单片机应用系统的可靠性设计

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｍｉｃｒｏｃｏｎｔｍｌｔｅｒ；ｈ矗ｘｄｗａｌ＇ｅ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ；ｓｏｆｔｗａｒｅ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ；ｓｙｓｔｅｍ’ｓ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ；ｓｏｆｔｗａｒｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｔｏｏｌ
对于一个成功的单片机应用系统米说，其结果的正确性、功 麓瓣完善性麟然重要，僵系统本身酶稳定性、可靠蛙更为重娶。 狂许多项目并发过程中，濑予开发前期没有对可靠性提出鞠确 的要求，开发人员也没有襁可靠性方断花更多的精力，只注重功 能的实现、完成项目的速发和用户界鼷的友好性，瓤忽视了系统 的霹靠缝。在投入使罪麓才发瑾大繁熬虿靠经隧题，这样就增 加了项目维护的难度、工作量和成本。由于系统开发从上游刻 下游，错误的影响是发散的，所以要尽量把错误消除在开发前期 除段。
④其他援ＬＪ电路检测：对系统的其他接口电路，如扩展的 Ａ／Ｄ转换电路均应进行检测。
只有各矮稔查均正常，程序方能继续执行，秀鬟｜ｌ痉提示溅 错。
（２）设置软件陷阱。 如果因卡扰导致单片“执豹指令计数器ＰＣ值出现异常，程 序魏到一謦来糟的存储空阍，系统就会出错。为院ｌ￡出现魏类 锚误，可使用软件陷阱技术。软件陷阱是指在存储器未使用的 送域加上若干空操作和戈条件跳转指令，使其指向”跑飞”处理 予磋＿亭酶入疆缝薤，除程廖采雳区域终，还霹泼在程序段之蕊及 一页的末尾处插入软件陷阱，效果会更好。 下面是一段带软件陷阱的程序： ｍａｉｎ．１－…ｔ；主程序
２影响硬件可靠性的因素及提高硬件可靠性 的方法和技术
２．１ 影晌硬律胃纛性的因素 ①硬件方案设计性缺陷或考虑不周（如接地、共地不当；长
线传输引发通信错误）。 ②ｐｃＢ设静、生产、安装错误（鲡毒线不舍瑾、搏赢瘦焊）。
·约·
《藏控技拳｝２００８年第２７卷第ｌｅ裳
③系统使用环境恶劣导致系统工作不正常或器件氧化、过 早老化、瘸蚀（如温度过高或过低、湿度过毫、海边空气巾盐度 过高）。
３影响软件可靠性的因素及提高软件可靠性 的方法和技术
３。ｌ影响较谗胃鑫悛约霾素 软件Ｗ靠性比硬件可靠性更难保证，其可靠性比硬件可靠
性低一个数量级。影响软件可靠性的因素有：需求分析定义错 误（如开发者和用户对嚣求理解不同）；设计错误（如算法错 误）；编码错误（如变豢襁始纯错误等）；受予扰弓ｌ发的错谈（如 通信失误，程序飞掉）。 ３．２提离软件可靠性的方法和技术
④ＣＰＵ与外设器件的速度聪配存在问题（如８０３１ＣＰＵ与 ８２５５）。
⑤器件瑟缀选撵翔题（热是否选择本身爨骞抗予挽懿器 件，器件的等级是民用级、工业级还魁％ＩＩＩｌ级）。
⑥没有给系统增加抗干扰措施或使用措施不当（如受环境 于挽弓ｌ发错误。）。 ２．２提高硬件可靠憔的方法和技术
随着半导体技术的发展，单片机本身的抗千扰能力及可靠 性也在不断提毫。除选撵抗于抗熊力强的攀盼枧於，使用能抑 制干扰筹魅可靠往赢盼辅助元器ｌ譬右韵予提离系统酶《箨健。 此外，系统在电路设计、印制电路板的设计、布线与制造丁二艺、系 统安装时肖无良好的接地等都点接影响虚用系统的町靠性。这 些技术主癸俸瑰在泼下趸方垂。
ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．ｔｈｅｎ ｔｈｅ ｆａｃｔｏｒｓ ａｎｄ ｃｏｕｎｔｅｒｍｅａｓｕｒｅｓ ｗｈｉｃｈ ｈａｖｅ
ｂａ昏ｄ啪．ａｎｄ ｅｆｆｅｃｔｅｄ ｔｈｅ
ｔｈｅ ｃｏｕｎｔｅｒｍｅａｓｕｒｅ ｆｏｒ ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ’ｓ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ Ｏｎ ｔｈｅ ｆｏｕｒ ｒｅｓｐｅｃｔｓ ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｔｈｅ ｆａｃｔｏｒ ａｎｄ ８０，－
（节籍第鲻茭）
脑电遥测监护系统的设计
·９５·
厂…ｉ三赢｝一：一： 厂…一≮孬石…～
图６脑电接收器与计算机的ＵＳＢ通信
图７脑电软件显示的ＥＥＧ波形
６ 系统性能指标测试结果与分析
性能指标是衡量脑电系统的重要指标。经测试该脑电遥测 监护系统的性能指标如Ｆ：共模抑制比（ＣＭＲＲ）不小于１１５ ｄＢ； 频率范围０．２—４０ Ｈｚ；输入阻抗大于１００ ＭＱ；时间常数大于１ ｓ；输入噪声电平小于１．８斗Ｖ。一。；工频滤波效率衰减不低于３０
Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅ￥Ｉｎｃ．，２００３．
［２］ 潘琢金，施国君．ｃ８０５１Ｆｘｘｘ高速ＳＯＣ单片机原理及应用［Ｍ］．北 京：北京航雀航天大学出版社．２００２．
Ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｍｉｃｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ
ＺＨＵ Ｍｉｎ，ＲＥＮ Ｊｕｎ－ｘｉｎ （Ｓｃｈｏｄ ｏｆ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｅｒｖｉｃｅｓ，舞秘ｊ魄Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，嚣髓ｊｉｎｇ ２１００４６，Ｃｈｉｎａ）
②影响硬件可靠性的决定因素是设计、生产、运行的所有 过程及系统运行时间，软件可纛性的决定因素更多的是与系统 设谤、程序设计、数据输入等入为的鑫素餐关。
③硬件的纠错维护可通过修复或更换失效的系统重新恢 复功能．软件只有通过重设计。
④对硬俘霹聚臻覆防缝维护技本羧防菝障，采耀叛舞失效 部件的办法诊断故障，雨软件则不能采用这些技术。
②稔查ＲＯＭ革嚣懿蠢容：辩ＲＯＭ单元梭溅主要燕梭查
ＲＯＭ单元内襻的校验和。程序固化到ＲＯＭ后内容是确定的。 梭验耨是唯一的。著ＲＯＭ校验和出镂，应绘出出镪提示，等待 处理。
③检杳Ｉ／Ｏ口状态：酋先确定系统的Ｉ／Ｏ口谯待机状态时 的状态，然后检测单片机的Ｉ／Ｏ口在待机状态下的状态是否正 鬻。若不正霉，癯给毒窭镶提示，等待憝瑾。
⑤为提高硬件可靠性可采用冗余技术，而同一软件的冗余 不能撼褰可靠性。
⑥被误认为遐软件错误。
瓣开发好一个单片机应用系统并确保系统的可靠性，在系 统鬣麓帮篱求分拆除段就必缀建立浚可靠性为棱。玉豹，包摇舞 发采用的技术、实现的功能、备类文档、可靠性、可维护性、可扩 展性、用户需求满足度的质量标准。质量标准建立后，在整个开 发过程孛就要严辏实藏。
ｄＢ。 实际测得的ＣＭＲＲ和工频抑制干扰能力远大于行业标准
中所规定的件能指标（ＣＭＲＲ为８０ ｄＢ；工频抑制干扰能力为２０ ｄＢ），达到＿广脑电遥测监护系统要具备高输入阻抗、高共模抑制 比、低噪声、非线性度小、抗干扰能力强的设计要求。
７结束语
本课题通过对电路结构的精心设计和选用新器件，完成了 便携式脑电遥测Ｉ监护系统的设计。该设备可以进行１６位精度 的１６通道脑电信号的放大、采集和无线传输，并通过ＵＳＢ接口 传输给计算机，由计算机对脑电信号进行显示、分析和储存处 理。系统克服了脑电信号提取中存在的５０ Ｈｚ和极化电压的干 扰，并且使患者与网电源完全隔离，达到了医疗器械安全级别的 要求。 参考文献： ［１］Ｆｕｌｌ ｓｐｅｅｄ ＵＳＢ，１６ｋ ＩＳＰ Ｆｌａｓｈ ＭＣＵ ｆａｍｉｌｙ Ｃ８０５１Ｆ３２０［ｚ］．Ｓｉｌｉｃｏｎ
艘藕日期：２００８一０４—３０ 作者简介：朱教（１９∞一）。女，江苏人，在读硕士研究生，助教。主要研究 方向为计算机披制技术；任饿断（１卯９一），舅．系统分析师，讲雌，主安研 宪穷鸯为搐恚系辘、嵌入式系统。
①硬件有老化现象。硬件老化是物理故障，是器件物理变 亿的结果，它有浴盆燕线现象；软饽不发生变纯，没有縻损现象， 没有浴盆馥线现象。
ＲＥＴ
ＮＯＰ；软件陷阱
ＮＯＰ
秘麓Ｐ Ｆ￡Ｙ
ｆｌｙ：……；“跑飞”处理子程序 翼ｌ登
（３）输出端口刷新。 由于单片机的Ｉ／Ｏ口很容易受外部信号的干扰，输出口的 状态也可能因此嚣改变。谯程痔中瘸期性地添船输出端剃薪搀 令，可以降低于撬对输出瞄状态的影响。 （４）输人多次采样。 干扰对单片枧的输入会造成采样信号瞬间的误差或误读。 瑟雄除于撬的影镌，逶章采取重复采样、攘较平趣鹣方法。毙翔 对于外部电平采样，采取软件每隔１０ ｍｓ采样一次或连续读采 样若干次，可以采取表决的方法确认采样的值。为排除干扰的 影璃，可采榉３次求乎麓德，遣霹叛采取嚣次采榉、差值枣于设 定值为有效，然后求平均僚的方法。输入采样后如何进行处理 要根据具体情况和调试实际处理的结果时来确定。 （５）使用软件“看ｆ＿】狗”。 软件陷醇楚在程序运箭舞ＲＯＭ斡菲法区域瞬检测程序潦 锩的方法。而“看门狗”是根据程序在运行指定时间间隔内来 进行相应的操作，即未按时复位看门狗定时器来判断程序运行 怒餐出错。在系统戎本允许粒携嚣下，疲选择专瓣豹看霜猗毫 路芯片或片内带看门狗定时器的单片机。如果条件不允许，应 设计软件“看门狗”。 （６）容锗设诗。 提高可靠馁有两种方法：一是避免敬障，另一燕进行防错性 稷序设计。前蒲是尽可能不让差错和缺陷潜入系统，后者是禚 软件中进行容错性程序设计以提高系统可靠性。
①选择具有抗干扰能力的单片机，以求设计出可靠性高 的系统。
②袭选择ＣＰＵ敬终曩爨｛孛笼其是速度较幔酶努设芯片 （如８２５５）时，要考虑两者的速度聪配问题及元器件莳晶缀（如 民用级、工业级还是军晶级），在软件编程时应特别注意速度匹 配问题。笔者就曾经出于软件编瑕时没有注意８０３１和８２５５速 度不嚣配这样一个细节，出现ｆ软箨程序在仿粪器上运行蒸常， 而程序固化到ＥＰＲＯＭ上不正常的情况。
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｉｍｐｏｒｔａｎｃｅ ｏｆ ｍｉｅｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ’Ｓ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ｉｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｂｒｉｅｆｌｙ，ａｎｄ ｔｈｅ ｃｏｎｃｅｐｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｄｉｆｆｅｒ－
ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ玳ｅｘｐｌａｉｎｅｄ ｅｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｈａｒｄｗａｒｅ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｓｏｆｔｗａｒｅ
单片机应用系统盼可靠憾设计
·８９－
单片机应用系统的可靠性设计
朱敏，任俊新
（南京信怠妖她技术学院傣患鼹务学院，江苏南京２１００４６）
摘要：瞥先简要地介绍了单片机臆用系统可靠性的重要性，并分别给出了硬件可靠性、软件可靠性的概念及其区别。然后 分别阐述了影响系统可靠性的囡素及其提高系统可靠性４个方面的对策：影响硬件方面的因索及对策；影响软件方１旃的因 素覆对惹；透蠢包括软、硬锋的襄统测试；便麓软箨秀发薰英进行秀发套程砖管壤。 关键词：筚片机；硬件可靠性；软件可靠性；系统可靠性；软件开发工兵 中图分类号：ＴＰ２０２．１ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１０００—８８２９（２００８）１０－００８９一０２