單片機系統(tǒng)可靠性設計解決方案（一）

單論單片機硬件系統(tǒng)設計解決方案，一般從三個方面分析：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)化這三個方面對單片硬件可靠性帶來的好處。

1、選優(yōu)設計

在系統(tǒng)硬件設計和加工時，應該選用質(zhì)量好的接插件，設計好工藝結(jié)構(gòu);選用合格的元器件，進行嚴格的測試、篩選和老化;設計時技術參數(shù)(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

來自供電系統(tǒng)以及通過導線傳輸、電磁耦合等產(chǎn)生的電磁干擾信號，是單片機系統(tǒng)工作不穩(wěn)定的重要因素，在系統(tǒng)硬件設計時必須采取有效的干擾抑制措施。單片機應用系統(tǒng)中還常使用系統(tǒng)監(jiān)視電路檢測系統(tǒng)發(fā)生的錯誤或故障，自動報警或使系統(tǒng)自動恢復正常工作狀態(tài)。如采用電源故障監(jiān)視、看門狗定時器等采用89C51單片機和X25045組成的看門狗電路，X25045硬件連接圖如圖所示。X25045芯片內(nèi)包含有一個看門狗定時器，可通過軟件預置系統(tǒng)的監(jiān)控時間。在看門狗定時器預置的時間內(nèi)若沒有總線活動，則X25045將從RESET輸出一個高電平信號，經(jīng)過微分電路C2、R3輸出一個正脈沖，使CPU復位。如圖1所示電路中，CPU的復位信號共有3個：上電復位(C1、R2)，人工復位(S、R1、R2)和Watchdog復位(C2、R3)，通過或門綜合后加到RESET端。C2、R3的時間常數(shù)不必太大，有數(shù)百微秒即可，因為這時CPU的振蕩器已經(jīng)在工作。

看門狗電路的定時時間長短可由具體應用程序的循環(huán)周期決定，通常比系統(tǒng)正常工作時最大循環(huán)周期的時間略長即可。編程時，可在軟件的合適地方加一條喂狗指令，使看門狗的定時時間永遠達不到預置時間，系統(tǒng)就不會復位而正常工作。當系統(tǒng)跑飛，用軟件陷阱等別的方法無法捕捉回程序時，則看門狗定時時間很快增長到預置時間，迫使系統(tǒng)復位。需要注意的是，在程序正常運行的時候，應該在適當?shù)牡胤郊右粭l喂狗指令，使系統(tǒng)正常運行時的定時時間達不到預置時間。系統(tǒng)就不會復位。

3、冗余與容錯設計

保證單片機應用系統(tǒng)100%無故障是不可能的。容錯是指當系統(tǒng)的某個部件發(fā)生故障時，系統(tǒng)仍能完全正常地工作，即給系統(tǒng)增加容忍故障的能力。為使系統(tǒng)具有 容錯能力，必須在系統(tǒng)中增加適當?shù)娜哂鄦卧?，以保證當某個部件發(fā)生故障時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(tǒng)或系統(tǒng)級上進行。