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提高单片机应用系统的可靠性的实践研究

作者:2016-12-27 15:58阅读:文章来源:未知
  在展开单机片应用程序开发时,相关技术人员会遇到一个很棘手的问题,就是在环境良好的情况下系统运行情况良好,而安装在工作现场后却会出现一些问题。究其原因主要是系统的抗干扰设计不合理。硬件抗干扰是主动的,而软件抗干扰只是一个补充的作用。通过软硬件可靠性的设计能够充分的降低各种干扰对系统的影响。在单片机应用系统中,应当仔细分析系统所处的环境等因素,运用软硬件相结合的抗干扰技术,就可以确保系统的稳定。
  1 导致单片机可靠性低的因素
  1.1 单片机应用系统出错
  系统出错的现象包括死机、状态不稳定、数据显示混乱等等。主要是由于以下几个因素导致的: (1) RAM 中相关数据出现紊乱的现象,使得程序出现错误,从而导致死机的现象。(2)单片机内部指针出现问题,出现指向错误的现象,从而运行着错误的程序,使得RAM 中相关数据出现错误,使得程序所计算的数据是不正确的,导致被控制对象的错误运行。(3)相关线路受到干扰,从而导致被控制对象的情况不稳定。(4)单片机内部指针出现问题,使得相关程序的运行时间不符合要求。(5) RAM 中相关数据出现错误,使得程序计算结果不准确。
  1.2 导致单片机应用系统不稳定的外在因素
  从制造单片机应用系统的方面来看,影响其稳定性的因素有: (1)单片机本身的不具有良好的抗干扰能力。(2)受到附近的电磁影响。(3)系统本身的抗干扰能力不充分。(4)在程序中没有采取抗干扰方式。(5)相关的电流、电压较低,没有采取有效的保护措施。
  2 提高硬件可靠性
  2.1 元器件
  元器件的性能直接对单片机系统的工作效率产生影响。随着相关技术的不断进步,单片机本身的抗干扰能进也在不断提高。除了应当选择性能好的单片机外,并且使用性能优越的辅助元器件也能促进系统稳定性的提高。选择元器件时应当遵循以下原则:(1)应当选择经过有关部门质量检测的,已被证明性能良好的通用元器件。(2)依据整机的实际情况以及在实际温度的条件下来选择适当的元器件。(3)对于功耗比较大的元器件应当配备散热措施,并保证其正常运行。(4)依据整机的实际情况选择可靠性高的元器件。(5)在选择CPU 特别是运行速度比较慢的芯片过程中应当充分考虑其速度匹配等问题。
  2.2 电源滤波
  集成电路的电源有着通路的作用,然而电源的电阻不可能为零。因此,输出电路的信号就会通过电源的电阻形成电压分散到输入电路中。倘若电路中有其他电路,那么就会形成自激的现象。为了防止这一现象的发生可以在集成电路的电源处增加适当的滤波电容。
  2.3 系统合理接地
  在设计系统电路过程中应当注意接地是否合理,这是十分关键的。单片机系统中的地线通常有三种,分别为机壳地、线路地以及光隔外部地。这三种地线有着不同的作用。没有着地的机壳容易形成静电高压,对电路的正常工作带来不利影响,引导应当把机壳地与大地的地线有效连接。在设计系统过程中把线路地与机壳地连通,光隔外部地通常为独立地,不与机壳地、线路地相连,从而实现完全隔离的目的。
  3 提高软件可靠性
  软件可靠性比硬件可靠性更加难以保障。影响软件可靠性的因素包括:需求分析错误、计算错误、相关数据初始化错误以及通讯错误等等。提高软件可靠性的策略如下:
  3.1 系统自检
  单片机系统开机后第一步就是对硬件以及软件状态展开检测,发现异常现象后应当立即展开有关处理。具体包括以下几点: (1)检测RAM。检测RAM 是否运行正常是十分重要的,倘若出现有关错误应当给出有关错误提示,等待处理。(2)检查ROM 内容。对ROM 展开检测主要是检测其单元内容。ROM中的程序内容是确定的,校验和是唯一的检验标准。如果ROM 校验和出现问题,应当给出错误提示。(3)检查I/O 口情况。首先应当确定I/O 口在待机过程中的情况,然后检测单机片的I/O 口在待机情况下的状态是否稳定。如果不稳定应当给予错误提示。(4)其他接口电路的检测。应当对系统的其他接口展开充分的检测,比如扩展的A/D 转换电路等。
  3.2 数据冗余
  在噪音污染比较严重的环境中,运用数据冗余法能够有效提高系统的可靠性。这种方法对于解决传输系统的故障以及纠正错误都有显著的效果。运用的主要措施是给重要的数据添加有关的冗余位,从而提高其纠错能力。
  3.3 看门狗技术
  看门狗技术的作用是监测相关程序中服务程序的运行情况,当此程序停止工作时认为是系统出现问题,从而展开系统恢复。此外,如今许多单片几片中都设置了监视跟踪器。它主要是用来跟踪程序的运行情况。当程序出现问题时,计数器溢出,系统自动恢复,重新启动相关程序。利用它能够有效地防止程序故障。
  3.4 设置程序指针陷阱
  在每个程序之后插入NOP、LJMP、MAIN 等指令。对于不用的ROM 应当展开处理,以程序能够自动恢复为原则。程序存储器的空白地方,尤其是后半部分的空白地方,每三十二个字节设置一条LJMP MAIN 指令。设置指针陷阱后,倘若单片机受到影响,指针程序就会出现混乱的现象,执行了一段程序后,就会运行至陷阱中,执行LJMP MAIN 指令,回复到初始化程序,从而避免死机的情况发生。
  4 结束语
  在实际工作中往往都是同时运用多种抗干扰方法,从而实现相互补充与完善,才能够取得良好的抗干扰效果。为了提高系统的稳定性,获得高性能的单片机应用系统,应当对系统展开必要的分析,增加有关的软硬件资源,从可以取得良好的效果。
 

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