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單片機(jī)系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)
單片機(jī)是典型的嵌入式微控制器，由運(yùn)算器，控制器，存儲(chǔ)器，輸入輸出設(shè)備等構(gòu)成，相當(dāng)于一個(gè)微型的計(jì)算機(jī)。下面是小編為你帶來(lái)的單片機(jī)系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì) ，歡迎閱讀。
[摘 要]在單片機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，為了提升系通過(guò)運(yùn)行的安全性與可靠性，需要針對(duì)其硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)實(shí)施可靠性設(shè)計(jì)，這樣才能滿足使用需求。本文將針對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)，分別從軟件和硬件兩個(gè)方面來(lái)闡述可靠性設(shè)計(jì)，具有一定的借鑒意義。
[關(guān)鍵詞]單片機(jī)系統(tǒng) 可靠性 設(shè)計(jì)
隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，人們對(duì)于單片機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也更加關(guān)注，不斷研究出新的技術(shù)，來(lái)提升單片機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。但是其可靠性與用戶需求依然存在著一定的差距，亟需對(duì)其進(jìn)行完善，提升可靠性。
一、軟件方面可靠性設(shè)計(jì)措施
（一）正確設(shè)計(jì)軟件
1.認(rèn)真設(shè)計(jì)
對(duì)于單片機(jī)系統(tǒng)每部分的硬件地址，要清楚明確，對(duì)于匯編語(yǔ)言指令以及機(jī)器狀態(tài)影響要了解和掌握，對(duì)于CPU內(nèi)部的RAM功能要?jiǎng)澐终_，仔細(xì)認(rèn)真編寫單片機(jī)系統(tǒng)軟件。同時(shí)，在編寫中，應(yīng)用軟件工程做法，保證程序的透明易懂，提升可維護(hù)性和可讀性。
2.合理安排中斷
按照系統(tǒng)的具體特點(diǎn)，對(duì)于工段優(yōu)先級(jí)和中斷功能進(jìn)行合理的安排，保護(hù)和恢復(fù)中斷現(xiàn)場(chǎng)，防止發(fā)生中斷沖突。
3.模塊化結(jié)構(gòu)
按照系統(tǒng)功能，可以將軟件劃分為多個(gè)模塊，保證變成具有清楚的思路，便于調(diào)試和閱讀，不易出錯(cuò)。
（二）提升可靠性具體措施
1.設(shè)計(jì)合理的軟件陷阱
在運(yùn)行軟件的過(guò)程中，有可能會(huì)出現(xiàn)失控的情況，例如，受到干擾，或者程序飛逸到非程序區(qū)。所以，在重要程序段、程序斷裂點(diǎn)、非程序區(qū)以及向量區(qū)，可以埋設(shè)陷阱，從而及時(shí)捕捉飛逸程序。
2.指令冗余技術(shù)的應(yīng)用
在不對(duì)實(shí)時(shí)性造成影響的情況下，反復(fù)執(zhí)行同一指令，應(yīng)用三選二方式實(shí)施判定，可以消除一些偶然的干擾，從而提升可靠性。
3.NOP指令的應(yīng)用
在進(jìn)行單片機(jī)的地面測(cè)井儀的研制時(shí)，在對(duì)編好程序進(jìn)行仿真運(yùn)行時(shí)能夠通過(guò)，但是寫入指令時(shí)卻無(wú)法運(yùn)行，這是就可以將發(fā)生問(wèn)題的字節(jié)用NOP代替，從而正常運(yùn)行。
4.軟件消抖方式
在按鍵操作中經(jīng)常會(huì)發(fā)生意外的抖動(dòng)，為了有效消抖，在處理程序內(nèi)，可以通過(guò)延時(shí)再判，保證人機(jī)對(duì)話運(yùn)行的可靠性。
5.直接地址的應(yīng)用
固定寄存器內(nèi)的Ri寄存器，可以應(yīng)用直接地址來(lái)提升可靠性，所以在設(shè)計(jì)軟件時(shí)，應(yīng)用直接地址，防止出現(xiàn)誤傳遞。
6.數(shù)字濾波技術(shù)
在測(cè)量參數(shù)的時(shí)候，可以通過(guò)數(shù)字濾波技術(shù)來(lái)消除隨機(jī)干擾。例如，針對(duì)核測(cè)井信號(hào)，通過(guò)加權(quán)平滑，可以消除高斯噪聲。針對(duì)井溫信號(hào)，可以采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(shè)計(jì)措施
（一）系統(tǒng)合理設(shè)計(jì)
各種器件應(yīng)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(yīng)該匹配。匹配溫度性能，不能混用高、低溫器件。匹配可靠性等級(jí)，不能混用可靠性不同的器件。對(duì)于系統(tǒng)時(shí)鐘要合理的選擇。在保證實(shí)時(shí)性的情況下，系統(tǒng)時(shí)鐘較低，能夠降低速度要求，可以提高可靠性。對(duì)于連接件的布局和選型、器件安裝結(jié)構(gòu)等要合理設(shè)計(jì)。單機(jī)片系統(tǒng)的鍵盤板、接口板和主機(jī)板需要應(yīng)用總線板插槽進(jìn)行相互連接，插槽的工藝會(huì)影響系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。因此，可以減少中間環(huán)節(jié)，用插座和插頭來(lái)代替插槽。
（二）保證元器件的可靠
盡量保證元器件的可靠性等級(jí)高。篩選元器件，對(duì)于元器件要進(jìn)行分級(jí)分類的使用。
（三）人-環(huán)境特性的可靠性策略
第一，按照硬件的功能，采用模塊化布局，主要包括兩個(gè)層次，分別是板級(jí)，以及印制板內(nèi)部的單元電路。例如，將不同參數(shù)的測(cè)量電路進(jìn)行劃分，形成不同接口板，然后在板內(nèi)將數(shù)字電路和模擬電路進(jìn)行集中布局。第二，保證元器件的引線走向和布局滿足信號(hào)傳輸特性要求。第三，在印制板的電源入口部分，增加電容，從而濾除電源干擾。第四，對(duì)于同一印制板內(nèi)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(yùn)行可靠性。第六，將調(diào)零電路安裝到模擬輸出通道，抑制輸出零漂。第七，抗振設(shè)計(jì)。單機(jī)片系統(tǒng)中存在著較多的插拔器件，不僅要選擇較好性能的插座，還應(yīng)該將插座和器件固定在一起，例如涂敷高溫硅膠和應(yīng)用金屬卡等。還可以應(yīng)用晶振，提高可靠性。第八，設(shè)計(jì)低功耗系統(tǒng)。通過(guò)低功耗設(shè)計(jì)和加裝保溫瓶，可以適應(yīng)高溫環(huán)境。將單機(jī)片系統(tǒng)應(yīng)用于下井儀中，因?yàn)閻毫拥纳釛l件和有限的安裝空間，可以簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，運(yùn)用高集成低功耗的元器件。CPU和其他期間應(yīng)該保證是軍品級(jí)別，保證正常工作。
第九，當(dāng)輻射對(duì)微電子器件產(chǎn)生影響后，會(huì)造成漏電流和表面翻轉(zhuǎn)，為了改善這種情況，可以應(yīng)用在通訊和航天領(lǐng)域應(yīng)用比較廣泛的GaAs的單片微波集成電路。現(xiàn)階段，在石油測(cè)井行業(yè)，還沒(méi)有出現(xiàn)輻射影響單片機(jī)系統(tǒng)運(yùn)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(jié)語(yǔ)：
綜上所述，針對(duì)于單片機(jī)系統(tǒng)，為了保證其運(yùn)行的安全性和可靠性，需要從軟件和硬件兩個(gè)方面入手，進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，提升其運(yùn)行的可靠性。在軟件系統(tǒng)中，需要認(rèn)真的設(shè)計(jì)軟件，通過(guò)一些高新技術(shù)的應(yīng)用，提升軟件設(shè)計(jì)質(zhì)量，進(jìn)而提高可靠性。對(duì)于硬件，應(yīng)該選擇一些性能優(yōu)良的硬件設(shè)備，降低各種因素的影響，從而提升運(yùn)行安全性。結(jié)合軟件和硬件兩個(gè)方面，綜合設(shè)計(jì)單機(jī)片系統(tǒng)，全面提高其運(yùn)行的可靠性。
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