单片机系统可靠性技术分析与发展

介绍近年来单片机技术在提供系统可靠性方面所做的努力与发展。提醒用户在单片机选型,单片机应用系统设计以及制造工艺等方面应注意什么,以实现高可靠性的单片机应用系统。

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单片机系统可靠性技术分析与发展孙乐

(黑龙江科技学院电气与信息工程学院，黑龙江哈尔滨 10 2 ) 07 5摘要：介绍近年来单片机技术在提供系统可靠性方面所做的努力与发展。提醒用户在单片机选型，单片机应用系统设计以 及制造工艺等方面应注意什么，以实现高可靠性的单片机应用系统。 关键词：单片机；可靠性；电磁兼容性一

为提高单片机本身的可靠性。近年来单在应用软件设计方面，设计者都有各自或虽有地线但接地电阻过大，则这些元件都 片机的制造商在单片机设计上采取了一系列的经验。这里要提醒的是最后对不用的 R0 不能发挥作用。为单片机供电的电源的地俗 M措施以期提高可靠性。这些技术主要体现在要做处理。原则是万一程序落到这里可以自称逻辑地，它们和大地的地的关系可以相 以下几方面。 恢复。 通、浮空、载接一电阻，要视应用场合而 1单片机系统可靠性技术的体现方面 2用于单片机系统的干扰抑制元件定。不能把地线随便接在暖气管子上。绝对 1 .1降低外时钟频率 2 .1去耦电容不能把接地线与动力线的火线、零线中的零外时钟是高频的噪声源，除能引起对本每个集成电路的电源、地之间应配置一线混淆。 应用系统的干扰之外，还可能产生对外界的个去耦电容，它可以滤掉来自电源的高频噪 3 2隔离与屏蔽，干扰，使电磁兼容检测不能达标。在对系统声。作为储能元件，它吸收或提供该集成电一 典型的信号隔离是光电隔离。使用光电可靠性要求很高的应用系统中，选用频率低路内部三极管导通、截止引起的电流变化隔离器件将单片机的输入输出隔离开，一方的单片机是降低系统噪声的原则之一。以 ( i d ) d/ t,从而降低系统噪声。要选高频特面使干扰信号不得进入单片机系统，另一方 8 51单片机为例，最短指令周期 1 u S时，性好的独石电容或瓷片电容作去耦电容。每面单片机系统本身的噪声也不会以传导的方 0 外时钟是 1 M z。而同样速度的 M O O a块印制电路板电源引入的地方要安放一只大式传播出去。屏蔽则是用来隔离

空间辐射 2H ot r l 单片机系统时钟只需 4 H,更适合用于工控容量的储能电容。由于电解电容的缠绕式结的，对噪声特别大的部件，如开关电源， Mz 系统。 构，其分布电感较大，对滤除高频干扰信号用金属盒罩起来，可减少噪声源对单片机系 1 2低噪声系列单片机 .几乎不起作用。使用时要与去耦电容成对使统的干扰。对特别怕干扰的模拟电路，如高传统的集成电路设计中，在电源、地用钽电容则比电解电容效果更好。 灵敏度的弱信号放大电路可屏蔽起来。而重的引出上通常将其安排在对称的两边。如左 2 2抑制高频的电感 .要的是金属屏蔽本身必须接真正的地。 下角是地，右下角是电源。这使得电源噪声用粗漆包线穿入轴向有几个孔的铁氧体 3 3滤波 .穿过整个硅片。改进的技术将电源、地安排芯，就构成了高频扼制器件。将其串入电源滤波指各类信号按频率特性分类并控制在两个相邻的引脚上，这样一方面降低了穿线或地线中可阻止高频信号从电源/地线引它们的方向。常用的有各种低通滤波器、高 过整个硅片的电流，一方面使外部去耦电容入。这种元件特别适用于隔开一块印制电路通滤波器、带通滤波器低通滤波器用在接在 PCB设计上更容易安排，以降低系统噪板上的模拟电路区、数字电路区、以及大功入的交流电源线上，旨在让 5周的交流电顺 O声。 率驱动区的供电。应该注意的是它必须放在利通过，将其它高频噪声导入大地。低通滤 1 3时钟监测电路、看门狗技术与低电该区储能电容与电源之间而不能放在储能电波器的配置指标是插入损耗，选择的低通滤 .压复位容与用电器件之间。 波器插入损耗过低起不到抑制噪声的作用， 监测系统时钟，当发现系统时钟停振时 2 3自恢复保险丝 .而过高的插入损耗会导致“电”漏，影响系产生系统复位信号以恢复系统时钟，是单片这是用一种新型高分子聚合材料制成的器统的人身安全性。高通、带通滤波器则应根机提高系统可靠性的措施之一。而时钟监控件，当电流低于其额定值时，它的直流电阻据系统中对信号的处理要求选择使用。 有效与省电指令 s 0

T P是一对矛盾。只能使只有零点几欧。而电流大到一定程度，它的 4片机在印制电路板的布线与工艺中的单 用其中之一。 阻值迅速升高，引起发热，而越热电阻越应用看门狗技术是监测应用程序中的一段定大，从而阻断电源电流。当温度降下来以后印制电路板的设计对单片机系统能否抗时中断服务程序的运行状况，当这段程序不能自恢复正常。这种器件可防止 c 0动 M S器干扰非常重要。要本着尽量控制噪声源、尽工作时判断为系统故障，从而产生系统复件在遇到强冲击型干扰时引起所谓“可控硅量减小噪声的传播与耦合，尽量减小噪声的位。 触发”现象。这种现象指集成电路硅片的基吸收这三大原则设计印制电路板和布线。当 1 4 T技术 . EF体变得导通，从而引起电流增大，导致 C O 你设计单片机甩印制电路板时，不仿对照下 MS新近推出的M t r l 6 H 0系列单集成电路发热乃至烧毁。 o o o a M 8C 8 面的条条检查一下。 片机采用 EFT( Fast ElectriCal 2 4防雷击器件 . 印制电路板要合理区分，单片机系统通 T a S n ) r n i t技术进一步提高了单片机的抗干 e室外使用的单片机系统或电源线、信号常可分三区，即模拟电路区 (干扰 ),数怕扰能力。 线从室外架空引入室内的，要考虑系统的防字电路区 (即怕干扰、又产生干扰 ),功率当振荡电路的正弦波信号受到外界干扰雷击问题。常用防雷击器件有：气体放电驱动区 (干扰源 )。 时，其波形上会叠加一些毛刺。以施密特电管，TVs ( VOltage Transient 印刷板按单点接电源、单点接地原则送路对其整形时，这种毛刺会成为触发信号干 S p r e t O ),气体放电管是当电源电电。三个区域的电源线、地线由该点分三路 u ev n iN等扰正常的时钟信号。交替使用施密特电路和压大于某一值时，通常为数十伏或数百伏，引出。噪声元件与非噪声元件要离得远一 RC滤波可以使这类毛刺不起作用，这就是气体击穿放电，将电源线上强冲击脉冲导入 E T

技术。随着 V s F L I技术的不断发展，电大地，TV S可以看成两个并联且方向相反的路内部的抗干扰技术也在不断发展之中齐纳二极管，当电两端电压高于某一额定值 1 5软件方面的措施 .时导通。 单片机本身在指令设计上也有一些抗干 3提高单片机系统抗干扰能力的主要手扰的考虑非法指令复位或非法指令中断是段 当运行程序时遇到非法指令或非法寻址空间 3 1接地 .能产生复位或中断。单片机应用系统程序是这里的接地指接大地，也称作保护地。 事先写好的，不可能有非法指令或寻址。一为单片机系统提供良好的地线，对提高系统定是系统受到干扰，C U读指令时出错了。的抗干扰能力极为有益。特别是对有防雷击 P 以上提到的是当前广泛使用的单片机应要求的系统，良好的接地至关重要。上面提该具有的内部抗干扰措施。在选用单片机到的一系列抗干扰元件，意在将雷击、浪涌时，要检查一下这些性能是否都有，以求设式干扰以及快脉冲群干扰去除，而去除的方计出可靠性高的系统。 法都是将干扰引入大地，如果系统不接地， 责任编辑：魏玉新。

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