有關(guān)單片機(jī)控制電路問(wèn)題探討

蔣偉

摘 要：文章以單片機(jī)控制電路為切入點(diǎn)，首先對(duì)單片機(jī)控制電路常見(jiàn)的問(wèn)題進(jìn)行總結(jié)分析，包括硬件問(wèn)題、判斷方案、C語(yǔ)言故障、干擾性故障等，并對(duì)單片機(jī)控制電路可靠性設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；控制電路；故障；問(wèn)題；可靠性

引言

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，微控制器得以廣泛應(yīng)用，在這個(gè)過(guò)程中單片機(jī)不可避免地出現(xiàn)故障問(wèn)題，如硬件問(wèn)題、軟件問(wèn)題等，一些問(wèn)題甚至?xí)?duì)企業(yè)質(zhì)量信譽(yù)產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，因此，對(duì)單片機(jī)控制電路問(wèn)題進(jìn)行研究具有重要意義。文章對(duì)有關(guān)單片機(jī)控制電路問(wèn)題進(jìn)行研究和探討，不足之處，敬請(qǐng)指正。

1 單片機(jī)控制電路問(wèn)題分析

1.1 硬件問(wèn)題

在單片機(jī)控制電路中因?yàn)檫壿嬏幚矶霈F(xiàn)誤差導(dǎo)致故障問(wèn)題，出現(xiàn)問(wèn)題的原因大多是因?yàn)樽畛踉O(shè)計(jì)本身就存在質(zhì)量缺陷，這類質(zhì)量缺陷可能是控制電路觸角焊點(diǎn)假焊、虛焊等，從而導(dǎo)致控制電路和其他線路之間開(kāi)路的問(wèn)題，假焊而產(chǎn)生的故障解決也比較困難，尤其是電路板上導(dǎo)電銅片，因?yàn)榧俸付鴮?dǎo)致氧化物大量堆積，微控制器偶爾導(dǎo)通、偶爾關(guān)閉，這是導(dǎo)致單片機(jī)邏輯處理功能失去作用的重要因素。

微控制器內(nèi)，控制電路電子元件失去作用，造成整體線路故障；電阻故障而導(dǎo)致電阻值變大，造成整個(gè)集成電路無(wú)法正常工作；電容無(wú)法正常充放電而導(dǎo)致集成電路故障；二極管燈跳級(jí)導(dǎo)通，引發(fā)整體電路故障問(wèn)題，導(dǎo)致控制電路失效；電路觸角假焊、電氣元件導(dǎo)致系統(tǒng)失穩(wěn)。以上這些故障問(wèn)題，統(tǒng)稱為單片機(jī)控制電路的硬件故障。

1.2 判斷方案

控制電路中因?yàn)殡娐肪€路復(fù)雜，每一個(gè)單獨(dú)的控制線路會(huì)選擇統(tǒng)一的電子元件、集成塊，在對(duì)其進(jìn)行維修保養(yǎng)時(shí)，可以進(jìn)行斷路，直接把完好的元部件代替故障元部件，也可以選擇同樣的電子元件進(jìn)行替換，然而要確保對(duì)故障進(jìn)行準(zhǔn)確判斷后才可恢復(fù)電路，假如斷開(kāi)故障位置卻沒(méi)有任何發(fā)現(xiàn)，則應(yīng)繼續(xù)排查，直至找到故障所在，才可逐步恢復(fù)電路。要是依然找不到故障位置，可以采取分段式排查的方法，從最先開(kāi)始出現(xiàn)故障問(wèn)題的地方逐步排查，找到故障問(wèn)題元件后，或準(zhǔn)確找到電路位置之后，可以采取假負(fù)載的方式進(jìn)行測(cè)試，對(duì)故障問(wèn)題進(jìn)行測(cè)試時(shí)，假如假負(fù)載出現(xiàn)故障，則找到準(zhǔn)確位置。

1.3 C語(yǔ)言故障

隨著單片機(jī)的不斷發(fā)展和應(yīng)用，編程語(yǔ)言也在不斷更新和進(jìn)步，從以往的B語(yǔ)言向C語(yǔ)言發(fā)展，且C語(yǔ)言得到了廣泛應(yīng)用，因?yàn)镃語(yǔ)言具有更加簡(jiǎn)潔、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嫿Y(jié)構(gòu)，且編輯程序的速度快，但在實(shí)際編輯時(shí)會(huì)由于存在大量數(shù)據(jù)碎片，而導(dǎo)致中央處理器內(nèi)部和儲(chǔ)存空間變小，繼而對(duì)單片機(jī)運(yùn)行速度造成影響。數(shù)據(jù)碎片的積累而導(dǎo)致單片機(jī)死機(jī)的現(xiàn)象，因?yàn)楫a(chǎn)品不同，編寫程序也有所區(qū)別，此時(shí)在維修過(guò)程中首先要對(duì)存儲(chǔ)空間進(jìn)行格式化處理，確保程序輸入具有完整性，對(duì)中央處理器要做好測(cè)試工作，假如存在故障問(wèn)題，則及時(shí)更換。

1.4 干擾性故障

嵌入式單片機(jī)對(duì)電子類產(chǎn)品大規(guī)模地應(yīng)用，在原裝位置處經(jīng)常出現(xiàn)電磁波干擾的情況，假如出廠時(shí)沒(méi)有做好抗干擾測(cè)試工作，單片機(jī)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行之后就會(huì)由于電磁干擾而產(chǎn)生干擾性故障。干擾性故障的特點(diǎn)是存儲(chǔ)數(shù)據(jù)過(guò)程中有斷碼衰落的情況，嵌入式單片機(jī)運(yùn)算也出現(xiàn)混亂現(xiàn)象，中央處理器高運(yùn)算運(yùn)行直至最后破損。常規(guī)解決方法是選擇復(fù)位功能，然而這樣做只是治標(biāo)不治本，由于經(jīng)常使用復(fù)位功能，而使得微控制器的整體性能降低，最佳方法應(yīng)是直接更換具有抗干擾性能的單片機(jī)。

1.5 迅速判斷故障方案

單片機(jī)控制電路存在故障問(wèn)題，可以先選擇震動(dòng)判斷法，具體是利用木質(zhì)絕緣木條對(duì)電路板、電子元件輕輕地敲打，以此對(duì)元部件有無(wú)假焊情況進(jìn)行迅速判斷，假如在無(wú)法通電的情況下微控制器存在這個(gè)問(wèn)題，此時(shí)需要模擬電源進(jìn)行故障排查工作，利用測(cè)試端口和設(shè)備連接，通過(guò)系統(tǒng)測(cè)試儀器設(shè)備對(duì)故障進(jìn)行判斷，利用頻率信號(hào)間的區(qū)別，能獲取故障的位置。微控制器在對(duì)故障進(jìn)行判斷時(shí)，出現(xiàn)的故障問(wèn)題較多，因?yàn)榭刂齐娐冯`屬于不同的系統(tǒng)，同時(shí)因?yàn)楫a(chǎn)品的不同導(dǎo)致故障也五花八門，但是深入分析發(fā)現(xiàn)大多數(shù)故障是因?yàn)橛布糠中阅芙档投斐傻?，除此之外還有許多屬于編程部分的軟件故障。

2 單片機(jī)控制電路可靠性設(shè)計(jì)

單片機(jī)控制電路的可靠性設(shè)計(jì)，要借助可靠性理論及人機(jī)工程學(xué)的相關(guān)原理，因此，可以把單片機(jī)系統(tǒng)分為四個(gè)子系統(tǒng)，分別是人、硬件、軟件以及環(huán)境，其中硬件是其基礎(chǔ)，軟件是其靈魂。單片機(jī)控制電路可靠性設(shè)計(jì)的思路要以上文中提到的故障為關(guān)鍵，按照人-環(huán)境特點(diǎn)，從硬件、軟件兩個(gè)方面開(kāi)展避錯(cuò)設(shè)計(jì)和容錯(cuò)設(shè)計(jì)。

2.1 硬件可靠性設(shè)計(jì)

一般來(lái)說(shuō)，硬件可靠性設(shè)計(jì)方面可以從以下方面著手：（1）促進(jìn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)科學(xué)合理性的提升；（2）盡量選擇穩(wěn)定可靠的元器件；（3）對(duì)于人-環(huán)境特點(diǎn)選擇穩(wěn)定可靠性對(duì)策。其中，硬件系統(tǒng)人-環(huán)境特點(diǎn)示意圖如圖1所示。

具體而言，系統(tǒng)設(shè)計(jì)科學(xué)合理性方面，要確保器件速度匹配、電平匹配、溫度性能匹配、可靠性等級(jí)匹配，對(duì)系統(tǒng)時(shí)鐘、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)等進(jìn)行科學(xué)合理設(shè)計(jì)，從而提升單片機(jī)控制電路可靠性，降低故障概率。實(shí)際上，對(duì)于人-環(huán)境特點(diǎn)對(duì)可靠性對(duì)策進(jìn)行選擇才是重點(diǎn)，比如，按照硬件功能采取模塊化布局；元器件布局和引線走向不能和信號(hào)傳輸特點(diǎn)有沖突；印制板電源入口處降低電磁干擾；同時(shí)要注意抗振設(shè)計(jì)、低功耗設(shè)計(jì)及輻射效應(yīng)。

2.2 軟件可靠性設(shè)計(jì)

軟件可靠性設(shè)計(jì)和人有直接關(guān)系，編程過(guò)程中錯(cuò)誤不可避免，單片機(jī)控制電路軟件可靠性設(shè)計(jì)可以從以下方面著手：（1）促進(jìn)軟件設(shè)計(jì)正確性的提升；（2）對(duì)于人-環(huán)境特點(diǎn)選擇穩(wěn)定可靠性對(duì)策。其中，軟件系統(tǒng)人-環(huán)境特點(diǎn)示意圖如圖2所示。

具體而言，可以從認(rèn)真設(shè)計(jì)、合理安排中斷以及模塊化結(jié)構(gòu)方面，促進(jìn)軟件設(shè)計(jì)正確性的提升。對(duì)于人-環(huán)境特點(diǎn)選擇可靠性對(duì)策是重點(diǎn)，在合適的位置安排軟件陷阱、選擇合適的指令冗余技術(shù)、NOP指令、采取合適的消抖對(duì)策，應(yīng)用直接地址和數(shù)字濾波技術(shù)，同時(shí)注意軟件容錯(cuò)設(shè)計(jì)及軟硬結(jié)合的系統(tǒng)診斷技術(shù)，以上這些方法都是提高單片機(jī)控制電路軟件可靠性設(shè)計(jì)水平的方法。

3 結(jié)束語(yǔ)

總之，隨著單片機(jī)的廣泛應(yīng)用，單片機(jī)控制電路故障問(wèn)題是不可避免的，包括本身設(shè)計(jì)存在缺陷、焊點(diǎn)假焊、虛焊等故障問(wèn)題，但是可以從硬件、軟件兩個(gè)方面提升單片機(jī)控制電路設(shè)計(jì)水平。文章對(duì)有關(guān)單片機(jī)控制電路問(wèn)題進(jìn)行研究，以期對(duì)于單片機(jī)的應(yīng)用和發(fā)展起到促進(jìn)作用。

參考文獻(xiàn)

[1]朱志偉.基于單片機(jī)通訊協(xié)議的現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)[J].科技資訊， 2011（24）.

[2]郭源源，陸文麗.基于單片機(jī)的遙控多媒體演示系統(tǒng)[J].企業(yè)科技與發(fā)展，2011（17）.

[3]李紅超，段學(xué)習(xí)，王蘊(yùn)嶺.基于單片機(jī)的PLC數(shù)據(jù)采集模塊實(shí)現(xiàn)[J].中小企業(yè)管理與科技（上旬刊），2011（9）.