單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)

單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)包括功能性設(shè)計(jì)、可靠性設(shè)計(jì)和產(chǎn)品化設(shè)計(jì)。其中，功能性是基礎(chǔ)，可靠性是保障，產(chǎn)品化是前途。因此，從事單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)工作的設(shè)計(jì)人員必須掌握可靠性設(shè)計(jì)。

一、可靠性與可靠性設(shè)計(jì)

1．現(xiàn)代電子系統(tǒng)的可靠性

硬件系統(tǒng)的可靠性是系統(tǒng)本質(zhì)可靠性和可靠性控制的基礎(chǔ)。

(1)采用硬件平臺(tái)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法

單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的硬件平臺(tái)都是由相近似的應(yīng)用系統(tǒng)基本電路組成，只適用于某一領(lǐng)域中的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)?；谟布脚_(tái)設(shè)計(jì)的應(yīng)用系統(tǒng)有基本的可靠性保證。一個(gè)良好的硬件平臺(tái)應(yīng)具備：標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、規(guī)范化設(shè)計(jì)的電路系統(tǒng)；柔性特性的基本應(yīng)用系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)；豐富的軟件支持；可靠性測試記錄。

(2)最大的系統(tǒng)集成

最大的系統(tǒng)集成可以最大限度簡化系統(tǒng)構(gòu)成，有助于減少系統(tǒng)硬件失誤概率。最大的系統(tǒng)集成應(yīng)具備：依靠器件解決的思想；單片機(jī)選擇實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的最大包容；0EM的支持。

2．器件選擇的可靠性設(shè)計(jì)

單片機(jī)芯片的選擇要滿足系統(tǒng)集成的最大化要求；優(yōu)選CMOS器件：為簡化電路設(shè)計(jì)盡可能采用串行傳輸總線器件代替并行總線擴(kuò)展的器件；選擇保證可靠性的專用器件，如采用電源監(jiān)控類器件、信號線路故障保護(hù)器、ESD(靜電干擾)保護(hù)器、能實(shí)現(xiàn)電源短路保護(hù)的自聚合開關(guān)等。

三、軟件系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)

1．本質(zhì)可靠性的軟件設(shè)計(jì)

軟件的本質(zhì)可靠性是指不依靠軟件附加．最大限度減少自身錯(cuò)誤及缺陷，并且要有足夠的時(shí)序余度。

單片機(jī)系統(tǒng)在CPU的控制下實(shí)現(xiàn)分時(shí)操作．程序完全依靠時(shí)序調(diào)度、切換控制。程序運(yùn)行的可控不僅要求時(shí)序準(zhǔn)確，而且要有足夠的時(shí)序余度。

第一，系統(tǒng)復(fù)位時(shí)序。多個(gè)器件復(fù)位的時(shí)序要求是主要問題。應(yīng)保證MCU對外圍可編程器件的初始化在該器件復(fù)位后進(jìn)行。軟件設(shè)計(jì)時(shí)，可以在系統(tǒng)上電復(fù)位后，MCU延遲片刻，確保外圍器件復(fù)位后，再對其初始化。

第二，外圍器件工作時(shí)序。對外圍器件的工作時(shí)序必須分析清楚，MCU的操作必須保證時(shí)序信號的銜接控制和時(shí)序信號的時(shí)序余度。

第三，應(yīng)用系統(tǒng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)序。應(yīng)用系統(tǒng)中的狀態(tài)轉(zhuǎn)換有MCU運(yùn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)換、外圍器件運(yùn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)換和電源系統(tǒng)供電狀態(tài)轉(zhuǎn)換等。在程序設(shè)計(jì)中．必須考慮狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)過渡期對程序運(yùn)行的影響，精心設(shè)計(jì)時(shí)序控制。通常。MCU本身的狀態(tài)轉(zhuǎn)換，都有自動(dòng)監(jiān)視、自動(dòng)運(yùn)行管理功能，程序設(shè)計(jì)只需按MCU數(shù)據(jù)手冊及指令系統(tǒng)的操作要求進(jìn)行即可。對于有較長過渡期的外圍狀態(tài)轉(zhuǎn)換，可采取足夠的延時(shí)或設(shè)置提前轉(zhuǎn)換狀態(tài)的辦法。

第四，總線時(shí)序。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中有并行總線和串行總線，這些總線在規(guī)范化操作時(shí)，其時(shí)序數(shù)據(jù)通信協(xié)議保證。在虛擬總線方式時(shí)，虛擬總線運(yùn)行的可靠性在于時(shí)序的準(zhǔn)確模擬。并行總線要保證讀、寫操作指令運(yùn)行下的讀寫時(shí)序：同步串行總線要保證時(shí)鐘線控制下的同步時(shí)序；串行異步時(shí)序則要考慮波特率對數(shù)據(jù)傳送的影響。

四、結(jié)束語

單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)涉及硬件系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計(jì)和軟件系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計(jì)，采取的措施多而復(fù)雜。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)條件與目標(biāo)要求，制定應(yīng)用系統(tǒng)的可靠性等級，合理采用硬性可靠性措施。充分利用軟件的可靠性設(shè)計(jì)，提高系統(tǒng)的抗干擾能力。