后 向通道 进 入 系统 的。干 扰一 般 沿 各种 线路侵 入 系统 。另 外 ， 系统 接地 装 置 不可 靠 ， 也是 产 生 干扰 的重要 原因 ； 类传 感 器 、 入 输 出线 路 的 绝缘 损 各 输
．
文献标识码 ： Ａ
文章编号 ：６ １７ ６ （ ０２ ０ ４０ ６０ １７ －８４ ２ １ ） ２３１ －２
々 － ・ ． ・ ． ・ ． ・ ・ － ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ 一 牛 牛 夺 々 ÷ 专 孛 ÷ 幸 幸 夺 ÷ 专 争 ÷ 寺 夺 寺 牵 孛 夺 ÷ 夺 牛 夺 幸 夺 ÷ 夺 夺 幸 夺
当干扰侵 入单 片机系 统的前 向通道 叠加 在信 号上 时 ，
２ 单片 机应 用 系统 的硬件 抗干 扰设计
２ １ 供 电 系统 ．
会 使数据 采集 误差增 大 ， 特别 是前 向通道 的传感 器接 口是 小 电压 输入 时 ， 此现象 会更加 严重 。
１２ 程序 运行 失常 ． 是控 制状 态失灵 。在单 片机 系统 中 ， 由于干 扰 的加
言
在实 验 室里 设 计 的控 制 系统 ， 安装 、 在 调试 后 完全 符 合设 计要求 ， 把 系统 置 人现 场 后 ， 但 系统 常 常不 能 稳定 工 作 。产生 这种情 况 的原 因 主要 是 现场 环 境 复杂 和 各种 各 样 的电磁 干扰 ， 以单 片 机应 用 系 统 的可 靠 性设 计 、 干 所 抗 扰 技术 显得 十分重 要 。 工 业现场 环境 中 的干 扰是 以脉 冲 的形 式 进人 单 片机 系统 的。空 间干扰 多 发生 在 高 电压 、 电流 、 大 高频 电磁场 附近 ， 过静 电感应 、 并通 电磁感应 等方式 侵入 系 统 内部 ； 供 电 系统 干扰 是 由电源 的噪声干扰 引起 的 ； 过程 通道 干扰 是 干扰通 过 前向通 道 和后 向通道 进 入 系统 的。干 扰一 般 沿 各种 线路侵 入 系统 。另 外 ， 系统 接地 装 置 不可 靠 ， 也是 产 生 干扰 的重要 原因 ； 类传 感 器 、 入 输 出线 路 的 绝缘 损 各 输
论单片机应用系统的可靠性技术
【 摘 要】 针 对破坏 系统正常运行的来 自 供 电系统现场环境的过程通道等方面干扰 ， 利用硬件和软件抗干扰措 施， 使 单片机 系统更加 可靠
运行。
【 关键词】 单片机应 用； 抗干扰 设计； 技术 １ 干扰 产 生 的 后 果
在对控制系统的可靠性有严格要求的场合 ． 使用双机冗余可进一 步提高系统抗干扰能力 。 双机冗余 ． 就是执行 同一个控制任务 ． 可安排 两个单片机来完成 ． 即主机 与从机 。 正常情况下 ． 主机掌握着三总线 的 控 制权 ， 对整个 系统进行控制 ， 此时 ， 从机处 于待 机状态 ， 等待仲裁器 的触发 。 当主机由于某种原 因发生误动作时 ， 仲裁器根据判别条 件， 若 认 为主机程序已混乱 ． 则切断主机的总线控制权 ， 将从机唤醒 ． 从机将 代替主机进行处理与控制 ２ ． ５ 用 好 去 耦 电容 好的高频去耦 电容可 以去除高到 １ Ｇ Ｈ Ｚ 的高频成 分 陶瓷片电容 或多层陶瓷电容 的高频特性较好。设计 印刷线路板 时 ． 每个集成电路 的电源与地之间都要加一个去耦 电容 。 去耦电容有 两个作用 ： 一是 ， 本 集成电路的蓄能电容 ． 提供和吸收该集 成电路开 门、 关 门瞬 间的充 放 电能 ； 二是 ， 旁路掉该器件的高频噪声 。 数字电路 中典型 的去耦电容为 ０ ． １ Ｆ的去耦 电容 ，它有 ５ ｎ ｌ 分布电感 ，它 的并行 共振频率大 约在 ｉ ７ ＭＨｚ 左右 ．也就是说对于 １ ０ ＭＨ ｚ以下的噪声有较好 的去耦 作用 ． 对 ４ ０ Ｍ Ｈ ｚ 以上 的噪声几乎不起作 用。１ 和ｌ Ｏ ａ Ｆ电容并行共振频率在 ２ ０ Ｍ Ｈ ｚ 以上 ， 去除高频率噪声 的效果要好一些 在 电源进入印刷板的 地方设置一个 １ Ｆ 或 ｌ Ｏ ａ Ｆ 的去高频电容往往是有利 的 ， 即使是用 电 池供电的系统也需要这种电容。每 １ Ｏ 片左右的集成电路 要加一片充 放电电容 ， 或称 为蓄放 电容 ， 电容大小可选 １ Ｏ 。 最好不用 电解电容 ，
运行。
【 关键词】 单片机应 用； 抗干扰 设计； 技术 １ 干扰 产 生 的 后 果
在对控制系统的可靠性有严格要求的场合 ． 使用双机冗余可进一 步提高系统抗干扰能力 。 双机冗余 ． 就是执行 同一个控制任务 ． 可安排 两个单片机来完成 ． 即主机 与从机 。 正常情况下 ． 主机掌握着三总线 的 控 制权 ， 对整个 系统进行控制 ， 此时 ， 从机处 于待 机状态 ， 等待仲裁器 的触发 。 当主机由于某种原 因发生误动作时 ， 仲裁器根据判别条 件， 若 认 为主机程序已混乱 ． 则切断主机的总线控制权 ， 将从机唤醒 ． 从机将 代替主机进行处理与控制 ２ ． ５ 用 好 去 耦 电容 好的高频去耦 电容可 以去除高到 １ Ｇ Ｈ Ｚ 的高频成 分 陶瓷片电容 或多层陶瓷电容 的高频特性较好。设计 印刷线路板 时 ． 每个集成电路 的电源与地之间都要加一个去耦 电容 。 去耦电容有 两个作用 ： 一是 ， 本 集成电路的蓄能电容 ． 提供和吸收该集 成电路开 门、 关 门瞬 间的充 放 电能 ； 二是 ， 旁路掉该器件的高频噪声 。 数字电路 中典型 的去耦电容为 ０ ． １ Ｆ的去耦 电容 ，它有 ５ ｎ ｌ 分布电感 ，它 的并行 共振频率大 约在 ｉ ７ ＭＨｚ 左右 ．也就是说对于 １ ０ ＭＨ ｚ以下的噪声有较好 的去耦 作用 ． 对 ４ ０ Ｍ Ｈ ｚ 以上 的噪声几乎不起作 用。１ 和ｌ Ｏ ａ Ｆ电容并行共振频率在 ２ ０ Ｍ Ｈ ｚ 以上 ， 去除高频率噪声 的效果要好一些 在 电源进入印刷板的 地方设置一个 １ Ｆ 或 ｌ Ｏ ａ Ｆ 的去高频电容往往是有利 的 ， 即使是用 电 池供电的系统也需要这种电容。每 １ Ｏ 片左右的集成电路 要加一片充 放电电容 ， 或称 为蓄放 电容 ， 电容大小可选 １ Ｏ 。 最好不用 电解电容 ，
提高单片机应用系统可靠性的软件技术
误 差 加 大 ， 至 控 制 失常 甚 （） ３ 数据 受 干扰 发 生 变 化
单 片机 应 用 系 统 抑 制 电 磁 干 扰 的 技 术 分 为 硬 件 和
软件 两 个 方 面 ， 往 主 要 侧 重 于 采 用 硬 件 技 术 ， 电磁 以 如
在 单 片 机 应 用 系 境 中 ． 序 及 表 格 、 数 均 存 放 在 程 常 Ｅ Ｒ Ｍ 中 ， 免 了 这 些 数 据 受 ＿ 破 坏 ， 片 内 Ｒ Ｍ、 ＰＯ 避 Ｆ扰 但 Ａ 外扩 Ｒ ＡＭ 以及 片 内 Ｓ Ｒ等 的状 态 都 有 可 能 受 外 界 干 扰 Ｆ 而 变 化 。 根 据 干 扰 窜 入 的 途 径 、 干 扰 数 据 的 性 质 不 受 同， 系统 受 损 坏 的 情 况 也 不 同 ， 能 造 成 数 据 误 差 、 控 可 使 制 失 灵 改 变 程 序 状 态 、 变 某 些 部 件 （ 定 时 器 ／ 数 改 如 计 器、 串行 口等 ） 工 作 状 态 ， 可 能 破 坏 与 中 断 有 关 的专 的 还 用 寄 存 器 内 容 ， 而 改 变 中 断 设 置 方 式 ， 闭 某 些 有 用 从 关
ｗ ｎ －ｎｅ ｅｅ ｃ ｅ ｈ ｏｏ ｙ ｔ ｌ ａｌｅｔｅ ｒｌａ ｆ￣ ｆＰ ａｒｈ ａ ｏ ｙ ｔｍｓ ｍ ａ ｔ ｉｔｒ ｒ ｎ ｅｔｃ ｎ ｌｇ ｏＬｌ ｌ ｈ ｉｂ ｙ ｉ Ｓ ｌ ｃ ｆ ｎ ｓ ｓｅ ｉ ｆ ￣ｈ ｏ ｅ ｌ ｎ ｐ ｉ Ｋ目 ｗｏ ｄ ｒ ｓ： Ｓ ＣＰ； Ｒｅｉｂｉｔ ＥＭＩ Ｓ ｆ ｒ ｔ－ ｔｒｅ＇ｎ ｅ ｌａ ｌｙ： ｉ ： ｏｔ ｅ Ａｎｉｉ ｅｆａ ｃ ｗａ ｎ ｅ
摘
要 ：软 件 抗 干扰 技 术是 抑 制 电磁 干 扰 的 重要 手 段 。首 先 分 析 了 电磁 干 扰 对 单 片 机 应 用 乐统 连 成 干
单 片机 应 用 系 统 抑 制 电 磁 干 扰 的 技 术 分 为 硬 件 和
软件 两 个 方 面 ， 往 主 要 侧 重 于 采 用 硬 件 技 术 ， 电磁 以 如
在 单 片 机 应 用 系 境 中 ． 序 及 表 格 、 数 均 存 放 在 程 常 Ｅ Ｒ Ｍ 中 ， 免 了 这 些 数 据 受 ＿ 破 坏 ， 片 内 Ｒ Ｍ、 ＰＯ 避 Ｆ扰 但 Ａ 外扩 Ｒ ＡＭ 以及 片 内 Ｓ Ｒ等 的状 态 都 有 可 能 受 外 界 干 扰 Ｆ 而 变 化 。 根 据 干 扰 窜 入 的 途 径 、 干 扰 数 据 的 性 质 不 受 同， 系统 受 损 坏 的 情 况 也 不 同 ， 能 造 成 数 据 误 差 、 控 可 使 制 失 灵 改 变 程 序 状 态 、 变 某 些 部 件 （ 定 时 器 ／ 数 改 如 计 器、 串行 口等 ） 工 作 状 态 ， 可 能 破 坏 与 中 断 有 关 的专 的 还 用 寄 存 器 内 容 ， 而 改 变 中 断 设 置 方 式 ， 闭 某 些 有 用 从 关
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摘
要 ：软 件 抗 干扰 技 术是 抑 制 电磁 干 扰 的 重要 手 段 。首 先 分 析 了 电磁 干 扰 对 单 片 机 应 用 乐统 连 成 干
单片机测控系统的可靠性分析
单片机测控系统的可靠性分析裴古英(兰州交通大学电子与信息工程学院甘肃兰州730070)i l_一戳盛YV A L LE工电子科掌[摘要】通过对干扰源的分析，讨论在单片机测控系统中硬件系统和软件系统可靠性与整个系统可靠性的关系。
采用软硬件协同设计方法，将硬件与软件抗干扰相结合，可以设计出稳定可靠的单片机测控系统。
【关键词]单片机测控系统软硬件协问设计可靠性中图分类号：TP202．1文献标识码t A文章编号：1671--7597(2008)'110025--01一、，I■近年来，人们在不断完善单片机测控系统硬件配置的基础上，对系统受干扰的原因进行分析，对提高系统抗干扰能力的方法进行探讨，不仅具有一定的理论意义。
也有很高的实践价值。
=、曩件鬃统可童性硬件系统可靠性从技术的角度上来讲，主要指硬件的冗余技术。
在工业生产中所出现的干扰一般是以脉冲的形式进入单片机系统的，渠道主要有三条，即空间干扰(场干扰)，过程通道干扰和供电系统干扰。
空间干扰是通过电磁波辐射进入系统的，过程通道十扰是通过与主机相连的前向通道、后向通道以及与其它主机相连的通道进入的．在一般的情况下，空间干扰的强度上要远小于其他两个渠道的干扰，而且可以通过良好的屏蔽、正确的接地和高频滤波加以消除。
因此重点应放在防止供电系统和过程通道的干扰上[1]。
厂至面砷—一门影响单片机测控系统可靠性的因素，有一I单I45％来自系统设计。
为了保证测控系统的可靠陌酉柔蠹罕习———+I：I性，在对电路设计时，应进行最坏情况的设计一l：I各种电子元件的特性不可能是一个恒定值，总是一I统I在其标注值的上下有一个变化的筢围。
同时，电恒里型篁王到———◆口源电压也有一个波动范围，最坏的设计(指工作图l单片机测控系统环境最坏情况下)方法是考虑所有元件的公差，的主要干扰渠道并取其最不利的数值。
核算电路的每一个规定的特性。
如果这一组参数值都能保证正常工作，那么在公差范围内的其它所有元件值都能使电路可靠地工作。
PIC单片机应用系统可靠性技术探究
PIC单片机应用系统可靠性技术探究摘要:PIC系列的单片机因为抗干扰能力强、适用性佳、指令集简洁、功能完备、功耗较低、体积较小以及成本低廉等优势，被广泛地用于工业控制仪表、汽车电气控制、电机控制、通信领域以及家电领域等。
不管应用于何种领域，高度的可靠性均是必需的条件之一。
本文从增强PIC单片机自身的抗干扰作用和增设程序（指令）两个方面分析和探讨了PIC单片机应用系统的可靠性技术问题。
关键词:PIC单片机可靠性技术抗干扰程序后者指令PIC单片机应用系统的可靠性问题具有高度的系统性，我们应该从多个角度来考虑和处理，单一解决某一个方面的问题，无法从根本上保证PIC单片机的可靠性。
一般而言，我们需要综合考虑硬件设计和软件增强这两个方面来保证PIC单片机的可靠性。
尤其在硬件方面的可靠性设计是确保PIC单片机应用系统具有高度可靠性的前提与基础。
1 提高PIC单片机的抗干扰水平1.1 启用WDTWDT，WatchdogTimer，监视定时器，俗称“看门狗”，它是一个内部RC时钟信号源的累加计数器，独立于其它单元，其计时周期约为18ms左右。
PIC单片机为了有效解决程序失控问题，才用了WDT解决方案。
程序之所以出现失控问题，主要是因为PIC单片机在实际应用过程中，电磁干扰、软件故障、电源电压叠加噪声以及电源电压波动等因素均会对程序的正常运行产生干扰作用，使之偏离预定的运行线路。
WDT发挥作用的原理是，PIC单片机处在休眠状态时，如果WDT超时溢出，则会唤醒PIC单片机使其进入正常的工作状态;PIC单片机执行程序期间，如果WDT超时溢出，PIC单片机便会自动执行复位动作。
我们可以利用定义系统配置字CONFIG中WDTE 位的形式来决定是否启用WDT，设置“WDTE=1”时，则WDT处于开启状态;设置“WDTE=0”，则WDT处于关闭状态。
1.2 复位功能PIC系列的单片机预设有多种的复位方式，合理设置复位功能，对于提高PIC单片机应用系统的可靠性裨益良多。
单片机应用系统的可靠性设计研究
件 “ 门狗 ” 看 可靠性 的措施 ， 并提出利用“ 解码输出” 提高输 出控制信 号的可靠性．
关 键 词 可靠性 ；看门狗” “ 技术 ； 解码输出
［ 中图分 类号 ］ Ｔ ３ ８ ２ Ｐ ６ ． 【 文献标识码 ］ Ａ
１ 引言
随着单片机应用领域 的不断扩展 ， 对单片机应用系统 的可 靠性也 提出 了更 高的要求． 在一些 单 片机应用 场合 ， 例如安全 防 卫、 火灾报警、 障监测 、 故 工业控制等 ， 一旦发生错误 ， 将会造成很大 的损失． 即便是 民用领域 ， 例如装 有微 电脑 （ 即单 片机 ） 控制 器 的微波炉． 在使 用时也不愿看到 ， 你 正在运行 的微波炉在设定 时间还未 到时就突然停止 ； 或者 是时间 已到它却还继 续运行． 因
第２ ６卷
第 ４期
２０ ０ ９年 １ 月 １
江苏教育学 院学报 （自然科 学版） Ｊｕ ａ ｆ ｉｎ ｓ ｎｔｕｅｏ ｄ ｃｔ ｎ（ ａｕａ Ｓ ｉ ｃｓ ｏ ｒ ｌ ａｇｕＩｓｔｔ ｆ ｕ ａ ｏ Ｎ ｔｒｌ ｃ ｎ ｅ ） ｎ ｏＪ ｉ Ｅ ｉ ｅ
Ｖｏ ． ６ Ｎｏ ４ １２ ． Ｎｏ ． ２ ０ ｖ ，０ ９
要求 在 Ｕ 输 出高阻态时 ， 片机从该 １０端读 到低 电平 ， 单 ／ 则必 须在 该 Ｉ０端连 接一 只下拉 电 ／ 阻 ， 图一中的 Ｒ Ｒ的值不能太大 ， 如 ． 太大了单 片机读到 的就是 高电平． 从单片机 的数据表中查 到 Ｉ参数 ， 可求得 Ｒ的最大值 ． 现设求得的 Ｒ的最大值为 ９ ｌ． Ｋｑ Ｒ的值也不能太小 ， 太小 了 ｕ 在 输 出高电平 时， 出电流会超 出其允许值 ． Ｕ 输 出高 电平 ４ ５ 输 设 ． Ｖ时的最大输 出电流为 ５ 则 可 ｍＡ， 求得 Ｒ的最小值 为 ９ ０ ￣选取 Ｒ的值为 ３ Ｏ左右 ， ０ ｆ． Ｋ 这样 与最大值 之 间和与最小值 之间都 留出
关 键 词 可靠性 ；看门狗” “ 技术 ； 解码输出
［ 中图分 类号 ］ Ｔ ３ ８ ２ Ｐ ６ ． 【 文献标识码 ］ Ａ
１ 引言
随着单片机应用领域 的不断扩展 ， 对单片机应用系统 的可 靠性也 提出 了更 高的要求． 在一些 单 片机应用 场合 ， 例如安全 防 卫、 火灾报警、 障监测 、 故 工业控制等 ， 一旦发生错误 ， 将会造成很大 的损失． 即便是 民用领域 ， 例如装 有微 电脑 （ 即单 片机 ） 控制 器 的微波炉． 在使 用时也不愿看到 ， 你 正在运行 的微波炉在设定 时间还未 到时就突然停止 ； 或者 是时间 已到它却还继 续运行． 因
第２ ６卷
第 ４期
２０ ０ ９年 １ 月 １
江苏教育学 院学报 （自然科 学版） Ｊｕ ａ ｆ ｉｎ ｓ ｎｔｕｅｏ ｄ ｃｔ ｎ（ ａｕａ Ｓ ｉ ｃｓ ｏ ｒ ｌ ａｇｕＩｓｔｔ ｆ ｕ ａ ｏ Ｎ ｔｒｌ ｃ ｎ ｅ ） ｎ ｏＪ ｉ Ｅ ｉ ｅ
Ｖｏ ． ６ Ｎｏ ４ １２ ． Ｎｏ ． ２ ０ ｖ ，０ ９
要求 在 Ｕ 输 出高阻态时 ， 片机从该 １０端读 到低 电平 ， 单 ／ 则必 须在 该 Ｉ０端连 接一 只下拉 电 ／ 阻 ， 图一中的 Ｒ Ｒ的值不能太大 ， 如 ． 太大了单 片机读到 的就是 高电平． 从单片机 的数据表中查 到 Ｉ参数 ， 可求得 Ｒ的最大值 ． 现设求得的 Ｒ的最大值为 ９ ｌ． Ｋｑ Ｒ的值也不能太小 ， 太小 了 ｕ 在 输 出高电平 时， 出电流会超 出其允许值 ． Ｕ 输 出高 电平 ４ ５ 输 设 ． Ｖ时的最大输 出电流为 ５ 则 可 ｍＡ， 求得 Ｒ的最小值 为 ９ ０ ￣选取 Ｒ的值为 ３ Ｏ左右 ， ０ ｆ． Ｋ 这样 与最大值 之 间和与最小值 之间都 留出
单片机控制系统可靠性硬件设计方法探讨
收稿 日期 ：２ １ — ０ １ ０ １ １— ４
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
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
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单片机控制系统的可靠性探讨
统 性 能 指 标 和 可 靠 性 的 前 提 下 ，元 器 件 尽 量 选 择 廉 价 、性 能 优
良 、常 见 的 元器 件 品种 和型 号 ，充 分 利 用较 好的 系统 设 计方 案 来
的 电磁 干扰 ，磁 场 屏 蔽 目的 是消 除或 抑制 直 流或 低 频 交流 磁场 与 被 干 扰 回路 的磁 耦 合 。对 磁场 进 行屏 蔽 主要 采 取方 法 ：采 用高 磁 导率 材 料 的屏 蔽体 、反 向 电流或 涡流 实现 磁 屏 蔽 ；强磁 场 的屏 蔽 可 以采 用双 层 屏蔽 结 构 ； 电磁 场 屏蔽 主要 是 针对 电磁 波干 扰 的措 施 ．对 于 电场 波 的屏 蔽 ，以 反射 衰 减为 主 ；磁 场 的屏 蔽 ，以吸 收
计。
容 错 设 计 就 是 对 故 障 予 以 容 忍 的 设 计 。因 为 单 片 机 控 制 系 统 故 障或 出错 是 客 观存 在 的 ，容错 设 汁就 是解 除 系统 故 障或 出错 影 响措 施 。实施 的 方法 是投 入 超常 规 设 计所 需要 的 资源 ，以换 取
更 高 的系 统 可靠 性 。 ２ 单 片机 控 制 系统 的干 扰简 介
｝ 生，同 时对 系统 的 干扰进 行 了介 绍 ，并给 出 了硬 件和 软 件抗 干扰 的措 施 ，使 单 片机控 制 系统的 工作 可 靠 、稳 定 、高 效 。 关键 词 单 片机控 制 系统 可 靠性 容错 干扰 近 年 来 ，单 片 机 在 工 业 自动 化 、生 产 过 程 控 制 、智 能 仪 器 仪 表等 领 域 的应 用越 来 越广 泛 ，对 单 片机 控 制系 统 的可 靠性 要 求 越 来越 高 。但 是 ，由于 单 片机控 制 系统 的工 作环 境往 往 复 杂 、恶 劣 ，这 对 系统 的 可靠 性 与安 全性 构 成 了极 大 的威 胁 。 单 片 机 主 要 应 用 在 微 型 计 算 机 控 制 系 统 中 ，或 者 是 在 计 算 机 控制 系统 中位 于现 场 控制 级 ，其 工作 需 要 具有 较高 的 可靠 性 ， 但 是单 片 机往 往处 于 被 干扰 的环 境 中 。所 谓 干扰 就是 有 用信 号 以 外 的噪 声 或造 成 单 片机 控制 系统 不 能 正常 运行 的 破坏 因素 。本 文 主 要对 单 片机 控制 系统可 靠 性进 行 一些 探 讨 。
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d. 递推平均滤波法
递推平均滤波法是把N个测量数据看成一 个队列，队列的长度为N，每进行一次新的测 量，就把测量结果放入队尾，而扔掉原来队 首的一次数据，这样一来在队列中始终有N个 “最新”的测量数据。计算滤波值时，只要 把队列中的N个数据进行平均，就可以得到新 的滤波值。
低电压复位技术用于监测单片机电源电压，当电 压低于某一值时产生复位信号。由于单片机技术的发 展，单片机本身对电源电压范围的要求越来越宽。电 源电压从当初的5V降至3.3V，并且继续下降到2.7V、 2.2V、1.8V。在是否使用低电压复位功能时应根据具 体应用情况权衡一下。
4. EFT技术
新近推出的Motorola M68HC08 系列单片机采 用EFT(Electrical Fast Transient)技术进一步提高了 单片机的抗干扰能力。当振荡电路的正弦波信号受 到外界干扰时，其波形上会叠加一些毛刺。以施密 特电路对其整形时，这种毛刺会成为触发信号干扰 正常的时钟信号。交替使用施密特电路和RC滤波 可以使这类毛刺不起作用，这就是EFT技术。随着 VLSI技术的不断发展，电路内部的抗干扰技术也在 不断发展之中。
b. 重要指令冗余
在对程序流向起决定作用的指令(如RET、 RETI、ACALL、LCALL、LJMP、JZ、JNZ、 JC、JNC、DJNZ等)和某些对系统工作状态 起重要作用的指令(如SETB EA等)之前插入 两条NOP指令。
3. 对确定的工作状态进行多次刷新
一般来说，系统中程序运行到某些特定 的地方时，部分运行参数、输出端口、SP值、 IE值等是可以确定的，在这些地方对这些可 以确定的参数和工作状态进行刷新。例如： 软件的主程序中，在自检和初始化后一般都 有一个循环，刚进入循环时，IE的部分位和 SP等是可以确定的，在这里对这些可以确定 的参数和工作状态用常数进行设置，可以保 证因“跑飞”等原因而造成改变的参数和工 作状态可以迅速恢复正常。
Hale Waihona Puke 单片机自身的抗干扰措施1. 降低外时钟频率 2. 低噪声系列单片机 3. 时钟和电压监测电路、“看门狗”、
复位 4. EFT技术 5. 软件方面的措施
1. 降低外时钟频率
外时钟是高频的噪声源，除能引起对本应用系统
的干扰之外，还可能产生对外界的干扰，使电磁兼容 检测不能达标。在对可靠性要求很高的应用系统中， 选用频率低的单片机是降低系统噪声的原则之一。以 8051单片机为例，最短指令周期1μs时，外时钟是 12MHz。而同样速度的Motorola 单片机系统时钟只 需4MHz，更适合用于工控系统。近年来，一些生产 8051兼容单片机的厂商也采用了一些新技术，在不 牺牲运算速度的前提下将对外时钟的需求降至原来的 1/3。而Motorola 单片机在新推出的68HC08系列以 及其16/32位单片机中普遍采用了内部琐相环技术， 将外部时钟频率降至32KHz，而内部总线速度却提高 到8MHz乃至更高。
b. 检查ROM单元的内容 检查ROM单元的内容的校验和。
c. 检查I/O口状态 检查I/O口是否有短路或开路等不正常现象。
d. 其它接口电路检测 如扩展的E2PROM、A/D转换电路等的检测。
2． 指令冗余技术
a. NOP的使用
可在双字节指令和3字节指令之后插入两 个单字节NOP指令，这可保证其后的指令在 程序“跑飞”后不会被拆散。
单片机应用系统的软件抗干扰措施
1. 开机自检 2 .指令冗余技术 3. 对确定的工作状态进行多次刷新 4. 数字滤波 5. 软件陷阱 6. “看门狗”技术 7. 干扰避开法 8. I/O开关量软件抗干扰设计 9. 程序运行出错处理程序 10. 编写软件的其它注意事项
1. 开机自检
a. 检测RAM 检查RAM读写是否正常。
5. 软件方面的措施
单片机本身在指令设计上也有一些抗干扰的考虑。 非法指令复位或非法指令中断是当运行程序时遇到 非法指令或非法寻址空间能产生复位或中断。单片 机应用系统程序是事先写好的，不可能有非法指令 或寻址。一定是系统受到干扰，CPU读指令时出的 错。
以上提到的是当前广泛使用的单片机应该具有的 内部抗干扰措施。在选用单片机时，要检查一下这 些性能是否都有，以求设计出可靠性高的系统。
单片机系统的可靠性技术
介绍近年来单片机技术在提 供系统可靠性方面所做的努力与 发展。提醒用户在单片机选型、 单片机应用系统设计以及制造工 艺等方面应注意什么，以实现高 可靠性的单片机应用系统。
主要内容
• 单片机自身的抗干扰措施 • 单片机应用系统的软件抗干扰措施 • 单片机系统的硬件抗干扰措施 • 提高单片机系统抗干扰能力的主要手段 • 单片机系统中印制电路板的抗干扰设计 • 单片机系统中用于抑制干扰的元件
3.时钟和电压监测电路、“看门狗”、复
位
监测系统时钟，当发现系统时钟停振时产生系统 复位信号以恢复系统时钟，是单片机提高系统可靠性 的措施之一。而时钟监控有效与省电指令STOP是一 对矛盾。只能使用其中之一。
“看门狗”技术是监测应用程序中的一段定时中 断服务程序的运行状况，当这段程序不工作时判断为 系统故障，从而产生系统复位。
4. 数字滤波
a. 程序判断滤波法
判断两次采样允许的最大偏差ΔY或单 次采样允许的最大(小)值。
b. 中位值滤波法
中位值滤波法就是对某一被测参数连续 采样N次(一般N取奇数)，然后把N次采样值 按大小排列，取中间值作为本次采样值。
c. 算术平均滤波法
算术平均滤波法就是连续取N个值进行 采样，然后算术平均。
2. 低噪声系列单片机
传统的集成电路设计中，在电源、地的引出上通 常将其安排在对称的两边。如左下角是地，右下角是电 源。这使得电源噪声穿过整个硅片。改进的技术将电源、 地安排在两个相邻的引脚上，这样一方面降低了穿过整 个硅片的电流，一方面使外部去耦电容在PCB设计上更 容易安排，以降低系统噪声。另一个在集成电路设计上 降低噪声的例子是驱动电路的设计。一些单片机提供若 干个大电流的输出引脚，从几十毫安到数百毫安。这些 大功率的驱动电路集成到单片机内部无疑增加了噪声源。 而跳变沿的软化技术可消除这方面的影响，办法是将一 个大功率管做成若干个小管子的并联，再为每个管子输 出端串上不同等效阻值的电阻。以降低di/dt。