單片機應用系統的可靠性設計

單片機應用系統的設計包括功能性設計、可靠性設計和產品化設計。其中，功能性是基礎，可靠性是保障，產品化是前途。因此，從事單片機應用系統開發工作的設計人員必須掌握可靠性設計。

一、可靠性與可靠性設計

1．現代電子系統的可靠性

硬件系統的可靠性是系統本質可靠性和可靠性控制的基礎。

(1)采用硬件平臺的系統設計方法

單片機應用系統的硬件平臺都是由相近似的應用系統基本電路組成，只適用于某一領域中的硬件系統設計。基于硬件平臺設計的應用系統有基本的可靠性保證。一個良好的硬件平臺應具備：標準化、系列化、規范化設計的電路系統；柔性特性的基本應用系統體系結構；豐富的軟件支持；可靠性測試記錄。

(2)最大的系統集成

最大的系統集成可以最大限度簡化系統構成，有助于減少系統硬件失誤概率。最大的系統集成應具備：依靠器件解決的思想；單片機選擇實現系統的最大包容；0EM的支持。

2．器件選擇的可靠性設計

單片機芯片的選擇要滿足系統集成的最大化要求；優選CMOS器件：為簡化電路設計盡可能采用串行傳輸總線器件代替并行總線擴展的器件；選擇保證可靠性的專用器件，如采用電源監控類器件、信號線路故障保護器、ESD(靜電干擾)保護器、能實現電源短路保護的自聚合開關等。

三、軟件系統的可靠性設計

1．本質可靠性的軟件設計

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

單片機系統在CPU的控制下實現分時操作．程序完全依靠時序調度、切換控制。程序運行的可控不僅要求時序準確，而且要有足夠的時序余度。

第一，系統復位時序。多個器件復位的時序要求是主要問題。應保證MCU對外圍可編程器件的初始化在該器件復位后進行。軟件設計時，可以在系統上電復位后，MCU延遲片刻，確保外圍器件復位后，再對其初始化。

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

第三，應用系統的狀態轉換時序。應用系統中的狀態轉換有MCU運行狀態轉換、外圍器件運行狀態轉換和電源系統供電狀態轉換等。在程序設計中．必須考慮狀態轉換時過渡期對程序運行的影響，精心設計時序控制。通常。MCU本身的狀態轉換，都有自動監視、自動運行管理功能，程序設計只需按MCU數據手冊及指令系統的操作要求進行即可。對于有較長過渡期的外圍狀態轉換，可采取足夠的延時或設置提前轉換狀態的辦法。

第四，總線時序。單片機應用系統中有并行總線和串行總線，這些總線在規范化操作時，其時序數據通信協議保證。在虛擬總線方式時，虛擬總線運行的可靠性在于時序的準確模擬。并行總線要保證讀、寫操作指令運行下的讀寫時序：同步串行總線要保證時鐘線控制下的同步時序；串行異步時序則要考慮波特率對數據傳送的影響。

四、結束語

單片機應用系統的可靠性設計涉及硬件系統的抗干擾設計和軟件系統的抗干擾設計，采取的措施多而復雜。實際應用時，應根據設計條件與目標要求，制定應用系統的可靠性等級，合理采用硬性可靠性措施。充分利用軟件的可靠性設計，提高系統的抗干擾能力。