软硬兼施提高单片机系统的可靠性

时间:2007-04-11
影响单片机可靠性因素除元器件失效外,就是干扰。提高系统的抗干扰能力,必须从以下三个方面采取措施。
一、单片机的抗干扰能力强
选择自身抗干扰能力强的单片机,对提高单片机系统的可靠性起到事半功倍的作用。
1.I/O口结构 单片机的I/O直接与外界相连,是引入干扰的重要途径。单片机I/O口的抗干扰措施是:输入口内带施密特触发器,中耐压输入缓冲,对大功率输出引脚采用小功率管并联技术等。2. 系统时钟 在指令执行速度不变的前提下,尽量降低单片机外时钟的速度,降低外时钟的干扰。3. 电源脚排列 将电源脚与地线脚排在相邻的位置上。4. 时钟监视,低电压复位 注意了以上几方面的问题,就使单片机具有较强的自身抗干扰能力。
二、软件系统的可靠性设计
软件抗干扰措施是:开机自检、软件陷阱、设置程序运行状态标记、输出端口刷新、输入多次采样、软件“看门狗”等。
1. 开机自检 开机自检程序通常包括对RAM、ROM、I/O口状态等的检测。2. 软件陷阱 软件陷阱就是在程序存储器的未使用区域中,加上若干条空操作和无条件跳转指令,无条件跳转指令指向程序“跑飞”处理子程序的入口地址。如果程序跳到这些未用区域,就会执行无条件跳转指令,转到相应的“跑飞”处理程序。3. 程序“跑飞”处理 在程序由软件陷阱检测到“跳飞”后,转入“跑飞”处理程序。“跑飞”处理程序判断“跑飞”处理影响的程度,根据影响程度的不同,决定是报警复位还是自动恢复现场。4. 输出端口刷新 单片机的I/O口很容易受到外部信号的干扰而改变状态,在程序中周期性地添加输出端刷新指令,降低干扰的影响。5. 输入多次采样 干扰对单片机的输入会造成输入信号瞬时采样的误差或误读。通常采取重复采样、加平均平均的方法排除干扰的影响。6. 软件“看门狗” “看门狗”是根据程序在运行指定时间间隔内未按时复位“看门狗”定时器,则判断程序运行出错。 
三、硬件措施
1. 接地的抗干扰处理 1)一点接地和多点接地:通常频率小于2MHz时,采用一点接地,频率高于10MHz时,采用多点接地;2)数字地和模拟地分开接;3)交流地与信号地不共用;4)采用系统浮地,机壳接地。系统浮地是将系统电路的各个部分地线浮置起来,不与大地相连,但系统与地的绝缘电阻不能小于50MΩ。传感器信号地采用浮空隔离,并可采用三线采样双层屏蔽浮地技术。2. 屏蔽 采用屏蔽技术能有效地抑制来自电场和磁场的干扰。3. 隔离 常用的隔离器件有光耦合器、继电器等。4. 滤波 一个集成电路的电源引脚接一只0.1μF的滤波电容,系统的供电接电源滤波器。

  
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