單片機可靠性設計的解決方案-硬件篇

單論單片機硬件系統設計解決方案，一般從三個(gè)方面分析：優(yōu)選設計方案、增加冗余和容錯率、采用硬件抗干擾。本文詳細的介紹了優(yōu)化這三個(gè)方面對單片硬件可靠性帶來(lái)的好處。

1、選優(yōu)設計

在系統硬件設計和加工時(shí)，應該選用質(zhì)量好的接插件，設計好工藝結構;選用合格的元器件，進(jìn)行嚴格的測試、篩選和老化;設計時(shí)技術(shù)參數(如負載)要留有一定的余量或降額使用元器件;提高印制板和組裝的質(zhì)量。

2、采用硬件抗干擾措施

來(lái)自供電系統以及通過(guò)導線(xiàn)傳輸、電磁耦合等產(chǎn)生的電磁干擾信號，是單片機系統工作不穩定的重要因素，在系統硬件設計時(shí)必須采取有效的干擾抑制措施。單片機應用系統中還常使用系統監視電路檢測系統發(fā)生的錯誤或故障，自動(dòng)報警或使系統自動(dòng)恢復正常工作狀態(tài)。如采用電源故障監視、看門(mén)狗定時(shí)器等采用89C51單片機和X25045組成的看門(mén)狗電路，X25045硬件連接圖如圖所示。X25045芯片內包含有一個(gè)看門(mén)狗定時(shí)器，可通過(guò)軟件預置系統的監控時(shí)間。在看門(mén)狗定時(shí)器預置的時(shí)間內若沒(méi)有總線(xiàn)活動(dòng)，則X25045將從RESET輸出一個(gè)高電平信號，經(jīng)過(guò)微分電路C2、R3輸出一個(gè)正脈沖，使CPU復位。如圖1所示電路中，CPU的復位信號共有3個(gè)：上電復位(C1、R2)，人工復位(S、R1、R2)和Watchdog復位(C2、R3)，通過(guò)或門(mén)綜合后加到RESET端。C2、R3的時(shí)間常數不必太大，有數百微秒即可，因為這時(shí)CPU的振蕩器已經(jīng)在工作。

看門(mén)狗電路的定時(shí)時(shí)間長(cháng)短可由具體應用程序的循環(huán)周期決定，通常比系統正常工作時(shí)最大循環(huán)周期的時(shí)間略長(cháng)即可。編程時(shí)，可在軟件的合適地方加一條喂狗指令，使看門(mén)狗的定時(shí)時(shí)間永遠達不到預置時(shí)間，系統就不會(huì )復位而正常工作。當系統跑飛，用軟件陷阱等別的方法無(wú)法捕捉回程序時(shí)，則看門(mén)狗定時(shí)時(shí)間很快增長(cháng)到預置時(shí)間，迫使系統復位。需要注意的是，在程序正常運行的時(shí)候，應該在適當的地方加一條喂狗指令，使系統正常運行時(shí)的定時(shí)時(shí)間達不到預置時(shí)間。系統就不會(huì )復位。

3、冗余與容錯設計

保證單片機應用系統100%無(wú)故障是不可能的。容錯是指當系統的某個(gè)部件發(fā)生故障時(shí)，系統仍能完全正常地工作，即給系統增加容忍故障的能力。為使系統具有 容錯能力，必須在系統中增加適當的冗余單元，以保證當某個(gè)部件發(fā)生故障時(shí)能由冗余部件接替其工作，原部件修復后再恢復出錯前的狀態(tài)。硬件冗余設計可以在元 件級、子系統或系統級上進(jìn)行。