6-1 智能仪器可靠性与抗干扰技术=可靠性.PPT

ORG 0000H 0000H START: 0003H 006H 007H 008H 0013H 00EH LJMP MAIN
; 引向主程序入口
LJMP FUINT0 ; INT0中断服务程序入口 NOP NOP ; 陷阱 ; T0中断服务程序入口 ; 冗余指令 ; 冗余指令
LJMP ERR LJMP FUT0 NOP
硬件可靠性设计 第二节 硬件可靠性设计
一、硬件可靠性设计 （一）影响仪器可靠性的因素 ◇元器件的可靠性（表6-1，） 元器件的可靠性（ ◇工艺（自动、手工） 工艺（自动、手工）
1 2 λ(t)
◇电路结构（元件数量、集成与分立） 电路结构（元件数量、集成与分立） ◇环境因素（温度变化、振动、腐蚀） 环境因素（温度变化、振动、腐蚀） ◇人为因素 （人为设计、人为使用） 人为设计、人为使用）
（三）软件抗干扰技术
（软件死掉了，用看门狗恢复）
硬件看门狗
每隔一段时间，通过P1.4(即单片机第16管脚）发 “喂狗”指令。
（三）软件抗干扰技术 软件看门狗
例如, 可以采用 8051 的定时器T0来形成WATCHDOG。将T0的溢出中断设 为高优先级中断, 其它中断均设置为低优先级中断,若采用 6MHz的时钟, 则 可用以下程序使T0 定时约 10 ms来形成软件WATCHDOG: MOV SETB SETB MOV SETB SETB TMOD, ＃01H ; 置T0为定时器 ET0 ; 允许T0中断 PT0 ; 设置T0为高优先级中断 TH0, ＃0E0H ; 定时约 10 ms TR0 ; 启动T0 EA ; 开中断
初始期 λ(t )( 失 效 率 ) 0 λ(t )( 失 效 率) 规定的失效率
使用寿命期
衰老期
使用寿命 a 偶然故障期 早期故障期 b
耗损故障期 t(时间)
0
t(时间)
(a) 经典浴盆曲线
(b) 新浴盆Βιβλιοθήκη 线平均故障间隔时间 MTBF或称为平均无故障时间 (亦称故障前平均时间)MTTF。前者用来描述可修复 的仪器；后者用于描述不可修复的仪器。一般情况 下，都用MTBF来表示，它与可靠率R(t)之间的关系 为
3. 表格 表格 有两种表格: 一类是数据表格, 供MOVC A, @A+PC 指令 或MOVC A, @A+DPTR指令使用, 其内容完全不是指令。 另一类是散转表格, 供JMP @A+DPTR指令使用, 其内容为一 系列的 3 字节指令LJMP或 2 字节指令AJMP。 由于表格的内 容与检索值有一一对应的关系, 在表格中间安排陷阱会破坏其 连续性和对应关系, 因此只能在表格的最后安排陷阱。如果表 格区较长, 则安排在最后的陷阱不能保证一定能捕捉“跑飞” 来的程序, 有可能在中途再次“跑飞”, 这时只好指望别处的 陷阱或冗余指令来捕捉。
测试、考验 试运行
故障评估分析 改进措施
系统设计进程
可靠性考虑
2．生产及使用过程
（二）、可靠性的分配方法 ）、可靠性的分配方法
（1）均等分配法
R = ∏ Ri
i =1
n
（2）航空无线电公司分配法 ： ①达到的目标是满足下式
∑λ
i =1
n
i
≤λ
②根据先验知识预计每个分系统的失效率λi 根据先验知识预计每个分系统的失效率λ 计算加权因子W 加权因子由下式计算： ③计算加权因子Wr。加权因子由下式计算：
（三）软件抗干扰技术 软件陷阱
则下面三条指令即组成一个“软件陷阱”: NOP NOP LJMP ERR
“软件陷阱”一般安排在下列四种地方。 1. 未使用的中断向量区 未使用的中断向量区 MCS - 51 单片机的中断向量区为 0003H~002FH, 如果系 统程序未使用完全部中断向量区, 则可在剩余的中断向量区安 排“软件陷阱”, 以便能捕捉到错误的中断。 如某系统使用 了两个外部中断INT0、INT1和一个定时器溢出中断T0, 它们 的 中 断 服 务 子 程 序 入 口 地 址 分 别 为 FUINT0 、 FUINT1 和 FUT0, 即可按下面的方式来设置中断向量区:
j =1 i =1
n
m
◆环境设计 温度保护 冲击振动保护 电磁干扰保护 其他环境方面的保护 ◆人为因素设计 ◆对仪器进行可靠性试验
二、软件可靠性设计 （一）软件的可靠性模型 ▲时间模型
•可靠性增长模型 •公理模型
▲数据模型
（二）提高软件可靠性的方法 认真地进行规范设计 可靠的程序设计方法 程序验证技术 提高软件设计人员的素质 消除干扰 增加试运行时间
2. 未使用的大片 未使用的大片EPROM空间 空间 空间 程序一般都不会占用EPROM芯片的全部空间, 对于剩 余未编程的EPROM空间, 一般都维持原状, 即其内容为 0FFH。 0FFH对于MCS - 51 单片机的指令系统来说是一条 单字节的指令: MOV R7, A。 如果程序“跑飞”到这一区域, 则将顺 利向后执行, 不再跳跃（除非又受到新的干扰）。因此在这 段区域内每隔一段地址设一个陷阱, 就一定能捕捉到“跑飞” 的程序。
使用值 额定值
（二）提高仪器可靠性的措施 ◆元器件的选择 （电阻器 、电容器 、集成电路芯片 ） ◆筛选 ◆降额使用 ◆可靠的电路设计 ◆冗余设计包括并联系统和串联系统两种形式
并联、串联系统 并联系统的可靠度Rp为 串联系统的可靠度RS为
R P = 1 − ∏ (1 − Ri )
i =1 m
RS = ∏ Ri
0023H 0026H 0027H 0028H 002BH 002EH 002FH 0030H
LJMP ERR ; 未使用串口中断, 设陷阱 NOP NOP LJMP ERR ; 陷阱 LJMP ERR ; 未使用T2中断, 设陷阱 NOP NOP MAIN: … ; 主程序 ; 冗余指令 ; 冗余指令
4. 程序区 程序区 程序区是由一系列的指令构成的, 不能在这些指令中间 任意安排陷阱, 否则会破坏正常的程序流程。但是, 在这些 指令中间常常有一些断点, 正常的程序执行到断点处就不再 往下执行了, 这类指令有LJMP、 SJMP、 AJMP、 RET、 RETI, 这时PC的值应发生正常跳变。 如果在这些地方设置 陷阱就有可能捕捉到“跑飞”的程序。
i =1
m
11
12 22 … m2
… …
1n 2n …
串并联系统的可靠度为
21 … m1
RPS = 1 − ∏ (1 − ∏ Rij )
j =1 i =1
m
n
…
mn
串并联系统
11 21 … m1
12 22 … m2
并串联系统
1n … 2n … mn
并串联系统的可靠度RSP为
RSP = ∏ [1 − ∏ (1 − Rij )]
（三）软件抗干扰技术
（软件死掉了，用看门狗恢复）
对“看门狗”的要求： (1) 本身能独立工作, 基本上不依赖于CPU。 CPU只在一个固定的 时间间隔内与之打一次交道, 表明整个系统“目前尚属正常”。 (2) 当CPU落入死循环后, 能及时发现并使整个系统复位（将程序 指针指向0000H，执行出错处理程序）。
第六章 智能仪器可靠性与抗干扰技术
第一节 可靠性概述 第二节 可靠性设计 第三节 智能仪器干扰源分析 第四节 抑制电磁干扰的主要技术及应用
第一节 可靠性概述
一、可靠性的基本概念
可靠性： 可靠性：在规定条件下和规定时间内仪器完成规定任务的成功率 可靠率是指在规定条件下和规定时间内智能仪器完成所规定任务的成 可靠率是指在规定条件下和规定时间内智能仪器完成所规定任务的成 功率。 功率。 R(t)= S(t)/N 失效率也称瞬时失效率或称故障率，是指智能仪器运行到t 失效率也称瞬时失效率或称故障率，是指智能仪器运行到t时刻后单 也称瞬时失效率或称故障率 位时间内发生故障的智能仪器台数与t时刻完好智能仪器台数之比。 位时间内发生故障的智能仪器台数与t时刻完好智能仪器台数之比。 λ(t)= N[R(t)-R(t+∆t)]/ NR(t)• ∆t R（t) = e-λt （ 或 λ=γ/T γ是仪器失效数量，T是批仪器运行台数与其运行时间的乘积 是仪器失效数量， 是批仪器运行台数与其运行时间的乘积 是仪器失效数量
ti是第i次维修所花的时间，N是维修次数。
可靠性与经济性
费用 总费用 使用费用 维修 费用
可靠率
可靠率与经济性的关系
二、可靠性的总体考虑
（一）设计过程 1．系统设计的进程中，同步考虑可靠性问题
分析设计任务 方案设想 方案比较、确定 分析提出可靠性 设想措施 可靠性分析
软件设计
硬件设计
硬件措施
软件措施
W
r
=
λ
r
∑
N
i =1
λi
④对每一个分系统分配失效率
λi = wr λ
一个系统由3个分系统组成。 一个系统由 个分系统组成。 个分系统组成 三个分系统的失效率分别是 λ1 ＝0.003， λ2＝0.001， λ3 ， ＝ ， ＝0.004。设该系统 。设该系统20h的可靠 的可靠 度规定为0.9。 度规定为 。利用航空无线 电公司分配法 进行可靠性分 配。
00FH 0010H 0013H 0016H 0017H 0018H 001BH 001EH 001FH 0020H
NOP ; LJMP ERR ; 陷阱 LJMP FUINT1 ; INT1中断服务程序入口 NOP ; 冗余指令 NOP LJMP ERR ; 陷阱 LJMP ERR ; 未使用T1中断, 设陷阱 NOP NOP LJMP ERR ; 陷阱 ; 冗余指令
MTBF = ∫ R (t )dt = ∫ e
0 0 ∞ ∞ − λT
=−
1
λ