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單片機(jī)系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)

時(shí)間:2022-06-28 07:13:02 數(shù)據(jù)庫操作系統(tǒng) 我要投稿
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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,但是寫入指令時(shí)卻無法運(yùn)行,這是就可以將發(fā)生問題的字節(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,可以通過數(shù)字濾波技術(shù)來消除隨機(jī)干擾。例如,針對(duì)核測(cè)井信號(hào),通過加權(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

 �。ㄒ唬┫到y(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。

 �。ㄈ┤�-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�,F(xiàn)階段,在石油測(cè)井行業(yè),還沒有出現(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:

  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。

  參考文獻(xiàn)

  [1] 孟相武,程勁,羅克露,韓淙.基于Linux的高可用集群系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)[J].電子科技大學(xué)學(xué)報(bào),2005(04).

  [2] 龔征華,施丹,沈國海,王志南.基于嵌入式單片機(jī)的角度自動(dòng)控制系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)[J].船舶,2007(05).

  [3] 唐緯,吳耀庭,葛善鋒,宋明,彭樂龍,徐殿平,張圣,劉洋.終端產(chǎn)品常用通訊接口的可靠性設(shè)計(jì)(續(xù))[J].質(zhì)量與可靠性,2006(06).

  [4] 潘永雄.用LPC900/LPC76X系列芯片作8XC5X CPU硬件監(jiān)視器[J].廣東工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2005(02).

  [5] 單金玲,張伯珩,邊川平,李文剛.相機(jī)系統(tǒng)中單片機(jī)電路的可靠性設(shè)計(jì)[J].科學(xué)技術(shù)與工程,2007(01).

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  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,但是寫入指令時(shí)卻無法運(yùn)行,這是就可以將發(fā)生問題的字節(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,可以通過數(shù)字濾波技術(shù)來消除隨機(jī)干擾。例如,針對(duì)核測(cè)井信號(hào),通過加權(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

 �。ㄒ唬┫到y(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。

 �。ㄈ┤�-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�,F(xiàn)階段,在石油測(cè)井行業(yè),還沒有出現(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:

  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。

  參考文獻(xiàn)

  [1] 孟相武,程勁,羅克露,韓淙.基于Linux的高可用集群系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)[J].電子科技大學(xué)學(xué)報(bào),2005(04).

  [2] 龔征華,施丹,沈國海,王志南.基于嵌入式單片機(jī)的角度自動(dòng)控制系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)[J].船舶,2007(05).

  [3] 唐緯,吳耀庭,葛善鋒,宋明,彭樂龍,徐殿平,張圣,劉洋.終端產(chǎn)品常用通訊接口的可靠性設(shè)計(jì)(續(xù))[J].質(zhì)量與可靠性,2006(06).

  [4] 潘永雄.用LPC900/LPC76X系列芯片作8XC5X CPU硬件監(jiān)視器[J].廣東工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2005(02).

  [5] 單金玲,張伯珩,邊川平,李文剛.相機(jī)系統(tǒng)中單片機(jī)電路的可靠性設(shè)計(jì)[J].科學(xué)技術(shù)與工程,2007(01).