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单片机系统可靠性与抗干扰技术  

2010-06-16 10:38:47|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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一、影响的主要因素:系统内部和外部各种电气干扰、系统的结构设计、元器件选择、安装、制造工艺和外部环境条件等。

外部电气条件:如电源电压的稳定性,强电场、磁场的影响

外部空间条件:温度、湿度和空气洁净度等

外部机械条件:震动、冲击、放置不好等

二、干扰的后果:

       1、加大数据采集的误差。干扰入侵到微机测控系统测量单元的模拟信号的输入通道叠加在有效信号之上,会加剧采集误差,特别是当传感器输出微弱信号时干扰更加严重。

       2、可能造成控制失灵。一般单片机系统输出的控制信号较大,不易受外界干扰。但一旦这些输入的状态信号受到干扰,引入了虚假的状态信号,则将导致输入控制误差加大,甚至会造成控制失常。

       3、数据变化。在单片机系统中,程序及数据通常保存在程序存储器EPROM中,比避免因干扰而破坏,但可读写的RAM再干扰的作用下,其中的数据可能被修改。

       4、程序运行失常

 

可靠性设计:

 遵循的原则:元器件选择是根本;合理安装调试是基础;系统设计是手段;外部环境是保证。

1、  精选器件,控制精度。厂家选定,不要轻易更换,应避免在一台设备中使用不同厂家的同一型号的器件。

2、  电路设计中要求器件或线路布线布局合理,以减少或者消除器件之间的电磁耦合相互干扰。优化电路设计,如去耦合电路及平衡电路等。也可以采用冗余结构,使得当某些元器件发生故障时不会影响这个系统的运行。

3、  安装与调试。尽量严格按照要求安装。

4、  采取屏蔽措施,远离产生强电磁场干扰的设备,加强通风以降低环境温度,安装紧固以防止震动。

5、  降额使用。即在额定电压和电流的条件下使用元器件,这样可以提高元器件的可靠性。多用于无源元件(如:电阻、电容)、大功率器件、电源模块或大电流高压开关器件等。不适用于TTL器件,因为TTL电路对工作电压范围要求较严格,不能降额使用。MOS电路也可以降额使用,但因其工作电流十分微小,失效主要不是功耗发热引起,故效果不明显。

6、  选用集成度高的器件。因其可减少器件数量,从而使印制电路板布局简单,减少焊接和连线,大大减少故障率和受干扰的概率。(在微机测控系统中应可选用集成芯片就不选用分离元件,可选择大规模的集成电路就不选用小规模集成电路芯片)

 

 

可靠性技术,根据已有的大量研究结果和可行成功经验,归纳为如下:

1、  冗余技术。也称“容错技术”或“故障掩盖技术”,它是通过增加完成同一功能的并联或备用单元(包括硬件或软件单元)。例如:在电路中容易产生短路的部分,以串联方式加以弥补,那些容易产生开路的部分以并联的方式加以弥补。硬件冗余主要用在高可靠性场合,即增加备用设备。

2、  电磁兼容性设计。又称“抗电磁干扰设计”,指系统在电磁环境中的适应性。使得系统不受外界电磁干扰的影响,同时不会对其他电子设备产生影响。微机测控系统常用的硬件措施有:滤波技术、去耦电路、屏蔽和接地技术等。常用的软件措施主要有数字滤波、软件冗余、程序运行监视及故障自动恢复技术等

3、  数据冗余。保护数据对提高系统可靠性十分重要,常将重要数据存储于不同的空间中。一旦某些存储空间或某一备份被损坏,控制程序即自动从其他空间中重新复制数据。(服务器硬盘相似)

4、  时间冗余技术,也称“重复检测技术”。可采用重复执行某一操作或某一程序,并将执行结果与前一次的结果进行比较来确认系统工作是否正常。只有两次结果相同时,才允许执行下一部操作;否则重复执行前一次操作。如果第三次结果与前两次结果的其中一次相同,则认为另一个结构式偶然故障引起的,应当删除。如果三次均不同,则初步判定为硬件故障,需要进一步检查并排除。用时间为代价来换取可靠性,不增加硬件投资,但减低了运行速度,只能用在执行时间比较宽余,操作步骤比较重要的场合。

5、  故障自动检测与诊断技术

6、  软件爱你可靠性技术。前提条件是设计人员对产生工艺过程的深入了解,并使软件易读,易测,易修改。应尽可能将软件规范化,标准化,模块化。尽可能把复杂的问题化成若干较为简单明确的小任务,一个大程序分成若干独立的小模块

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