单片机可靠性设计的解决方案-硬件篇
单片机系统常用软硬件抗干扰措施
9A 令组成一个软件陷阱：
后’ 勤’ 工’ 程’ 学’ 院’ 学’ 报’ ’ ’ ’ ’ ’ ’ ’ ’ ’ ’ ’ ’ ’ ’ ?**, 年
通过开机自检掉电保护睡眠抗干扰及看门狗等技术采用指令冗余和软件陷阱等软件措施及时发现干扰导致的错误使系统尽快恢复正常或及时报警最大限度降低干扰对系统的影响有效提高单片机系统在恶劣工况下运行的可靠性
单片机系统常用软硬件抗干扰措施
杨! 健 " ，张晓琦" ， 王建康#
（ "$ 重庆石油高等专科学校 机电系， 重庆 %&&&%# ； #$ 后勤工程学院 训练部， 重庆 %&&&"’ ） 摘! 要 抗干扰性能是微机系统可靠性的重要指标， 抗干扰设计是单片机系统研制中
［ .］ 地抑制尖峰脉冲和各种噪声干扰 ， 具有很强的抗干扰能力； 双绞线传输对电磁干扰有一定的抑制作
用； 长线传输时， 阻抗不匹配会产生反射， 使信号失真， 所以， 长线传输时要尽可能地做到阻抗匹配。 ." . 印制板电路的抗干扰 印制板电路是器件信号线和电源线的高度集合体， 其布局与布线对可靠性将产生直接的影响。设 计电路板时， 应考虑相关元件尽量靠近， 散热大的元器件放置在易通风散热的位置， 合理布线， 强、 弱电 信号线尽量远离， 避免高频和电磁信号的干扰。强、 弱电采用光电或电磁隔离， 采用必要的电磁屏蔽措 施， 以提高系统的电磁兼容能力。要注意选择良好的接地方式， 地线尽可能加宽， 元器件尽量就近接地， 关键部位应配置去耦电容。如系统既有模拟电路又有数字电路时， 数字地与模拟地应先分开接地， 最后 万方数据 只在一点相连， 否则两者不分， 则会互相干扰。
［ "］ 入单片机系统 ， 渠道主要有三条， 一是空间干扰 （ 场干扰） ， 高电压、 大电流、 电火花等电磁信号以场的
硬件系统的可靠性设计：探讨硬件系统的可靠性设计原则、方法和实践
硬件系统的可靠性设计：探讨硬件系统的可靠性设计原则、方法和实践引言在现代科技发展的浪潮中，硬件系统的可靠性设计成为了一个至关重要的议题。
作为计算机、通信和其他信息技术领域的基础，硬件系统的可靠性直接关系到现代社会的安全、稳定与发展。
本文将探讨硬件系统的可靠性设计的原则、方法和实践，希望能为读者提供一些有用的参考。
硬件系统可靠性设计的原则原则1：冗余性设计冗余性设计是提高硬件系统可靠性的重要原则之一。
冗余性设计通过增加硬件系统中的冗余部件或路径来实现系统的冗余，使得当某个部件或路径发生故障时，系统可以继续正常运行。
例如，在服务器集群中，可以通过增加多个服务器来实现冗余性。
冗余性设计可以提高系统的容错能力，降低发生故障的风险。
原则2：动态测试和监测动态测试和监测是评估硬件系统可靠性的重要手段之一。
通过对硬件系统运行过程中的各种情况进行动态测试和监测，可以及时发现并修复可能存在的问题，有效提高系统的可靠性。
例如，在网络设备中，可以通过实时监测流量、延迟等指标来判断设备是否正常工作。
动态测试和监测可以帮助我们及时发现潜在的问题，并采取相应的措施，避免故障的发生。
原则3：优化设计和工艺优化设计和工艺是提高硬件系统可靠性的重要手段之一。
通过优化硬件系统的设计和工艺，可以提高系统的稳定性和可靠性。
例如，在芯片设计中，可以采用更先进的工艺和更合理的布局，来提高芯片的性能和可靠性。
优化设计和工艺可以降低系统的故障率，提高系统的可靠性。
原则4：合理布局和规划合理布局和规划是提高硬件系统可靠性的重要原则之一。
通过合理布局和规划系统的硬件组成部分，可以降低故障的发生率，提高系统的可靠性。
例如，在数据中心中，可以将服务器和网络设备按照一定的规划方式进行布局，避免因为部件放置不当导致的故障。
合理布局和规划可以降低硬件系统的故障风险，提高系统的可靠性。
硬件系统可靠性设计的方法方法1：MTBF分析MTBF（Mean Time Between Failures）分析是一种常用的硬件系统可靠性设计方法。
以可靠性优化为目标的单片机软硬件设计
以可靠性优化为目标的单片机软硬件设计摘要：目前，单片机的应用比较普遍，是计算机技术快速发展的产物。
它是一个缩小版的计算机系统，应用方便简单，实现了与许多产品的结合，例如LED彩灯中的应用，它丰富了人们的生活，提高了人们的生活质量。
本文主要从单片机软硬性设计的现状出发，分析它的优势与不足，实现单片机可靠性能的优化。
关键词：可靠性；优化；单片机软硬件设计在信息技术快速发展的今天，对产品的质量、功能提出了更高的要求，需要不断去探索和发展。
实现计算机技术与其他产品的功能化结合，有利于优化新产品的性能，实现产品的数字化，增加产品的可控性。
然而，单片机虽然得到了应用，但是还存在一定的弊端，软硬件设计需要继续加以改进，优化性能，提高可靠性。
1.单片机的工作原理和应用单片机是一种集成电路芯片，是利用集成电路技术把多种电路系统综合在一个芯片上的技术，是一个微型计算机系统。
它具有大型计算机的特点，数据处理速度快，构造简单，但体积小，实用性强，在市场上得到了广泛的应用。
单片机分为三个部分，运算器、寄存器、控制器。
运算器运行时，有一定的逻辑运算程序，可以完成大量数据的运算。
控制器主要是一个下命令的控制系统，通过相应的软件构成进行各部分之间的协调运作。
寄存器主要进行各种信息的存储。
单片机内部的软件构成是一个有机统一体，相互连接，配合运作。
控制器下命令之后，运算器进行运算，将结果寄存在寄存器中[1]。
目前，单片机在许多领域已得到了广泛的应用。
在我们的日常生活中，也能看到它的踪影。
它具有智能性，前沿性，通过这些优势逐渐渗透到生活的各个方方面面。
在仪器中，通过芯片的加入，可以进行控制，实现数字化。
生活中，空调、电冰箱、音响等都有单片机的应用。
在通信领域，手机，各种呼叫系统、主持人戴的耳麦、话筒都是进行单片机的控制，可以实现实时通讯；在工业领域，应用的就更加广泛，常见的门铃系统、报警系统、各种机械化的控制，都是单片机的作用。
在汽车领域，导航系统、各种控制系统的运行都是因为单片机的参与。
提高单片机应用系统可靠性的软硬件技术
提高单片机应用系统可靠性的软硬件技术摘要：单片机日益广泛的使用，因此对于单片机的使用操作系统的可靠性和安全性也有了越来越高的要求。
尤其是对于工业过程的控制、交通管理、金融以及通讯等测控系统，最主要的技术指标就是可靠性。
因为系统一旦出现任何的问题和故障，就会造成生产过程混乱、指挥以及监控系统的迟钝等不良后果。
文中简单介绍了几种提升单片机应用系统可靠性的方式和措施。
关键词：单片机；杭干扰；可靠性1.单片机设计模型和概述分析可靠性的设计模型方面主要是表达单片机反用系统从激励到响应的唯一过程环节，也就是按照可靠性最大化设计模型，对于软件的设计来说最主要的就是能够保证这个过程中空间的运用，应用系统程序必须要能够按照给定的顺序进行运行。
2.单片机应用系统硬件可靠性设计单片机应用系统的硬件可靠性设计主要是从供电系统稳定性、印刷电路板布线、提高电元件可靠性、双机冗余设计这几个方面进行。
2.1供电系统稳定性提高单片机应用系统供电系统稳定性可以防比干扰从电源系统进入单片机。
具体的做法是采用交流稳压器保证单片机应用系统供电稳定性;采用隔离变压器来除高频噪声;采用低通滤波器除掉工频干扰。
同时一定要保证供电功率足够单片机应用系统使用，单片机应用系统主机部分要采用单独的稳压电源。
2.2印刷电路板布线单片机应用系统的电路板印刷布线应采用可以提供较好的接地网的多层印制电路板，这样就可以较好的避免地电位差和元件的祸合电路板中要进行合理的分区设计，地线要注意保持有序的和电源端的地线连接。
为了使硬件系统更好的具有可靠性，要保证元件面和焊接面不得平行，防比出现较大的寄生祸合，信号线之间的距离要合理的调大防比干扰。
2.3提高电元件的可靠性进行单片机应用系统的硬件制造时要选用高质量的电元件，同时对于选定品牌的电元件要进行相应的测试和筛选，一定要保证电元件的可靠性，防比因为电元件质量问题导致单片机应用系统的可靠性降低。
在进行单片机应用系统硬件设计时也要考虑选用技术参数有适当余量的电元件。
浅谈提高单片机系统可靠性的设计方法
浅谈提高单片机系统可靠性的设计方法摘要：本文讨论了在单片机系统运行时存在的各种干扰，从硬件和软件两个方面论述了系统抗干扰的措施，以提高单片机系统运行时的可靠性。
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。
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研究
为了提高系统的可靠性,本系统在滤波技术、隔离技术、屏蔽技术、接地技术电路状态的切换以及突发的雷击等都有可能在线路上形成尖峰电流,从而产生噪声电压。该噪声电压耦合到电路中,严重时就会影响电路的正常工作。利用电容、电感的储能特性来抑制产生的噪声,称为“滤波技术”。
1.4电路接地设计
为了提高单片机系统的可靠性，也可以通过接地设计将系统外壳的漏电流快速引入地下，以确保系统的使用安全。而就目前来看，接地设计可以分成两种，即安全接地和信号接地。其中，安全接地是将系统电路外壳利用低阻抗导体接入大地(如图2所示)，信号接地则是将系统的一些信号端口与地线连接。而信号接地技术的应用不仅可以为系统电路提供公共电路参考点，还可以在一定程度上消除系统的噪声干扰。但在接地的过程中，需要避免接地环路的产生。此外，需要根据电路频率大小确定接地方式，比如频率低于10MHz时应选择“单点接地”，而高于10MHz则选择“多点接地”
2.3系统复位设计
2、单片机软件系统设计分析
2.1数字滤波技术
软件系统设计过程中，考虑到模拟信号采集中有较多偏差问题存在，其产生的原因多归结于前向传感器中有噪声信号传入。若这种偏差问题未得以及时控制，系统发出的控制信号都将出现误差。这种情况下，为使数据真实性得以保证，便需引入数字滤波技术。该技术实现中，对于错误数据主要利用其中判断或运算程序，使随机干扰得以消除，将有用信号中干扰信号比重控制到最低，尽可能将数据可信度提高。如一般滑动平均值、算术平均值等方法，都可使数据偏差问题得到控制。
关键词：单片机系统；可靠性设计；测试
由于具有优异的性能价格比，单片机系统在通讯、工业控制和医疗等多个领域得到了应用。但随着单片机种类的不断增多，人们对单片机系统的可靠性要求也越来越高，引起了相关研究者对增强单片机系统可靠性的软硬件设计问题的重视。因此，本文从硬件设计和软件设计两个方面对单片机系统可靠性的设计问题进行了分析，以便为相关系统的设计提供一定的参考。
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
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
单片机可靠性设计的解决方案-硬件篇
单论单片机硬件系统设计解决方案，一般从三个方面分析：优选设计方案、增加冗余和容错率、采用硬件抗干扰。
本文详细的介绍了优化这三个方面对单片硬件可靠性带来的好处。
1、选优设计
在系统硬件设计和加工时，应该选用质量好的接插件，设计好工艺结构;选用合格的元器件，进行严格的测试、筛选和老化;设计时技术参数(如负载)要留有
一定的余量或降额使用元器件;提高印制板和组装的质量。
2、采用硬件抗干扰措施
来自供电系统以及通过导线传输、电磁耦合等产生的电磁干扰信号，是单片机系统工作不稳定的重要因素，在系统硬件设计时必须采取有效的干扰抑制措施。
单片机应用系统中还常使用系统监视电路检测系统发生的错误或故障，自动报警或使系统自动恢复正常工作状态。
如采用电源故障监视、看门狗定时器等采用89C51单片机和X25045组成的看门狗电路，X25045硬件连接图如图所示。
X25045芯片内包含有一个看门狗定时器，可通过软件预置系统的监控时间。
在看门狗定时器预置的时间内若没有总线活动，则X25045将从RESET输出一个高电平信号，经过微分电路C2、R3输出一个正脉冲，使CPU复位。
如图1所示电路中，CPU的复位信号共有3个：上电复位(C1、R2)，人工复位(S、R1、R2)和Watchdog复位(C2、R3)，通过或门综合后加到RESET端。
C2、R3的时间常数不必太大，有数百微秒即可，因为这时CPU的振荡器已经在工作。
看门狗电路的定时时间长短可由具体应用程序的循环周期决定，通常比系统正常工作时最大循环周期的时间略长即可。
编程时，可在软件的合适地方加一。