單片機可靠性設計的解決方案-硬件篇

單論單片機硬件系統設計解決方案，一般從三個方面分析：優選設計方案、增加冗余和容錯率、采用硬件抗干擾。本文詳細的介紹了優化這三個方面對單片硬件可靠性帶來的好處。

1、選優設計

在系統硬件設計和加工時，應該選用質量好的接插件，設計好工藝結構;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(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量。

2、采用硬件抗干擾措施

來自供電系統以及通過導線傳輸、電磁耦合等產生的電磁干擾信號，是單片機系統工作不穩定的重要因素，在系統硬件設計時必須采取有效的干擾抑制措施。單片機應用系統中還常使用系統監視電路檢測系統發生的錯誤或故障，自動報警或使系統自動恢復正常工作狀態。如采用電源故障監視、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芯片內包含有一個看門狗定時器，可通過軟件預置系統的監控時間。在看門狗定時器預置的時間內若沒有總線活動，則X25045將從RESET輸出一個高電平信號，經過微分電路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的時間常數不必太大，有數百微秒即可，因為這時CPU的振蕩器已經在工作。

看門狗電路的定時時間長短可由具體應用程序的循環周期決定，通常比系統正常工作時最大循環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，系統就不會復位而正常工作。當系統跑飛，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，迫使系統復位。需要注意的是，在程序正常運行的時候，應該在適當的地方加一條喂狗指令，使系統正常運行時的定時時間達不到預置時間。系統就不會復位。

3、冗余與容錯設計

保證單片機應用系統100%無故障是不可能的。容錯是指當系統的某個部件發生故障時，系統仍能完全正常地工作，即給系統增加容忍故障的能力。為使系統具有 容錯能力，必須在系統中增加適當的冗余單元，以保證當某個部件發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。硬件冗余設計可以在元 件級、子系統或系統級上進行。