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1引言 由于单片机灵活小巧、智能方便等特点，其在多个领域受到科技工作者的欢迎，如在工业控制、仪器仪表、测控等方面应用非常普遍。统计显示，以单片机作为核心的自动控制系在我国已占到所有微机测控系统的90%。 单片机系统运用如此之广，但其工作环境却相当恶劣，实时控制的现场工作环境相当复杂，自动控制系统需要全天满负荷地运行。这样的环境与需求对单片机控制系统的稳定性和可靠性提出了较高的要求，因此可靠性的设计是对单片机控制系统最基本、最重要的设计，也是现今单片机研究非常重要的一个方面。 2单片机系统可靠性 可靠性的定义是产品在规定的条件下和时间内能够完成规定功能的能力。硬件的可靠性显示了设计者按照用户的要求来确定硬件系统的设计目标，从而体现其执行功能的正确程度；软件的可靠性则显示了设计者按照用户的要求来确定软件系统的设计目标，从而体现其执行功能的正确程度；硬件与软件综合起来的可靠性体现的就是系统的可靠性。 3提高硬件可靠性 在单片机系统的硬件设计与制造过程中，设计者可采用如下的一些方法与措施来提高硬件系统可靠性，从而来增强整个系统抗干扰的能力。 （1）干扰源抑制。对于不同的干扰源，应采取不同的措施来起到抑制干扰的作用。如可以给电机加上滤波电路，给继电器接点两端并接火花抑制电路；如可以在控硅两端并接RC抑制电路，以减小可控硅所产生的噪声；如可以在继电器线圈增加续流二极管，以消除断开线圈时所产生的反电动势干扰；还可以在系统中加入气体放电管等元件，从而防止雷击干扰。（2）元器件选用。元器件的质量、性能与可靠性是提高硬件系统可靠性的基本保证，重点选择集成度高、可编程的逻辑器件，这样可以使得在保证元器件质量的同时尽量减少数量。另外在选择元器件的时候，在满足系统性能的情况下尽量选择外时钟频率低的芯片；并且所有的元器件应经过老化与高低温的测试，必须测试合格后再使用。（3）控制系统结构设计。控制系统结构的设计是影响系统可靠性非常重要的方面。在设计系统硬件的机构时，不仅要考虑各类的元器件工作速度是否匹配，高速与低速器件不应混用；还要考虑各类的器件工作温度特性是否匹配，若工作温度相差大，两者要分开使用；另外还要考虑在模拟输出的通道上加装调零电路，来提高测控的精度；以及数字I/O通道的加光电耦合器，要切断主机和前后通道的联系，将噪声排除在主机系统外。（4）接地设计。不同的电路接地方式不同。高频电路（高于10MHz）应采用就近多点接地的方式，避免各地线之间的耦合；低频电路（少于1MHz）应采用一点接地的方式，减少地环路的出现；频率在1MHz至10MHz之间时，以上两种接地方式均可采用。但若采用一点接地的方式，其地线的长度不应超过波长的1/20。另外，注意交流地与信号地不能共用；小信号前置放大电路本身应采用一点接地的方式；A/D前置放大电路则一般浮空；单片机与大功率器件之间的地线应单独接地。（5）屏蔽和去耦设计。屏蔽方面，应使用金属盒，对容易干扰与被干扰的部件、电路进行屏蔽，使干扰的电磁波短路接地。去耦方面，由于数字电路信号在电平转换的过程中会产生强大的冲击电流，同时在传输线与电源内阻上产生压降，从而对电路形成严重的干扰。设计者应在电路中配置去耦电容，一方面提供与吸收集成电路在开门瞬间所充放的电能量，另一方面则是滤掉集成电路中的高频噪声。 4提高软件可靠性 |
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