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1、提高单片机系统可靠性方法的探讨.freelm。在可能的情况下,地线尽量加宽;旁路电容的地线不要太长;功率地通过电流信号较大,地线应较宽,必须与小信号地分开。2.4信号电缆屏蔽层的接地信号电缆可以采用双绞线和多芯线,又有屏蔽和无屏蔽两种情况。双绞线具有抑制电磁干扰的作用,屏蔽线具有抑制静电磁感应干扰的作用。对于屏蔽线,屏蔽层最佳的接地点是在信号源测(一点接地)。3其他提高系统可靠性的方法3.1硬件抗干扰设计(1)选择抗干扰性能强的CPU。单片机和单片机抗干扰能力是不一样的。如果你的产品是工作在干扰比较大的环境,可以选用抗干扰能力强的单片机。(2)
2、数字量的光电隔离。开关量信号实际上有不同的信号传输方式:①TTL电平;②RS232电平(非平衡信号);③RS485电平(平衡信号或者差分信号);④电流环路(有电流或者无电流)。单片机的输入输出口线是最容易引进干扰的地方;对于不使用的I/O口线,需要使用电阻上拉到高电平,不可悬置。直接将开关量信号接到单片机的口线上,是最不可取的设计;至少要加一个缓冲驱动的芯片隔离,而且这个芯片要跟CPU尽量近;在严重干扰的情况下,需要将所有的口线采用光耦光电隔离。光耦隔离就是采用电流环路传输,避免在长线传输的时候,在传输线上积累高压和感应信号,使得数据紊乱甚至损
3、坏TTL接口芯片,或者干扰单片机的正常运行。注意,采用光电隔离是为了信号使用电流环路传输,而不是使用TTL电平传输,这意味着,从CPU模块的角度看,开关量输出、驱动器件,如74LS244/245/07…等等,在CPU模块这里,光耦在另外一块电路板处;开关量输入,光耦在CPU模块处,而驱动器件在另外一块电路板处;这样才能形成电流环路。数字信号的电流环路的电流一般在5mA~10mA,根据光耦的指标而定。在工业环境下与CPU模块相对独立的键盘,需要使用光耦光电隔离接入到系统中,否则极易损坏接口芯片。(3)模拟量的光电隔离。模拟量隔离有2种方法,一种是
4、,使用线性光耦,隔离模拟量;由于线性光耦的价格昂贵,并且线性区也很窄,不推荐使用。比较常用的办法是,选用SPI接口,或者3线接口的AD或者DA,把数据、时钟和使能信号,使用光耦隔离。这实际上是把模拟量的信号转换成串行的开关量的数据流传输。另一种是使用4mA~20mA的电流环路,但是4mA~20mA的芯片价格比较昂贵,而且电路也复杂。(4)模拟量的通讯传输。使用一个CPU,把模拟量读入到CPU,再通过RS485接口把数据按照通讯协议,传输到主CPU模块;当然,也可以传输开关量信号等。实际上,这是一个分布式的测控网络的方法;多板的单片机测控系统经常
5、使用这种方法。(5)独立的“看门狗”。选用独立的“看门狗”作为系统复位信号产生;当系统跑飞时,由于没有“喂狗”,“看门狗”产生复位信号,使得系统可以最大限度地找回跑飞前的数据,尽可能重新开始平稳的运行。(6)采用RS232电平传输。比如,机箱的面板显示,经常采用max7219,这时如果使用TTL电平,经常被干扰使得显示不正常;可以在发送端使用一片MAX232,将TTL电平转换成RS232电平,在面板显示电路板,选用一片MC1489,将RS232电平,转换TTL电平,加强驱动能力,就可以保证信号正确传输。(7)采用RS422电平传输。同样,也可以
6、在发送端,采用一片MAX485,将TTL电平转换成RS485电平,在接收端,选用一片MAX485,将RS485电平,转换TTL电平,就可以保证信号正确传输。3.2单片机软件抗干扰在单片机软件程序的设计中,采用一些措施来提高单片机系统工作的可靠性。软件抗干扰研究的内容主要是:①消除模拟输入信号的噪声(如数字滤波技术);②程序运行混乱时使程序进入正轨的方法。这里针对后者提出几种有效的软件抗干扰方法。3.2.1指令冗余技术单片机CPU取指令过程是先取操作码,再取操作数。当PC受干扰出现错误,程序便脱离正常轨道“乱飞”,当“乱飞”到某双字节指令,若取指
7、令时刻落在操作数上,误将操作数当作操作码,程序将出错。若“飞”到了三字节指令,出错概率更大。在关键地方人为插入一些单字节指令,或将有效单字节指令重写称为指令冗余。通常是在双字节指令和三字节指令后插入两个字节以上的NOP。这样即使“乱飞”程序飞到操作数上,由于空操作指令NOP的存在,避免了后面的指令被当作操作数执行,程序自动纳入正轨。此外,对系统流向起重要作用的指令如RET、RETI、LCALL、LJMP、JC等指令之前插入两条NOP,也可将“乱飞”程序纳入正轨,确保这些重要指令的执行。3.2.2软件陷阱技术当“乱飞”程序进入非程序区,冗余指令便
8、无法起作用。通过设置软件陷阱,拦截“乱飞”程序,将其引向指定位置,再进行出错处理。软件陷阱是指用来将捕获的“乱飞”程序引向复位入口地址0000H的指令
