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摘 要：单片机日益广泛的使用，因此对于单片机的使用操作系统的可靠性和安全性也有了越来越高的要求。尤其是对于工业过程的控制、交通管理、金融以及通讯等测控系统，最主要的技术指标就是可靠性。因为系统一旦出现任何的问题和故障，就会造成生产过程混乱、指挥以及监控系统的迟钝等不良后果。文中简单介绍了几种提升单片机应用系统可靠性的方式和措施。
关键词：单片机；抗干扰；可靠性
中图分类号：TP368.1
在进行单片机应用系统开发的过程之中，经常会遭遇到的问题是在实验室的运行环境之下，系统运行正常有效，但是一旦将其安装到现场工作，经常会出现不规律、不正常的情况。或者是在系统的运行调试过程和在空载的情况下一切正常，但是大负荷的控制一旦启动，整个系统很可能会出现各种问题。探寻出现此种情况的原因，很可能是抗干扰设计有漏洞，以至于造成应用系统的不够可靠。
1 造成单片机可靠性不高的原因
1.1 单片机应用系统出故障的主要表现和内在原因
操作系统出错的主要表现包含了被控制对象动作失误、死机、状态不稳定、计时不准确以及数据显示混乱和闪烁不定等等。其内在原因主要是：第一，随机存储器中的数据被打乱，造成程序进入死循环的境地，因而引发死机的情况出现；第二，单片机中的内部程序指针发生错乱，随便指向了错误的地方，使得运行的程序不正确，造成随机存储器之中的某些数据被打乱，程序计算的结果是错误的，外围的锁存电路受到一定的干扰，出现了误锁存的情况，以至于出现被控制对象的错误操作；第三，锁存电路和被控制对象之间的线路遭受到了一定的干扰，因此造成被控制对象的状态不稳定；第四，单片机内部程序指针出现错乱，造成中断程序在运行的过程中超出了限定的时间；第五，随机存储器之中的计时数据被打乱，造成程序在计算的过程中产生出错误结果。
1.2 造成单片机使用体系出现错误的外因
从设计与制作的方面解析，使得单片机的应用操作体系容易受到干扰的主要客观外在原因有七个方面：第一，单片机本身抗干扰能力较差；第二，环境电磁干扰因素过于强烈；第三，整个操作体系电源抗干扰能力不足或是功率太差等；第四，程序并没有使用抗干扰的办法或使用的办法力度不够；第五，各个组织器件之间的驱动功率太小，处在一种刚刚达标的状态之下；第六，长距离的数据传输电流和电压不高，而且没有使用相应的屏蔽保护措施；第七，元件的质量不高[1]。
2 提升元器件可靠性办法
提升单片机使用操作体系过程中所有器件的质量，是提升单片机使用在操作体系的内在可靠性因素。在操作体系的硬件设计过程中以及加工过程中能够使用以下几种方式：
第一，选择质量高的接插件，并且设计好相应的工艺组织结构。因为单片机使用操作体系中要使用的接插件数量庞大，并且质量的好与坏直接關系着单片机使用操作体系的稳定性和可靠性。第二，选择恰当的电子元器件，并且开展相关的测试操作，进行质量的挑选与实验。第三，提升印制电路板以及操作体系的组装质量，包含了在设计印制电路时加粗地线，条件允许的情况下还能够使用环形地线[2]。
3 单片机应用系统的软件抗干扰设计
3.1 使用看门狗技术
看门狗技术的主要功能是监视应用程序一定的时间，当该程序停止工作的时候，就认定其为系统故障，从而实现系统的复位操作。如图1所示，下图是一个简单的“看门狗”电路，这个程序在执行的过程中，每相隔一定的时间，就会发出一个脉冲，表示系统处于正常的运行状态之下。
3.2 设定程序监视跟踪的定时器
大部分的单片机内部都集成有程序监视跟踪的定时器。监视跟踪定时器的主要用途就是对程序的运行状况做跟踪监视，当程序在运行的过程中出现问题，计数器溢出，能让系统复位，让系统重新运行。使用此技术能够有效的保证程序偏颇的情况出现，是排除系统受到干扰而出现故障的最有效方式之一。
3.3 软件冗余设计
针对条件控制的操作体系，需要把控制条件的一次采样技术转化成为循环采样。使用这种方式针对一些惯性较大的控制操作体系，能够良好的实现抗干扰效果。
3.4 程序指针陷阱的设计
每一个的子程序背后或者是程序段的背后，插入进一些指令。在程序存储器的空白位置，在每32个字节的位置部位安放一个LIMP MAIN 指令。指针陷阱设定完成后，一旦出现任何的单片机受干扰情况，使得程序指针发生混乱情况，程序执行了一段时间之后，就会落在陷阱之中，完成设定的LIMP MAIN 指令，还原到之前最开始的程序状态位置，能够有效的防止死机的情况出现。
4 使用容错技术提升单片机应用程序的自动回复功能与报错能力
使用抗干扰和提升元器件质量来提升单片机应用系统可靠性外，还可以使用容错技术，方便系统在工作中一旦发生任何的错误情况，能够及时的完成自动恢复与报错，及早干预，将损失降低至最小。
5 使用集散式系统
集散式单片机系统是一种分布式的多机系统，有多个的单片机存在，彼此之间工作互相协调配合，各自完善好彼此间的功能操作。一般情况下，该系统使用主从式结构，主单片机监管各个子单片机。任何一个从机出现故障时，造成的影响只是小范围的，而主要的任务还能够交给其他从机承担。如果主机也出现故障的话，从机还能够独立完成所需要完成的工作。所以使用集散方式能够有效的提升单片机系统的工作可靠性。
6 结语
抗干扰技术指的是当系统受到一定的干扰之后，能使得其回复正常的运行过程。软件设计较为灵活方便，并且能够有效的节省硬件资源，较为容易的使用到单片机的控制程序之中，因此软件抗干扰技术正在逐渐受到人们的重视[3]。单片机应用操作体系中，只要仔细分辨系统所处环境、干扰的来源和传播的渠道，并且使用硬件和软件相互结合的方式抗干扰技术，就能够有效的保证系统在长时间内都处于稳定可靠地工作。
参考文献：
[1]王幸之，王雷等.单片机应用系统抗干扰技术[M].北京：北京航空航天大学出版社，2010，11（22）：347-375.
[2]何立民.MCS-51系列单片机应用系统设计[M].北京：北京航空航天大学出版社，2012，08（17）：484-489.
[3]张松春，赵秀芬.电子控制设备抗干扰技术及其应用[M].北京：机械工业出版社，2010，09（26）：239-278.
作者简介：彭芬（1971.7-），女，副教授，主要研究方向：智能控制应用系统开发。
作者单位：武汉职业技术学院 电子信息工程系，武汉 430074
关键词：单片机；抗干扰；可靠性
中图分类号：TP368.1
在进行单片机应用系统开发的过程之中，经常会遭遇到的问题是在实验室的运行环境之下，系统运行正常有效，但是一旦将其安装到现场工作，经常会出现不规律、不正常的情况。或者是在系统的运行调试过程和在空载的情况下一切正常，但是大负荷的控制一旦启动，整个系统很可能会出现各种问题。探寻出现此种情况的原因，很可能是抗干扰设计有漏洞，以至于造成应用系统的不够可靠。
1 造成单片机可靠性不高的原因
1.1 单片机应用系统出故障的主要表现和内在原因
操作系统出错的主要表现包含了被控制对象动作失误、死机、状态不稳定、计时不准确以及数据显示混乱和闪烁不定等等。其内在原因主要是：第一，随机存储器中的数据被打乱，造成程序进入死循环的境地，因而引发死机的情况出现；第二，单片机中的内部程序指针发生错乱，随便指向了错误的地方，使得运行的程序不正确，造成随机存储器之中的某些数据被打乱，程序计算的结果是错误的，外围的锁存电路受到一定的干扰，出现了误锁存的情况，以至于出现被控制对象的错误操作；第三，锁存电路和被控制对象之间的线路遭受到了一定的干扰，因此造成被控制对象的状态不稳定；第四，单片机内部程序指针出现错乱，造成中断程序在运行的过程中超出了限定的时间；第五，随机存储器之中的计时数据被打乱，造成程序在计算的过程中产生出错误结果。
1.2 造成单片机使用体系出现错误的外因
从设计与制作的方面解析，使得单片机的应用操作体系容易受到干扰的主要客观外在原因有七个方面：第一，单片机本身抗干扰能力较差；第二，环境电磁干扰因素过于强烈；第三，整个操作体系电源抗干扰能力不足或是功率太差等；第四，程序并没有使用抗干扰的办法或使用的办法力度不够；第五，各个组织器件之间的驱动功率太小，处在一种刚刚达标的状态之下；第六，长距离的数据传输电流和电压不高，而且没有使用相应的屏蔽保护措施；第七，元件的质量不高[1]。
2 提升元器件可靠性办法
提升单片机使用操作体系过程中所有器件的质量，是提升单片机使用在操作体系的内在可靠性因素。在操作体系的硬件设计过程中以及加工过程中能够使用以下几种方式：
第一，选择质量高的接插件，并且设计好相应的工艺组织结构。因为单片机使用操作体系中要使用的接插件数量庞大，并且质量的好与坏直接關系着单片机使用操作体系的稳定性和可靠性。第二，选择恰当的电子元器件，并且开展相关的测试操作，进行质量的挑选与实验。第三，提升印制电路板以及操作体系的组装质量，包含了在设计印制电路时加粗地线，条件允许的情况下还能够使用环形地线[2]。
3 单片机应用系统的软件抗干扰设计
3.1 使用看门狗技术
看门狗技术的主要功能是监视应用程序一定的时间，当该程序停止工作的时候，就认定其为系统故障，从而实现系统的复位操作。如图1所示，下图是一个简单的“看门狗”电路，这个程序在执行的过程中，每相隔一定的时间，就会发出一个脉冲，表示系统处于正常的运行状态之下。
3.2 设定程序监视跟踪的定时器
大部分的单片机内部都集成有程序监视跟踪的定时器。监视跟踪定时器的主要用途就是对程序的运行状况做跟踪监视，当程序在运行的过程中出现问题，计数器溢出，能让系统复位，让系统重新运行。使用此技术能够有效的保证程序偏颇的情况出现，是排除系统受到干扰而出现故障的最有效方式之一。
3.3 软件冗余设计
针对条件控制的操作体系，需要把控制条件的一次采样技术转化成为循环采样。使用这种方式针对一些惯性较大的控制操作体系，能够良好的实现抗干扰效果。
3.4 程序指针陷阱的设计
每一个的子程序背后或者是程序段的背后，插入进一些指令。在程序存储器的空白位置，在每32个字节的位置部位安放一个LIMP MAIN 指令。指针陷阱设定完成后，一旦出现任何的单片机受干扰情况，使得程序指针发生混乱情况，程序执行了一段时间之后，就会落在陷阱之中，完成设定的LIMP MAIN 指令，还原到之前最开始的程序状态位置，能够有效的防止死机的情况出现。
4 使用容错技术提升单片机应用程序的自动回复功能与报错能力
使用抗干扰和提升元器件质量来提升单片机应用系统可靠性外，还可以使用容错技术，方便系统在工作中一旦发生任何的错误情况，能够及时的完成自动恢复与报错，及早干预，将损失降低至最小。
5 使用集散式系统
集散式单片机系统是一种分布式的多机系统，有多个的单片机存在，彼此之间工作互相协调配合，各自完善好彼此间的功能操作。一般情况下，该系统使用主从式结构，主单片机监管各个子单片机。任何一个从机出现故障时，造成的影响只是小范围的，而主要的任务还能够交给其他从机承担。如果主机也出现故障的话，从机还能够独立完成所需要完成的工作。所以使用集散方式能够有效的提升单片机系统的工作可靠性。
6 结语
抗干扰技术指的是当系统受到一定的干扰之后，能使得其回复正常的运行过程。软件设计较为灵活方便，并且能够有效的节省硬件资源，较为容易的使用到单片机的控制程序之中，因此软件抗干扰技术正在逐渐受到人们的重视[3]。单片机应用操作体系中，只要仔细分辨系统所处环境、干扰的来源和传播的渠道，并且使用硬件和软件相互结合的方式抗干扰技术，就能够有效的保证系统在长时间内都处于稳定可靠地工作。
参考文献：
[1]王幸之，王雷等.单片机应用系统抗干扰技术[M].北京：北京航空航天大学出版社，2010，11（22）：347-375.
[2]何立民.MCS-51系列单片机应用系统设计[M].北京：北京航空航天大学出版社，2012，08（17）：484-489.
[3]张松春，赵秀芬.电子控制设备抗干扰技术及其应用[M].北京：机械工业出版社，2010，09（26）：239-278.
作者简介：彭芬（1971.7-），女，副教授，主要研究方向：智能控制应用系统开发。
作者单位：武汉职业技术学院 电子信息工程系，武汉 430074