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软硬兼施提高单片机系统的可靠性

发布时间:2007/4/23 0:00:00 访问次数:633

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最好接一只0.1μF的滤波电容,系统的供电最好接电源滤波器。
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最好接一只0.1μF的滤波电容,系统的供电最好接电源滤波器。
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