单片机应用系统的可靠性设计

单片机应用系统的设计包括功能性设计、可靠性设计和产品化设计。其中，功能性是基础，可靠性是保障，产品化是前途。因此，从事单片机应用系统开发工作的设计人员必须掌握可靠性设计。

一、可靠性与可靠性设计

1．现代电子系统的可靠性

硬件系统的可靠性是系统本质可靠性和可靠性控制的基础。

(1)采用硬件平台的系统设计方法

单片机应用系统的硬件平台都是由相近似的应用系统基本电路组成，只适用于某一领域中的硬件系统设计。基于硬件平台设计的应用系统有基本的可靠性保证。一个良好的硬件平台应具备：标准化、系列化、规范化设计的电路系统；柔性特性的基本应用系统体系结构；丰富的软件支持；可靠性测试记录。

(2)最大的系统集成

最大的系统集成可以最大限度简化系统构成，有助于减少系统硬件失误概率。最大的系统集成应具备：依靠器件解决的思想；单片机选择实现系统的最大包容；0EM的支持。

2．器件选择的可靠性设计

单片机芯片的选择要满足系统集成的最大化要求；优选CMOS器件：为简化电路设计尽可能采用串行传输总线器件代替并行总线扩展的器件；选择保证可靠性的专用器件，如采用电源监控类器件、信号线路故障保护器、ESD(静电干扰)保护器、能实现电源短路保护的自聚合开关等。

三、软件系统的可靠性设计

1．本质可靠性的软件设计

软件的本质可靠性是指不依靠软件附加．最大限度减少自身错误及缺陷，并且要有足够的时序余度。

单片机系统在CPU的控制下实现分时操作．程序完全依靠时序调度、切换控制。程序运行的可控不仅要求时序准确，而且要有足够的时序余度。

第一，系统复位时序。多个器件复位的时序要求是主要问题。应保证MCU对外围可编程器件的初始化在该器件复位后进行。软件设计时，可以在系统上电复位后，MCU延迟片刻，确保外围器件复位后，再对其初始化。

第二，外围器件工作时序。对外围器件的工作时序必须分析清楚，MCU的操作必须保证时序信号的衔接控制和时序信号的时序余度。

第三，应用系统的状态转换时序。应用系统中的状态转换有MCU运行状态转换、外围器件运行状态转换和电源系统供电状态转换等。在程序设计中．必须考虑状态转换时过渡期对程序运行的影响，精心设计时序控制。通常。MCU本身的状态转换，都有自动监视、自动运行管理功能，程序设计只需按MCU数据手册及指令系统的操作要求进行即可。对于有较长过渡期的外围状态转换，可采取足够的延时或设置提前转换状态的办法。

第四，总线时序。单片机应用系统中有并行总线和串行总线，这些总线在规范化操作时，其时序数据通信协议保证。在虚拟总线方式时，虚拟总线运行的可靠性在于时序的准确模拟。并行总线要保证读、写操作指令运行下的读写时序：同步串行总线要保证时钟线控制下的同步时序；串行异步时序则要考虑波特率对数据传送的影响。

四、结束语

单片机应用系统的可靠性设计涉及硬件系统的抗干扰设计和软件系统的抗干扰设计，采取的措施多而复杂。实际应用时，应根据设计条件与目标要求，制定应用系统的可靠性等级，合理采用硬性可靠性措施。充分利用软件的可靠性设计，提高系统的抗干扰能力。