畢業(yè)論文---淺談單片機系統(tǒng)設計的可靠性

1、<p><b>　　畢業(yè)論文</b></p><p>　　題 目 淺談單片機系統(tǒng)設計的可靠性 </p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　為了使單片機系統(tǒng)可靠運行，必須對單片機系統(tǒng)進行可靠性設計，為此，提出了單片機系統(tǒng)可靠性設計的思想，并從硬件和軟件兩個方面探討了單片機系統(tǒng)可靠性設計的

2、技術途徑。根據硬件和軟件子系統(tǒng)的人—環(huán)境特性，結合具體的實踐經驗，提出了單片機系統(tǒng)可靠性設計的具體技術。這些可靠性設計技術的應用，使單片機系統(tǒng)的可靠性提高到了一個新水平。</p><p>　　關鍵詞：可靠性設計；硬件；軟件；模塊化；抗干擾</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　For reliable ope

3、ration of single-chip system, the reliability of the system must be designed for single-chip, In this paper, single-chip system reliability design ideas, and both hardware and software system reliability of a single-chip

4、 design technology approach. Hardware and software subsystems according to people - environmental characteristics, combined with the specific experience, made a single-chip system reliability design of specific technolog

5、ies. The reliability design technology, the </p><p>　　Keywords: reliability design; hardware; software; modular; interference</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要1

6、</b></p><p>　　Abstract1</p><p><b>　　第1章 緒論3</b></p><p>　　1.1 單片機基礎知識3</p><p>　　1.2 單片機的應用領域3</p><p>　　1.3 單片機的發(fā)展趨勢4</p><p

7、>　　第2章 硬件結構剖析6</p><p>　　2.1 80C51單片機的內部結構6</p><p>　　2.2 80C51單片機的引腳功能7</p><p>　　第3章 單片機硬件可靠性設計思想及設計11</p><p>　　3.1 可靠性設計思想11</p><p>　　3.1.1單片機硬件子系統(tǒng)

8、人—環(huán)境特性..........................11</p><p>　　3.1.2單片機系統(tǒng)硬件可靠性設計的途徑........................11</p><p>　　第4章單片機軟件可靠性設計13</p><p>　　4.1 軟件可靠性設計............................................

9、13</p><p>　　4.1.1單片機系統(tǒng)軟件可靠性設計的途徑........................13</p><p>　　第5章 調試與功能說明15</p><p>　　5.1 硬件調試15</p><p>　　5.2 軟件調試問題及解決15</p><p><b>　　參考文獻15

10、</b></p><p><b>　　致謝16</b></p><p><b>　　引言</b></p><p>　　近年來，人們在單片機系統(tǒng)可靠性設計方面的探索已卓有成效，一些靠性設計技術在單片機系統(tǒng)中得到了廣泛應用。但單片機系統(tǒng)的可靠性還遠不能滿足戶</p><p>　　的需要，特

11、別是在一些新的應用領域，對單片機系的可靠性又有新的要求。本文主要針對石油測井行業(yè)劣應用環(huán)境下單片機系統(tǒng)可靠性設計展開論述。</p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p>　　1.1 單片機基礎知識</p><p>　　單片機又稱單片微控制器，它不是完成某一個邏輯功能的芯片，而是把一個計算機系統(tǒng)集成到一個芯片上。概括的講，一塊

12、芯片就成了一臺計算機。</p><p>　　MCS-51單片機是美國INTEL公司于1980年推出的產品，與MCS- 48單片機相比，它的結構更先進，功能更強，在原來的基礎上增加了更多的電路單元和指令，指令數達111條，MCS-51單片機可以算是相當成功的產品，一直到現在，MCS-51系列或其兼容的單片機仍是應用的主流產品，各高校及專業(yè)學校的培訓教材仍與MSC-51單片機作為代表進行理論基礎學習。</p&g

13、t;<p>　　MCS-51系列單片機主要包括8031、8051和8751等通用產品。</p><p>　　DP-51S單片機仿真實驗儀是由廣州致遠電子有限公司設計的DP系列單片機仿真實驗儀之一，是一種功能強大的單片機應用技術學習、調試。</p><p>　　1.2 單片機的應用領域</p><p>　　單片機廣泛應用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設備、航

14、空航天、專用設備的智能化管理及過程控制等領域，大致可分為如下幾個范疇：</p><p>　　一、在智能儀器儀表的應用</p><p>　　單片機具有體積小、功耗低、控制功能強、擴展靈活、微型化和使用方便等優(yōu)點，廣泛應用于儀器儀表中，結合不同類型的傳感器，可實現諸如電壓、功率、頻率、濕度、溫度、流量、速度、厚度、角度、長度、硬度、元素、壓力等物理量的測量。采用單片機控制使得儀器儀表數字化、智

15、能化、微型化，且功能比起采用電子或數字電路更加強大。例如精密的測量設備（功率計，示波器，各種分析儀）。</p><p>　　二、在家用電器中的應用</p><p>　　可以這樣說，現在的家用電器基本上都采用了單片機控制，從電飯煲、洗衣機、電冰箱、空調機、彩電、其他音響視頻器材、再到電子秤量設備，五花八門，無所不在。</p><p>　　三、在工業(yè)控制中的應用<

16、/p><p>　　用單片機可以構成形式多樣的控制系統(tǒng)、數據采集系統(tǒng)。例如工廠流水線的智能化管理，電梯智能化控制、各種報警系統(tǒng)，與計算機聯(lián)網構成二級控制系統(tǒng)等。</p><p>　　四、在計算機網絡和通信領域中的應用</p><p>　　現代的單片機普遍具備通信接口，可以很方便地與計算機進行數據通信，為在計算機網絡和通信設備間的應用提供了極好的物質條件，現在的通信設備基本

17、上都實現了單片機智能控制，從手機、電話機、小型程控交換機、樓宇自動通信呼叫系統(tǒng)、列車無線通信、再到日常工作中隨處可見的移動電話，集群移動通信，無線電對講機等。</p><p>　　五、單片機在醫(yī)用設備領域中的應用</p><p>　　單片機在醫(yī)用設備中的用途亦相當廣泛，例如醫(yī)用呼吸機，各種分析儀，監(jiān)護儀，超聲診斷設備及病床呼叫系統(tǒng)等等。 </p><p>　　此外，

18、單片機在工商、金融、科研、教育、國防航空等領域都有著十分廣泛的用途。</p><p>　　1.3 單片機的發(fā)展趨勢</p><p>　　單片機現在可以說是百花齊放，百家爭鳴的時期，世界上各大芯片制造公司都推出了自己的單片機，從8位、16位到32位，數不勝數，應有盡有，有與主流C51系列兼容的，也有不兼容的，但它們各具特色，互成互補，為單片機的應用提供了廣闊的天地。</p>&

19、lt;p>　　縱觀單片機的發(fā)展過程，可以預示單片機的發(fā)展趨勢，大致有：</p><p><b>　　一、微型單片化</b></p><p>　　現在常規(guī)的單片機普遍都是將中央處理器（CPU）、隨機存取數據存儲（RAM）、只讀程序存儲器（ROM）、并行和串行通信接口，中斷系統(tǒng)、定時電路、時鐘電路集成在一塊單一的芯片上，增強型的單片機集成了如A/D轉換器、PMW（脈

20、寬調制電路）、WDT（看門狗）、有些單片機將LCD（液晶）驅動電路都集成在單一的芯片上，這樣單片機包含的單元電路就更多，功能就越強大。甚至單片機廠商還可以根據用戶的要求量身定做，制造出具有自己特色的單片機芯片。</p><p>　　此外，現在的產品普遍要求體積小、重量輕，這就要求單片機除了功能強和功耗低外，還要求其體積要小。現在的許多單片機都具有多種封裝形式，其中SMD（表面封裝）越來越受歡迎，使得由單片機構成的

21、系統(tǒng)正朝微型化方向發(fā)展。</p><p>　　二、低功耗CMOS化</p><p>　　MCS-51系列的8031推出時的功耗達630mW，而現在的單片機普遍都在100mW左右，隨著對單片機功耗要求越來越低，現在的各個單片機制造商基本都采用了CMOS（互補金屬氧化物半導體工藝）。像80C51就采用了HMOS（即高密度金屬氧化物半導體工藝）和CHMOS（互補高密度金屬氧化物半導體工藝）。CM

22、OS雖然功耗低，但由于其物理特征決定其工作速度不夠高，而CHMOS則具備了高速和低功耗的特點，這些特征，更適合于要求低功耗像電池供電的應用場合。所以這種工藝將是今后一段時期單片機發(fā)展的主要途徑。</p><p>　　三、主流與多品種共存</p><p>　　現在雖然單片機的品種繁多，各具特色，但仍以80C51為核心的單片機占主流，兼容其結構和指令系統(tǒng)的有PHILIPS公司的產品，ATMEL

23、公司的產品和中國臺灣的Winbond系列單片機。所以80C51占據了半壁江山。而Microchip公司的PIC精簡指令集合（RISC）也有著強勁的發(fā)展勢頭，中國臺灣的HOLTEX公司近年的單片機產量與日俱增，與其底價質優(yōu)的優(yōu)勢，占據一定的市場份額。此外還有MOTOROLA公司的產品，日本幾大公司的專用單片機。在一定的時期內，這種情形將得以延續(xù)，將不存在某個單片機一統(tǒng)天下的壟斷局面，走的是依存互補、相輔相成、共同發(fā)展的道路。</p&

24、gt;<p>　　九十年代以后，單片機在結構上采用雙CPU或內部流水線，CPU位數有8位、16位、32位，時鐘頻率高達20MHZ，片內帶有PWM輸出、監(jiān)視定時器WDT、可編程計數器陣列PCA、DMA傳輸、調制解調器等。芯片向高度集成化、低功耗方向的發(fā)展，使得單片機在大量數據的實時處理、高級通信系統(tǒng)、數字信號處理、復雜工業(yè)過程控制、高級機器人以及局域網等方面得到大量應用。這類單片機有NEC公司的MPD7800，MITSUBI

25、SHI公司的M337700，REVKWELL公司的R6500。</p><p>　　第2章 硬件結構剖析</p><p>　　2.1 80C51單片機的內部結構</p><p>　　圖2-1為80C51單片機功能結構框圖</p><p>　　80C51 芯片內部集成了 CPU、RAM、ROM、定時/計數器和I/O口等各功能部件，并由內部總線把

26、這些不見連接在一起。</p><p>　　80C51單片機內部包含以下一些功能部件：</p><p>　　(1)一個8位CPU；</p><p>　　(2)一個片內振蕩器和時鐘電路；</p><p>　　(3)4KB ROM（80C51有4KB掩膜ROM，87C51有4KB EPROM，80C31片內有無ROM）；</p>&l

27、t;p>　　(4)128B內RAM；</p><p>　　(5)可尋址64KB的外ROM和外RAM控制電路；</p><p>　　(6)兩個16位定時/計數器；</p><p>　　(7)21個特許功能寄存器；</p><p>　　(8)4個8位并行I/O口，共32條可編程I/O端線；</p><p>　　(9)

28、一個可編程全雙工串行口；</p><p>　　(10)5個中斷源，可設置成2個優(yōu)先級。</p><p>　　外時鐘源 外部事件計數</p><p>　　中斷 控制 并 行 口 串行通信</p

29、><p>　　圖2-1 80C51單片機功能結構框圖</p><p>　　2.2 80C51單片機的引腳功能</p><p>　　80C51單片機一般采用雙列直插DIP封裝，共40個引腳，圖2-2為引腳排列圖。圖2-2b為邏輯符號圖。40個引腳大致可分為4類：電源、時鐘、控制和I/O引腳。</p><p>　　圖2-2 80C51引腳圖</

30、p><p><b>　　1.電源</b></p><p>　　(1)Vcc——芯片電源，接５Ｖ；</p><p>　　(2)GND——接地端。</p><p><b>　　2.時鐘</b></p><p>　　XTAL1、XTAL2——晶體振蕩電路反相輸入端和輸出端。使用內部振蕩

31、電路時外接石英晶體。</p><p><b>　　3.控制線</b></p><p>　　控制線共有4根，其中3根是復用線。所謂復用線是指具有兩種功能，正常使用時是一種功能，在某種條件下是另一種功能。</p><p>　　(1)ALE/PROG——地址鎖存允許/片內EPROM編程脈沖。</p><p>　　ALE功能：用

32、來鎖存P0口送出的低8位地址。</p><p>　　80C51在并行擴展外存儲器（包括并行擴展I/O口）時，P0口用于分時傳送低8位地址和數據信號，且均為二進制數。那么如何區(qū)分是低8位地址還是8位數據信號呢？當ALE信號有效時，P0口傳送的是低8位地址信號；ALE信號無效時，P0口傳送的是8位數據信號。在ALE信號的下降沿，鎖定P0口傳送的內容，即低8位地址信號。</p><p>　　需要

33、指出的是，當CPU不執(zhí)行訪問外RAM指令（MOVX）時，ALE以時鐘振蕩頻率1 / 6的固定頻率輸出，因此ALE信號也可作為外部芯片CLK時鐘或其他需要。但是，當CPU執(zhí)行MOVX指令時，ALE將跳過一個ALE脈沖。</p><p>　　ALE端可驅動8個LSTTL門電路。</p><p>　　PROG功能：片內有EPROM的芯片，在EPROM編程期間，此引腳輸入編程脈沖。</p&g

34、t;<p>　　(2)PSEN——外ROM讀選通信號。</p><p>　　80C51讀外ROM時，沒個機器周期內PSEN兩次有效輸出。PSEN可作為外ROM芯片輸出允許OE的選通信號。在讀內ROM或讀外RAM時，PSEN無效。</p><p>　　PSEN可驅動8個LSTTL門電路。 </p><p>　　(3)RST/Vpd——復位/備用電源。&l

35、t;/p><p>　　正常工作時，RST（Reset）端為復位信號輸入端，只要在該引腳上連續(xù)保持兩個機器周期以上高電平，80C51芯片即實現復位操作，復位后一切從頭開始，CPU從0000H開始執(zhí)行指令。</p><p>　　Vpd功能：在Vcc掉電情況下，該引腳可接上備用電源，由Vpd向片內供電，以保持片內RAM中的數據不丟失。</p><p>　　(4)EA/Vpp

36、——內外ROM選擇/片內EPROM編程電源。</p><p>　　EA功能：正常工作時，EA為內外ROM選擇端。80C51單片機ROM尋址范圍為64KB，其中4KB在片內，60KB在片外（80C31芯片無內ROM，全部在片外）。當EA保持高電平時，先訪問內ROM，但當PC（程序計數器）值超過4KB（0FFFH）時，將自動轉向執(zhí)行外ROM中的程序。當EA保持低電平時，則只訪問外ROM，不管芯片內有否內ROM。對80

37、C31芯片，片內無ROM，因此EA必須接地。</p><p>　　Vpp功能：片內有EPROM的芯片，在EPROM編程期間，此引腳用于施加編程電源Vpp。</p><p>　　對4個控制引腳，應熟記起第一功能，了解其第二功能。</p><p>　　嚴格來講，80C51的控制線還應該包括P3口的第二功能。</p><p><b>　　

38、(5)I/O引腳</b></p><p>　　80C51共有4個8位并行I/O端口,共32個引腳</p><p>　　P0口——8位雙向I/O口。在不并行擴展外存儲器(包括并行擴展I/O口)時, P0口可用作雙向I/O口。</p><p>　　在并行擴展外存儲器(包括并行擴展I/O口)時, P0口可用于分時傳送低8位地址(地址總線)和8位數據信號(數據總

39、線)。位結構如圖2-3所示。P0口能驅動8個LSTTL門。</p><p>　　圖2-3 P0口位結構</p><p>　　P1口——8位準雙向I/O口(“準雙向”是指該口內部有固定的上拉電阻)。位結構如圖2-4所示。P1口能驅動為4個LSTTL門。</p><p>　　圖 2-4 P1口位結構</p><p>　　P2口——8位準雙向I

40、/O口。在不并行擴展外存儲器(包括并行擴展I/O口)時, P2口可用作雙向I/O口。在并行擴展外存儲器(包括并行擴展I/O口)時, P2口可用于傳送高8位地址(屬地址總線) 。P2口能驅動4個LSTTL門。P2口的位結構如圖2-5所示，引腳上拉電阻同P1口。在結構上，P2口比P1口多一個輸出控制部分。</p><p>　　圖 2-5 P2口位結構</p><p>　　P3口——8位準雙向

41、I/O口。可作一般I/O口用,同時P3口每一引腳還具有第二功能,用于特殊信號輸入輸出和控制信號(屬控制總線)。P3口驅動能力為4個LSTTL門。</p><p>　　圖 2-6 P3口位結構</p><p>　　P3口第二功能如下:</p><p>　　P3.0——RXD:串行口輸入端;</p><p>　　P3.1——TXD:串行口輸出端

42、;</p><p>　　P3.2——INT0:外部中斷0請求輸入端;</p><p>　　P3.3——INT1:外部中斷1請求輸入端</p><p>　　P3.4——T0:定時/計數器0外部信號輸入端;</p><p>　　P3.5——T1:定時/計數器1外部信號輸入端;</p><p>　　P3.6——WR:外RAM

43、寫選通信號輸出端;</p><p>　　P3.7——RD:外RAM讀選通信號輸出端。</p><p>　　上述4個I/O口,各有各的用途。 在不并行擴展外存儲器(包括并行擴展I/O口)時, 4個I/O口都可作為雙向I/O口用。在并行擴展外存儲器(包括并行擴展I/O口)時, P0口專用于分時傳送低8位地址信號和8位數據信號,P2口專用于傳送高8位地址信號。P3口根據需要常用于第二功能,真正可

44、提供給用戶使用的I/O口是P1口和一部分未用作第二功能的P3口端線。</p><p>　　第3章 單片機硬件可靠性設計思想及設計</p><p>　　3.1 可靠性設計思想</p><p>　　根據可靠性理論和人機工程學原理，任何單片機系統(tǒng)都可以劃分為人、硬件、軟件、環(huán)境 + 個子系統(tǒng)，其中，硬件是單片機系統(tǒng)的基礎，軟件則是單片機系統(tǒng)的靈魂；硬件、軟件必須適應人和環(huán)

45、境的要求。因此，單片機系統(tǒng)可靠性設計的思路主要以故障為核心，根據人—環(huán)境特性，分別從硬件、軟件兩個方面展開避錯設計和容錯設計。在工程實踐中，避錯設計主要以抗干擾設計為內容，通過采取適當的抗干擾措施，使系統(tǒng)免受各種干擾因素的影響而正常運行；容錯設計則更進一步，對一些無法避免的錯誤，通過適當的診錯容錯，使系統(tǒng)仍能正常運行，主要以故障診斷和處理為內容。因此，單片機系統(tǒng)可靠性設計主要包括避錯設計、容錯設計、合理性設計、環(huán)境適應性設計，內容雖有交

46、叉但各有側重，這幾個方面的完美組合是一個單片機系統(tǒng)可靠運行的有力保障。</p><p><b>　　3.2 可靠性設計</b></p><p>　　3.2.1單片機硬件子系統(tǒng)人—環(huán)境特性</p><p>　　單片機在石油測井行業(yè)的應用主要集中在數據采集和處理方面，如下井儀數據采集與傳輸、地面儀數據采集與處理等等，這些應用要經受惡劣環(huán)境的考驗，單

47、片機硬件子系統(tǒng)人—環(huán)境特性可歸納為下圖所示內容。</p><p>　　硬件子系統(tǒng)人—環(huán)境特性示意圖</p><p>　　當然，單片機系統(tǒng)應用現場的環(huán)境干擾是客觀存在的，也不可能徹底消除，只有當干擾因素對單片機系統(tǒng)可靠運行構成威脅時，才必須采取適當的措施進行隔離、濾除和屏蔽。</p><p>　　3.2.2單片機系統(tǒng)硬件可靠性設計的途徑</p><

48、p>　　單片機系統(tǒng)硬件可靠性設計主要有以下三條途徑：</p><p>　?。ㄒ唬┨岣呦到y(tǒng)設計的合理性；</p><p>　　（二）選用高可靠的元器件；</p><p>　?。ㄈ┽槍θ恕h(huán)境特性采取相應的可靠性措施。</p><p>　　提高系統(tǒng)設計的合理性</p><p>　?。?）各類器件的速度要匹配，高、低

49、速器件不應混用；</p><p>　　（2）各類器件的電平要匹配，器件接口應考慮電平匹配；</p><p>　　（3）各類器件的溫度性能要匹配，高、低溫器件不應混用；</p><p>　?。?）各類器件的可靠性等級要匹配，不同可靠性等級的器件不應混用；</p><p>　?。?）合理選用系統(tǒng)時鐘；在滿足實時性要求的前提下，選用較低的系統(tǒng)時鐘，

50、可以降低對其它元器件的速度要求，有利于提高硬件運行的可靠性，工業(yè)上常用！石油測井行業(yè)下井儀數據采集及遙傳通信已用到。</p><p>　?。?）合理設計系統(tǒng)結構，如器件的安裝結構、連接件的選型、布局。</p><p>　　目前，單片機系統(tǒng)的主機板、接口板、鍵盤板之間的相互連接要通過總線板上的插槽，這些插槽及印制板引線、制板工藝嚴重影響系統(tǒng)的可靠性，最明顯的例子是 0( 機上的顯卡、(01

51、轉接卡插接不可靠經常影響用戶正常使用，這一點也應引起 0( 機行業(yè)的關注。對此類錯誤，可通過減少中間環(huán)節(jié)的方法，或不用插槽而改為帶卡緊裝置的插頭、插座等措施加以避免。</p><p>　　選用高可靠的元器件；</p><p>　?。?）選用可靠性等級高的元器件；</p><p>　?。?）元器件篩選，從而分級分類使用元器件。針對人—環(huán)境特性采取的可靠性措施針對各種干

52、擾源，采取相應的抗干擾措施，有關單片機應用系統(tǒng)設計的文獻論述較多，比如電源抗干擾問題、接 地 問 題，傳 輸 線 抗 干 擾 問 題，電磁干擾問題，沒有必要在此重復。文章主要介紹在研制單片機測井儀時，采取的一些可靠性措施：</p><p>　?。?）根據硬件功能，在具體實現上進行模塊化布局，包括板級和印制板內部單元電路兩個層次；比如將測量不同參數（井溫、核測井信號）的電路劃分成不同的接口板；在板內又盡可能將模擬電

53、路和數字電路各自集中在一起布局；</p><p>　?。?）元器件布局及引線走向符合信號傳輸特性；</p><p>　?。?）印制板電源入口處增加大、小容量電容濾除低、高頻電源干擾；</p><p>　?。?）在同一印制板上同一組電源不翻面走線，杜絕不同電源之間交叉互擾現象；</p><p>　　（7）所集成芯片供電引腳最近的地方設計去藕電容

54、，能夠確保集成芯片可靠地工作；</p><p>　?。?）在模擬輸出通道上加裝調零電路，可有效地抑制輸出零漂；</p><p>　　針對人—環(huán)境特性采取相應的可靠性措施</p><p>　?。?）抗振設計：為了適應強振動環(huán)境，抗振設計已經得到了普遍重視。也可借鑒工控計算機上采用的一些抗振設計措施，對器件的安裝方式進行合理設計，增強單片機系統(tǒng)的抗振能力。</p&

55、gt;<p>　?。?） 插拔器件：單片機系統(tǒng)中插拔器件較多，防止這類器件從插座脫落非常重要，除了選用性能較好的插座之外，可采取措施使器件與插座成為一起，如金屬卡，涂敷高溫硅橡膠等。</p><p>　?。?）系統(tǒng)低功耗設計：為了適應高溫環(huán)境，加裝保溫瓶和系統(tǒng)低功耗設計是兩條有效途徑。在下井儀中應用的單片機系統(tǒng)，安裝空間有限，散熱條件惡劣，簡化設計、采用低功耗高集成度元器件的要求更為突出。所用 (0

56、1 及其它器件至少要達到軍品級，否則就無法正常工作。因此用最小系統(tǒng)完成所需功能就成為必然選擇。</p><p>　?。?）輻射效應：微電子器件受到輻射后會引起表面翻轉及其相關的漏電流發(fā)生，航天和通訊領域應用的839: 微波單片集成電路很好的解決了這一問題。目前，石油測井行業(yè)還未見輻射效應影響系統(tǒng)可靠性的報道，但同類器件在石油測井行業(yè)應用時，對輻射屏蔽應有所考慮。</p><p>　　第4章

57、 單片機軟件可靠性設計</p><p>　　4.1 軟件可靠性設計</p><p>　　軟件是一種邏輯性系統(tǒng)元素，具有抽象性、嚴密性、智力性、持久性、易出錯、須維護、難以度量等特征，軟件編制過程與人密切相關，錯誤在所難免，并具有傳染性。問題是如何使軟件錯誤減少到最少，出錯以后又具有一定的診錯容錯能力。這是軟件可靠性設計必須解決的問題。</p><p>　　軟件子系統(tǒng)

58、人—環(huán)境特性示意圖</p><p>　　4.1.1 單片機系統(tǒng)軟件可靠性設計的途徑</p><p>　　軟件 設 計 錯 誤 是 造 成 軟 件 運 行 不 可 靠 的 主 要 因素［!］，但設計正確的軟件并不一定就能可靠運行，因為軟件在運行過程中還要受到來自內外的各種干擾，為此單片機系統(tǒng)軟件可靠性設計主要有以下兩條途徑：</p><p>　?。ㄒ唬┨岣哕浖O計的正

59、確性；</p><p>　?。ǘ┽槍θ恕h(huán)境特性采取相應的可靠性措施。</p><p>　　提高軟件設計的正確性</p><p>　?。?）認真設計：在明確單片機系統(tǒng)各組成部分硬件地址的基礎上，深刻領會匯編語言指令的功能及其對機器狀態(tài)字的影響，正確劃分片內的功能，認真細致的編寫系統(tǒng)軟件。在編寫過程中可借鑒軟件工程的一些具體作法，如按照信息流向逐級設計數據流圖，編寫

60、程序時盡量增加注釋語句，同時編寫好軟件文檔，使程序易懂透明，增強軟件的可讀性和可維護性。</p><p>　?。?）合理安排中斷：根據系統(tǒng)特點合理安排中斷所完成的功能及中斷的優(yōu)先級，中斷現場的保護和恢復，避免中斷沖突，對于系統(tǒng)運行非常重要。</p><p>　?。?）模塊化結構：根據系統(tǒng)功能將軟件分成若干個模塊，這樣不但編程思路清楚，不易出錯而且也便于閱讀和調試。</p>&

61、lt;p>　　（4）恰當安排軟件陷阱：軟件在運行過程中可能出現失控 現 象，例 如 受 到 3333 4 4 4 干 擾 或 程 序 飛 逸 到3333 4 4 4 非程序區(qū)，這時就會錯誤的執(zhí)行 56 +7，,指令，造成 +7 內容錯誤變化。因此在未使用的向量、非程序區(qū)、程序斷裂點、編程應用到 +7 的重要程序段埋設軟件陷阱，以捕捉飛逸的程序。</p><p>　?。?）恰當采用指令冗余技術：在不影響實時性

62、的前提下，同一指令的反復執(zhí)行，或用三選二策略進行判決，有利于消除偶然干擾，提高軟件運行的可靠性。</p><p>　?。?）軟件消抖措施：按鍵操作中的意外抖動經常發(fā)生，為了消除不利影響，在鍵處理程序中，采用延時再判的方法，能夠保證人機對話可靠進行。</p><p>　?。?）應用直接地址：對固定寄存器區(qū)的寄存器 +@，用代號不如用直接地址來得可靠，因此在軟件設計過程中應盡量采用直接地址，避

63、免發(fā)生誤傳遞。</p><p>　?。?）應用數字濾波技術：在參數測量中，為了消除隨機干擾，經常采用數字濾波技術。比如對核測井信號采用加權平滑消除高斯噪聲；對井溫信號采用中值濾波，或程序判斷濾波，對于明顯超出正常取值范圍的數據予以剔除，從而提高采樣的可信度。</p><p>　?。?）軟件容錯設計：軟件容錯設計是一個困難的話題，因為它需要了解各類軟件錯誤形態(tài)，進而決定具體的容錯算法。對單片

64、機系統(tǒng)而言，可采取一些簡單的容錯處理，如對于一些重要參數的輸入，要求用戶兩次確認；對于非法的參數輸入，單片機將自動復位。</p><p>　　第5章 調試與功能說明</p><p>　　單片機應用系統(tǒng)的調試包括硬件和軟件兩部分，但是他們并不能完全分開。一般的方法是排除明顯的硬件故障，再進行綜合調試，排除可能的軟/硬件故障。</p><p><b>　　5.

65、1 硬件調試</b></p><p>　　拿到電路板后，首先要檢查加工質量，并確保沒有任何方面的錯誤，如短路和斷路，尤其要避免電源短路；元器件在安裝前要逐一檢查，用萬用表測其數值，看是否與所用相同；完成焊接后，應先空載上電（芯片座上不插芯片），并檢查各引腳的電位是否正確。若一切正常，方可在斷電的情況下將芯片插入，再次檢查各引腳的電位及其邏輯關系。將萬用表的探針放到單片機接電源的引腳上檢測一下，看是否符

66、合要求。</p><p>　　5.2 軟件調試問題及解決</p><p>　　軟件程序的調試一般可以將重點放在分模塊調試上，統(tǒng)調是最后一環(huán)。軟件調試可以采取離線調試和在線調試兩種方式。前者不需要硬件仿真器，可借助于軟件仿真器即可；后者一般需要仿真系統(tǒng)的支持。本次課題，Keil軟件來調試程序，通過各個模塊程序的單步或跟蹤調試，使程序逐漸趨于正確，最后統(tǒng)調程序。</p><

67、p>　　仿真部分采用protus 6 professional軟件，此軟件功能強大且操作較為簡單，可以很容易的實現各種系統(tǒng)的仿真。</p><p>　　首先打開protus 6 professional軟件，在元件庫中找到要選用的所有元件，然后進行原理圖的繪制；繪制好后再選擇wave6000已經編譯好的*.hex文件，選擇運行，觀察顯示結果，根據顯示的結果和課題的要求再修改程序，再運行查，直到滿足要求。&l

68、t;/p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]《51系列單片機高級實例開發(fā)指南》李軍 北京航空航天大學出版社</p><p>　　[2]《MCS—51/96系列單片機原理及應用》孫涵芳 北京航空航天大學出版社</p><p>　　[3]《單片機原理及應用》 歐陽斌林 中國水利水電出版社<

69、;/p><p>　　[4]《電子技術基礎》 許熙文 高等教育出版社</p><p>　　[5]《電路基本分析》石生 高等教育出版社</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　首先衷心地感謝我的導師zz老師。本文從選題到完成，從理論上的探討到實際問題的解決，無處不飽含著zz老師的心血。zz老師的悉心指導

70、和建議給了我極大的幫助和支持，使我受益匪淺，在此論文完成之際，謹zz向老師致以深深的謝意和崇高的敬意。</p><p>　　我在這一次單片機可靠性設計過程中，受益匪淺。通過對自己在大學三年時間里所學的知識的回顧，并充分發(fā)揮對所學知識的理解和對畢業(yè)設計的思考，最終完成了。這為自己今后進一步深化學習，積累一定寶貴的經驗。撰寫論文的過程也是專業(yè)知識的一部分，一個學習的過程，它使我運用已有的專業(yè)基礎知識，對其進行設計，分