可靠性與抗干擾技術(shù)

1、 第六章第六章 可靠性與抗干擾技術(shù)可靠性與抗干擾技術(shù)可靠性概述可靠性概述 一、可靠性的基本概念一、可靠性的基本概念 1可靠率可靠率 設(shè)有設(shè)有N臺(tái)相同的儀器，使它們同時(shí)工作在同樣的條件下，從它們開始運(yùn)臺(tái)相同的儀器，使它們同時(shí)工作在同樣的條件下，從它們開始運(yùn)行到行到t時(shí)刻的時(shí)間內(nèi)，有時(shí)刻的時(shí)間內(nèi)，有F(t)臺(tái)儀器發(fā)生故障，其余臺(tái)儀器發(fā)生故障，其余S(t)臺(tái)儀器仍正常工作臺(tái)儀器仍正常工作 可靠率可靠率R(t) 為為 不可靠率不可靠率Q(t) 為為 在規(guī)定條件下和規(guī)定時(shí)間內(nèi)儀器完成所規(guī)定任務(wù)的成功率。在規(guī)定條件下和規(guī)定時(shí)間內(nèi)儀器完成所規(guī)定任務(wù)的成功率。 可靠性的基本概念可靠性的基本概念 2失效率失效率

2、 儀器運(yùn)行到儀器運(yùn)行到t時(shí)刻后單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生故障的儀器臺(tái)數(shù)與時(shí)刻后單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生故障的儀器臺(tái)數(shù)與t時(shí)刻完好儀器臺(tái)數(shù)之比。時(shí)刻完好儀器臺(tái)數(shù)之比。 設(shè)設(shè)N臺(tái)儀器的可靠率為臺(tái)儀器的可靠率為 R(t) 在在t時(shí)刻到時(shí)刻到t+t時(shí)刻失效的設(shè)備數(shù)為時(shí)刻失效的設(shè)備數(shù)為 單位時(shí)間內(nèi)的失效率為單位時(shí)間內(nèi)的失效率為 t時(shí)刻完好儀器臺(tái)數(shù)為時(shí)刻完好儀器臺(tái)數(shù)為 失效率失效率(t)為為 寫成微分形式寫成微分形式 正常使用狀態(tài)下，儀器失效率正常使用狀態(tài)下，儀器失效率(t)是不隨時(shí)間而變化的，是不隨時(shí)間而變化的，(t)=常數(shù)，因而常數(shù)，因而對(duì)上式積分得對(duì)上式積分得 可見，儀器經(jīng)過一段時(shí)間老化后，其可靠性符合指數(shù)規(guī)律?？梢?，儀

3、器經(jīng)過一段時(shí)間老化后，其可靠性符合指數(shù)規(guī)律。 失效率也可用下式進(jìn)行計(jì)算失效率也可用下式進(jìn)行計(jì)算 傳統(tǒng)失效率曲線傳統(tǒng)失效率曲線早期故障期：早期故障期：在儀器剛投入使用時(shí)，大多由于設(shè)計(jì)不當(dāng)與工藝上的缺陷，失效率較高。在儀器剛投入使用時(shí)，大多由于設(shè)計(jì)不當(dāng)與工藝上的缺陷，失效率較高。 偶然故障期：偶然故障期： 平均失效變得較小且為常數(shù)，故障多由隨機(jī)因素造成的，最佳使用期平均失效變得較小且為常數(shù)，故障多由隨機(jī)因素造成的，最佳使用期 。耗損故障期：耗損故障期：長期使用后故障逐漸增多，由于儀器的部分元器件使用壽命已到。長期使用后故障逐漸增多，由于儀器的部分元器件使用壽命已到。 新的浴盆曲線模型新的浴盆曲線模

4、型 壽命較長的壽命較長的“優(yōu)質(zhì)優(yōu)質(zhì)”元器件，它的失效是由于長期使用產(chǎn)生磨損和衰老引起元器件，它的失效是由于長期使用產(chǎn)生磨損和衰老引起 命較短的命較短的“畸變畸變”元器件，其失效是由于元器件中存在著某種缺陷元器件，其失效是由于元器件中存在著某種缺陷 壽命很短的壽命很短的“早期失效早期失效”元器件，其失效是由于設(shè)備組裝工藝引入的損傷元器件，其失效是由于設(shè)備組裝工藝引入的損傷 新曲線仍有一個(gè)初始期和衰老期，但恒定失效率期卻被一個(gè)新曲線仍有一個(gè)初始期和衰老期，但恒定失效率期卻被一個(gè)“畸變畸變”失效期失效期和一個(gè)無失效期所代替和一個(gè)無失效期所代替 其他基本概念其他基本概念3平均故障間隔時(shí)間平均故障間隔時(shí)

5、間 與可靠率相關(guān)與可靠率相關(guān) 4平均修復(fù)時(shí)間和可用性平均修復(fù)時(shí)間和可用性5可靠性與經(jīng)濟(jì)性可靠性與經(jīng)濟(jì)性 為提高可靠性需要采用一些措施，必然增加一部分費(fèi)用。但可靠率提高后，為提高可靠性需要采用一些措施，必然增加一部分費(fèi)用。但可靠率提高后，使用效率提高、使用時(shí)間延長、減少維護(hù)費(fèi)用?？傮w上看劃算。使用效率提高、使用時(shí)間延長、減少維護(hù)費(fèi)用。總體上看劃算。 可靠性的總體考慮可靠性的總體考慮 可靠性包括系統(tǒng)的硬件和軟件可靠性可靠性包括系統(tǒng)的硬件和軟件可靠性 1系統(tǒng)設(shè)計(jì)的進(jìn)程系統(tǒng)設(shè)計(jì)的進(jìn)程 在系統(tǒng)設(shè)計(jì)的每一步，除了考慮系統(tǒng)性能指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)外，同時(shí)要考慮有在系統(tǒng)設(shè)計(jì)的每一步，除了考慮系統(tǒng)性能指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)外，同時(shí)要

6、考慮有關(guān)可靠性的要求。關(guān)可靠性的要求。 2、生產(chǎn)及使用過程、生產(chǎn)及使用過程 在生產(chǎn)及使用過程中，對(duì)故障應(yīng)該進(jìn)行詳細(xì)記錄，定期寫出總結(jié)報(bào)告在生產(chǎn)及使用過程中，對(duì)故障應(yīng)該進(jìn)行詳細(xì)記錄，定期寫出總結(jié)報(bào)告并認(rèn)真分析，及時(shí)找出故障的原因，并仔細(xì)判別故障是由硬件還是軟件并認(rèn)真分析，及時(shí)找出故障的原因，并仔細(xì)判別故障是由硬件還是軟件引起的，是屬于正常的元器件失效還是由于設(shè)計(jì)上的疏忽。如果是由于引起的，是屬于正常的元器件失效還是由于設(shè)計(jì)上的疏忽。如果是由于設(shè)計(jì)上的錯(cuò)誤，則應(yīng)重新設(shè)計(jì)該部件。用新設(shè)計(jì)的部件代替原有部件。設(shè)計(jì)上的錯(cuò)誤，則應(yīng)重新設(shè)計(jì)該部件。用新設(shè)計(jì)的部件代替原有部件。若發(fā)現(xiàn)軟件有錯(cuò)誤，則必須認(rèn)真加以

7、修改并重新進(jìn)行調(diào)試，并用改正的若發(fā)現(xiàn)軟件有錯(cuò)誤，則必須認(rèn)真加以修改并重新進(jìn)行調(diào)試，并用改正的軟件代替舊的軟件。軟件代替舊的軟件。 （二）可靠性的分配方法（二）可靠性的分配方法1、均等分配法。、均等分配法。 2、航空無線電公司分配法。、航空無線電公司分配法。 均等分配法均等分配法 均等分配法是把相同的可靠度賦予每一部分，使它們都具有相同的可靠度。均等分配法是把相同的可靠度賦予每一部分，使它們都具有相同的可靠度。 根據(jù)前面提到的公式根據(jù)前面提到的公式 為串聯(lián)系統(tǒng)各部分的可靠度與整個(gè)系統(tǒng)可靠度的關(guān)系。如果各部分的可為串聯(lián)系統(tǒng)各部分的可靠度與整個(gè)系統(tǒng)可靠度的關(guān)系。如果各部分的可靠性是相等的，則每一部分

8、的可靠度可以分配為靠性是相等的，則每一部分的可靠度可以分配為 例例1：系統(tǒng)由3個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成，可靠度要求為0.729，按均等分配法確定分配給每個(gè)子系統(tǒng)的可靠度。 根據(jù)已知，系統(tǒng)要求可靠度為0.729，即R=0.729 根據(jù)均等分配法 航空無線電公司分配法航空無線電公司分配法 在系統(tǒng)各組成部分的可靠度有可能不相同。在系統(tǒng)各組成部分的可靠度有可能不相同。 航空無線電公司的可靠性分配方法主要包括如下幾項(xiàng)內(nèi)容 1)達(dá)到的目標(biāo)是滿足下式 式中，為系統(tǒng)總的失效率；為分配給各分系統(tǒng)的失效率。2)根據(jù)先驗(yàn)知識(shí)預(yù)計(jì)每個(gè)分系統(tǒng)的失效率 3)計(jì)算加權(quán)因子。加權(quán)因子由下式計(jì)算 4)對(duì)每一個(gè)分系統(tǒng)分配失效率 例2：系統(tǒng)由

9、3個(gè)子系統(tǒng)組成。已知各子系統(tǒng)是效率分別為 ， ， 。此系統(tǒng)要求20h可靠性為0.9，使用航空無線電公司分配法確定系統(tǒng)分配給各子系統(tǒng)的可靠度。 （1）確定系統(tǒng)總失效率 （2）確定計(jì)算加權(quán)因子（3）確定分配給各子系統(tǒng)的失效率 （4）計(jì)算各子系統(tǒng)20h可靠度 硬件可靠性設(shè)計(jì)硬件可靠性設(shè)計(jì) 構(gòu)成儀器系統(tǒng)的硬件包括構(gòu)成儀器的各種芯片及各種部件，主要有微處理器及周邊電路、IC電路芯片、電阻、電容、電感、晶體管、繼電器、插頭、插座、印刷電路板、按鍵、引線、焊點(diǎn)等。 一、影響儀器可靠性的因素一、影響儀器可靠性的因素1元器件的可靠性元器件的可靠性 儀器的故障也多因元器件損壞或變值而引起。不同的元器件使用壽命不同

10、，而且各種元器件的平均失效率差別較大，即使是同種元器件也會(huì)因生產(chǎn)廠家的不同而有很大的差異。 表6-1給出了較常用元器件在額定條件下的平均失效率 儀器設(shè)計(jì)中，并不是所有的元器件都工作在額定狀態(tài)。當(dāng)使用值不大于額定值時(shí)，平均失效率為 式中，D稱為降額因子 使用值大于額定值時(shí)，元器件的失效率將迅速增加使用值大于額定值時(shí)，元器件的失效率將迅速增加 影響儀器可靠性的因素影響儀器可靠性的因素 2工藝工藝 焊接或插接；生產(chǎn)自動(dòng)化高低；手工生產(chǎn)工人技能水平。 3電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu) 元器件數(shù)目，電路復(fù)雜程度，器件集成度。元器件排列的分散程度；減振、散熱、屏蔽及看門狗等技術(shù)的使用。4環(huán)境因素環(huán)境因素 溫度變化、濕度

11、高低、太陽輻射、腐蝕性氣體、灰塵。 振動(dòng)。 雷擊與電磁干擾。 5人為因素人為因素 設(shè)計(jì)人員；操作人員 提高儀器可靠性的措施提高儀器可靠性的措施 1元器件的選擇元器件的選擇 合理地選擇儀器的元器件，對(duì)提高儀器的硬件可靠性是一個(gè)重要步驟。 （1）集成電路的選擇和應(yīng)用）集成電路的選擇和應(yīng)用 可以根據(jù)器件手冊(cè)，查知其特性比如工作電壓、輸入電平、工作最高頻率、負(fù)載能力、開關(guān)特性、環(huán)境工作溫度、電源電流等。 為了保證可靠性，可采取以下措施，降額（應(yīng)力方面）、容差設(shè)計(jì)（溫飄、制造容差、時(shí)間漂移等）、熱設(shè)計(jì)（使用的溫度范圍內(nèi)器件性能下降在允許范圍內(nèi)，考慮自身功耗、熱阻及環(huán)境溫度等）、防靜電（不用的引腳按要求接

12、電源或接地等措施）、防過載、防寄生電容（接入去耦電容）分立半導(dǎo)體器件選擇和應(yīng)用分立半導(dǎo)體器件選擇和應(yīng)用 命名方法：命名方法：參考GB2490-74國家標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于半導(dǎo)體器件命名方法。類型選擇：類型選擇：應(yīng)用應(yīng)用應(yīng)用要求應(yīng)用要求選擇類型選擇類型開關(guān)開關(guān) 箝位箝位消反電勢(shì)消反電勢(shì) 檢波檢波開關(guān)二極管、整流二極管、穩(wěn)壓二極管、肖特基二極管整流整流不超過3KHz整流二極管超過3KHz快恢復(fù)整流二極管、開關(guān)二極管、肖特基二極管穩(wěn)壓穩(wěn)壓1V以上電壓調(diào)整二極管1V以下正偏置開關(guān)二極管、整流二極管電壓基準(zhǔn)電壓基準(zhǔn)電壓基準(zhǔn)管、電壓調(diào)整二極管穩(wěn)流穩(wěn)流電流調(diào)整二極管調(diào)諧調(diào)諧變?nèi)荻O管脈沖電壓保護(hù)脈沖電壓保護(hù)瞬變電壓抑制

13、二極管信號(hào)顯示信號(hào)顯示發(fā)光二極管光電敏感光電敏感光敏二極管、光電池、光伏探測(cè)器小功率放大小功率放大低輸出阻抗（1M以下）高頻晶體管高輸入阻抗（1M以上）場(chǎng)效應(yīng)晶體管低頻低噪聲場(chǎng)效應(yīng)晶體管功率放大功率放大工頻10KHz以上高頻功率晶體管工頻10KHz以下低頻功率晶體管開關(guān)開關(guān)通態(tài)電阻小開關(guān)晶體管通態(tài)內(nèi)部等效電壓為0場(chǎng)效應(yīng)晶體管功率、低頻（5KHz）低頻功率晶體管大電流開關(guān)、可調(diào)電源閘流晶體管光電轉(zhuǎn)換放大光電轉(zhuǎn)換放大光電晶體管電位隔離電位隔離浮地光電耦合器電阻器電阻器 各種電阻器具有各自的特點(diǎn)、性能和使用場(chǎng)合，必須按照電氣條件使用。電阻器的電氣特性主要包括阻值、額定功率、誤差、溫度系數(shù)、溫度范圍、

14、線性度、噪聲、頻率特性、穩(wěn)定性等指標(biāo)。電阻質(zhì)量判別方法：電阻質(zhì)量判別方法：引線有無折斷和燒焦現(xiàn)象；用萬用表側(cè)阻值，看是否在允許誤差范圍內(nèi)；用電阻噪聲測(cè)試儀測(cè)量電阻噪聲，本著質(zhì)量越好，噪聲電壓越小的原則。電位器質(zhì)量判別方法：電位器質(zhì)量判別方法：萬用表測(cè)量阻值，最小值越小越好，最大值越接近標(biāo)稱值越好。如果有阻值間斷、不連續(xù)說明接觸不良；同樣用電阻噪聲測(cè)試儀測(cè)量電阻噪聲。 電容器電容器 電容器的種類繁多，它們的電氣性能參數(shù)也各不一樣。電氣性能參數(shù)也包括各方面的特性。例如，容量、耐壓、損耗、誤差、溫度系數(shù)、頻率特性、線性度、溫度范圍等。在使用時(shí)必須注意這些電氣特性，否則容易出現(xiàn)問題。 質(zhì)量判別方法：質(zhì)

15、量判別方法：容值大于5100pF電容器，用萬用表10K或1K電阻檔測(cè)量電容器兩引腳。正常，表針先向0方向擺去，然后想無窮大退去，如退不到無窮大停在某一數(shù)值上，這個(gè)阻值即電容的絕緣電阻。一般在幾十M以上，如絕緣電阻小則表示電容器漏電，為0擊穿，如果表針不動(dòng)則電容器內(nèi)部開路。都不能使用 小于5100的電容，接一個(gè)NPN三極管放大后來測(cè)量。如需景區(qū)測(cè)量需要電容測(cè)量儀。 2篩選及老化篩選及老化 把所選擇的合適元器件的特性測(cè)試后，對(duì)這些元器件施加外應(yīng)力，經(jīng)過一定時(shí)間的工作，再把它們的特性重新測(cè)一遍，剔除那些不合格的元器件，這個(gè)過程稱為篩選。 篩選過程中所加的外應(yīng)力可以是電、熱和機(jī)械等 儀器系統(tǒng)的樣機(jī)做出

16、來之后，總是讓它加電工作，為的是使它更快地進(jìn)入隨機(jī)失效期。 3降額使用降額使用 降額使用就是使元器件在低于它的額定條件下工作。 電氣的：電氣的：電壓、電流、功耗、頻率等機(jī)械的：機(jī)械的：壓力、振動(dòng)、沖擊等環(huán)境方面的：環(huán)境方面的：溫度、濕度、腐蝕等4可靠的電路設(shè)計(jì)可靠的電路設(shè)計(jì) 在電路設(shè)計(jì)中，要采用簡化設(shè)計(jì)。在電路設(shè)計(jì)中，要采用簡化設(shè)計(jì)。 在電路設(shè)計(jì)中盡量采用標(biāo)準(zhǔn)元器件。在電路設(shè)計(jì)中盡量采用標(biāo)準(zhǔn)元器件。 最壞設(shè)計(jì)。最壞設(shè)計(jì)。 瞬態(tài)及過應(yīng)力保護(hù)。瞬態(tài)及過應(yīng)力保護(hù)。 減少電路設(shè)計(jì)中的誤差和錯(cuò)誤。減少電路設(shè)計(jì)中的誤差和錯(cuò)誤。 5冗余設(shè)計(jì)冗余設(shè)計(jì) 所謂冗余，就是為了保證整個(gè)系統(tǒng)在局部發(fā)生故障時(shí)能夠正常工作

17、，而在系統(tǒng)中設(shè)置一些備份部件，一旦故障發(fā)生便起動(dòng)備份部件投入工作，使系統(tǒng)保持正常工作的方法。 硬件冗余可以在元器件級(jí)、部件級(jí)、分系統(tǒng)級(jí)乃至系統(tǒng)級(jí)上進(jìn)行。 冗余設(shè)計(jì)有兩種基本結(jié)構(gòu)形式。將若干個(gè)功能相同的裝置并聯(lián)運(yùn)行，這種結(jié)構(gòu)稱為并聯(lián)系統(tǒng)。而若干個(gè)部件串聯(lián)運(yùn)行構(gòu)成的系統(tǒng)稱為串聯(lián)系統(tǒng)。6環(huán)境設(shè)計(jì)環(huán)境設(shè)計(jì) (1)溫度保護(hù)。(2)沖擊振動(dòng)保護(hù)。(3)電磁干擾保護(hù)。(4)其他環(huán)境方面的保護(hù)。包括對(duì)濕度保護(hù)、粉塵保護(hù)、腐蝕保護(hù)、防爆、 防核輻射等。 7人為因素設(shè)計(jì)人為因素設(shè)計(jì) 在人為因素設(shè)計(jì)時(shí)，必須使人機(jī)界面友好。使操作人員操作簡單，觀察直觀方便，從而減少由于人為因素造成的故障。 8對(duì)儀器進(jìn)行可靠性試驗(yàn)對(duì)儀

18、器進(jìn)行可靠性試驗(yàn) 天然暴露試驗(yàn)、高溫試驗(yàn)、低溫試驗(yàn)、潮濕試驗(yàn)、腐蝕試驗(yàn)、防塵試驗(yàn)、機(jī)械試驗(yàn)(包括振動(dòng)、碰撞、自由跌落與加速度試驗(yàn))、雷擊試驗(yàn)、防爆試驗(yàn)和電磁干擾試驗(yàn)等 軟件可靠性設(shè)計(jì)軟件可靠性設(shè)計(jì) 一、軟件的可靠性模型一、軟件的可靠性模型 對(duì)軟件系統(tǒng)很難給出一個(gè)確切的可靠度定義 數(shù)據(jù)模型：數(shù)據(jù)模型：能給出正確結(jié)果的輸入數(shù)與總輸入數(shù)的比率。 較準(zhǔn)確，但軟件的輸入數(shù)很多，要判明所有輸入下輸出的正確與否很困難。 時(shí)間模型：時(shí)間模型：0，t內(nèi)未出現(xiàn)軟件差錯(cuò)的概率。 需要先求出軟件故障率，這是比較困難的。 （故障記錄來進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析或者用經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛠砉浪悖?用戶模型：用戶模型：用戶環(huán)境下的一組典型輸入，程序

19、給出正確輸出的概率。 計(jì)算比較容易，計(jì)算結(jié)果(可靠度)的精確性取決于所選典型輸入的代表性。時(shí)間模型時(shí)間模型 （1）可靠性增長模型）可靠性增長模型 假設(shè)：一個(gè)軟件中的故障數(shù)目在t=0時(shí)是常數(shù)，隨著故障被糾正，故障數(shù)目逐漸減少。 軟件經(jīng)過一段時(shí)間調(diào)試后，剩余故障的數(shù)目用下式來估計(jì) )()(0crEIEE為調(diào)試時(shí)間 I為軟件中的指令數(shù) Er()為在時(shí)刻軟件中剩余的故障數(shù)；E0為在=0時(shí)軟件中的故障數(shù) Ec()為在0，內(nèi)糾正的故障數(shù)；時(shí)間模型時(shí)間模型 由故障數(shù)Er()可以得出軟件的風(fēng)險(xiǎn)函數(shù)（失效率失效率）)()(rCEtZ式中，C是比例常數(shù) 軟件的可靠度為（利用公式利用公式6-5） tEIECdttZ

20、cteetR)(/()(00)(軟件的平均無故障時(shí)間為（利用公式利用公式6-7） 00)(/(1)(cEICECdttRMTTF時(shí)間模型時(shí)間模型 （2）公理模型）公理模型對(duì)于軟件故障，可以憑經(jīng)驗(yàn)假定它服從某種分布規(guī)律，這就是公理模型 著名的公理模型是“軟件科學(xué)軟件科學(xué)”模型 此模型假設(shè)軟件中的故障數(shù)B可由下式確定 0EVKB 式中，K為比例常數(shù)；V為軟件的模型。 V可以進(jìn)一步表示為 )(log)(21221nnNNVn1為操作碼的種類數(shù) n2為操作數(shù)的種類數(shù)；N1為操作碼的總數(shù) N2為操作數(shù)的總數(shù)；E0為程序員出現(xiàn)失誤之前，平均可以做出的正確判斷次數(shù) 數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)模型 對(duì)一預(yù)先確定的輸入環(huán)境，

21、可靠度定義為n次連續(xù)運(yùn)行中軟件完成指定任務(wù)的概率。 假設(shè)軟件設(shè)計(jì)的功能為F，程序?qū)崿F(xiàn)的功能為F，預(yù)先確定的輸入集為 nieEi, 2 , 1:導(dǎo)致軟件故障的所有輸入的集合為Ee，即 )()( :jjjieeFeFEeeE且軟件運(yùn)行一次出現(xiàn)故障的概率為EEPe/1一次運(yùn)行正常的概率為 EEPRe/1111數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)模型 假設(shè)了所有輸入出現(xiàn)的概率相等，如果不相等，且ei出現(xiàn)的概率為Pi(i=1，2，n) 則軟件運(yùn)行一次出現(xiàn)故障的概率為 niiiPYP11)(式中 )()( 1)()( 0iiiiieFeFeFeFY軟件的可靠度(n次運(yùn)行不出現(xiàn)故障的概率)為 nnPRnR)1 ()(11由于程序的

22、合法輸入集通常很大，預(yù)先確定一個(gè)適當(dāng)大小的輸入集E是必要的。不同的用戶總是根據(jù)自己的要求來確定E，這就可能使同一個(gè)軟件時(shí)不同的用戶表現(xiàn)出不同的可靠度。 提高軟件可靠性的方法提高軟件可靠性的方法 避錯(cuò)和容錯(cuò)也是軟件可靠性設(shè)計(jì)的兩種主要方法1、認(rèn)真地進(jìn)行規(guī)范設(shè)計(jì)、認(rèn)真地進(jìn)行規(guī)范設(shè)計(jì) 即編制程序設(shè)計(jì)規(guī)范，各部門嚴(yán)格執(zhí)行。（數(shù)據(jù)類型、變量命名等都術(shù)語規(guī)范內(nèi)容） 2、可靠的程序設(shè)計(jì)方法、可靠的程序設(shè)計(jì)方法 可靠的程序設(shè)計(jì)方法包括遞歸程序設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)等常用技術(shù)。 模塊化設(shè)計(jì)思想，結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)思想要貫徹在設(shè)計(jì)的始終。 順序型、條件型和循環(huán)型。要避免goto語句的使用。 3、程序驗(yàn)證技術(shù)、程序驗(yàn)證技術(shù)

23、程序正確性證明、程序的自動(dòng)證明和程序測(cè)試技術(shù)。 4、提高軟件設(shè)計(jì)人員的素質(zhì)、提高軟件設(shè)計(jì)人員的素質(zhì) 技術(shù)素質(zhì)和思想素質(zhì)兩個(gè)方面。 5、消除干擾、消除干擾 軟件中加入抗干擾措施（硬件方面）。6、增加試運(yùn)行時(shí)間、增加試運(yùn)行時(shí)間 軟件抗干擾技術(shù)軟件抗干擾技術(shù) CPU抗干擾技術(shù)：抗干擾技術(shù)：防止因干擾造成的程序“跑飛”。 輸入輸入/輸出的抗干擾技術(shù)：輸出的抗干擾技術(shù)：消除信號(hào)中的干擾以提高系統(tǒng)精度。1硬件看門狗技術(shù)硬件看門狗技術(shù) “看門狗”技術(shù)既可以用硬件實(shí)現(xiàn)，也可以用軟件實(shí)現(xiàn)，也可以把兩者結(jié)合。 測(cè)控系統(tǒng)的應(yīng)用程序通常以循環(huán)方式運(yùn)行，且循環(huán)的時(shí)間基本固定。 “看門狗”技術(shù)就是不斷監(jiān)視程序循環(huán)運(yùn)行時(shí)間

24、 硬件看門狗是一個(gè)特殊的定時(shí)器，當(dāng)定時(shí)時(shí)間到時(shí)，發(fā)出溢出脈沖。 勿忘喂狗常用集成看門狗電路常用集成看門狗電路 MAX705708、MAX791、MAX813L、X50435045等 器件名稱器件名稱復(fù)位門限（復(fù)位門限（V）備份電池備份電池切換功能切換功能看門狗看門狗定時(shí)器定時(shí)器門限值門限值檢測(cè)器檢測(cè)器手動(dòng)手動(dòng)復(fù)位復(fù)位復(fù)位脈沖復(fù)位脈沖輸出波形輸出波形復(fù)位脈復(fù)位脈沖寬度沖寬度MAX7034.65負(fù)脈沖負(fù)脈沖200msMAX7044.40負(fù)脈沖負(fù)脈沖200msMAX7054.65負(fù)脈沖負(fù)脈沖200msMAX7064.40負(fù)脈沖負(fù)脈沖200msMAX7074.65正、負(fù)脈沖正、負(fù)脈沖200msMAX7

25、084.40正、負(fù)脈沖正、負(fù)脈沖200msMAX709*4.65/4.40/3.08/2.93/2.63負(fù)脈沖負(fù)脈沖280msMAX813L4.65正脈沖正脈沖200ms*分別對(duì)應(yīng)于MAX709L/ MAX709M/ MAX709T/ MAX709S/ MAX709R的復(fù)位門限 X5045是XICOR公司的產(chǎn)品，它是一種可編程的專用看門狗定時(shí)器，定時(shí)時(shí)間可通過軟件進(jìn)行選擇(200ms、600ms、114s)，內(nèi)部包含看門狗電路、電壓監(jiān)控電路和4kB E2PROM等。 TCST是定時(shí)器觸發(fā)脈沖(負(fù)脈沖)的寬度，TWD0是定時(shí)器的溢出周期(可編程)，TRST是定時(shí)器溢出脈沖的寬度。 程序中，每隔一

26、定的時(shí)間間隔放置一條“喂狗”指令(即在P1.0輸出一個(gè)下降沿)，該時(shí)間間隔應(yīng)小于X5045預(yù)制的定時(shí)時(shí)間，以保證程序正常運(yùn)行時(shí)X5045不會(huì)溢出；而一旦程序出現(xiàn)異常，X5045將超時(shí)溢出，并通過。RST引腳送出一個(gè)復(fù)位信號(hào)使單片機(jī)復(fù)位，重新開始運(yùn)行程序。 死循環(huán)中又含有死循環(huán)中又含有“喂狗喂狗”指令，此時(shí)單片機(jī)將無法復(fù)位，看門狗也就失效指令，此時(shí)單片機(jī)將無法復(fù)位，看門狗也就失效了。了。 軟件看門狗技術(shù)軟件看門狗技術(shù) 軟件看門狗是利用單片機(jī)片內(nèi)閑置的定時(shí)器計(jì)數(shù)器單元作為看門狗 實(shí)現(xiàn)方法實(shí)現(xiàn)方法 ：1) 在初始化程序中設(shè)置C/T方式控制寄存器(TMOD)和定時(shí)時(shí)間的初值，開中斷 2) 根據(jù)定時(shí)器的

27、定時(shí)時(shí)間，在主程序中按一定的間隔插入復(fù)位定時(shí)器的指令 “喂狗”，兩條指令間時(shí)間間隔要小于定時(shí)器設(shè)置時(shí)間。3) 定時(shí)器的中斷服務(wù)程序中設(shè)置一無條件轉(zhuǎn)移指令，將PC轉(zhuǎn)移到初始化程序入口注意：注意：在初始化程序結(jié)束前放置一條RETI指令，并對(duì)堆棧和堆棧指針SP作相應(yīng)處理 特點(diǎn)：特點(diǎn)：無須外加硬件電路，經(jīng)濟(jì)性好。 硬件“看門狗”技術(shù)能有效監(jiān)視程序陷入“死循環(huán)”故障，但對(duì)中斷關(guān)閉故障無能為力；軟件“看門狗”技術(shù)對(duì)高級(jí)中斷服務(wù)程序陷入“死循環(huán)”無能為力，但能監(jiān)視全部中斷關(guān)閉的故障。 干擾源分析干擾源分析 一、干擾與噪聲及其分類一、干擾與噪聲及其分類（一）干擾與噪聲（一）干擾與噪聲1、噪聲與有用信號(hào)無關(guān)。干

28、擾是相對(duì)有用信號(hào)而言的。2、干擾可以消除。噪聲一般難以消除，只能減弱。 （二）分類（二）分類1、干擾的類型、干擾的類型 (1)機(jī)械干擾。 (2)熱干擾。 (3)光干擾。（半導(dǎo)體器件或光器件） (4)濕度干擾。 (5)化學(xué)干擾。 (6)電、磁干擾。 (7)射線輻射干擾。射線會(huì)使氣體電離、半導(dǎo)體激發(fā)出電子-空穴對(duì)、 金屬逸出電子等。 電磁干擾的分類電磁干擾的分類 從噪聲產(chǎn)生的來源：人為噪聲、自然噪聲。 從干擾的表現(xiàn)形式：規(guī)則（連續(xù)）干擾、不規(guī)則（間歇）干擾、 隨機(jī)（瞬變）干擾。 從干擾出現(xiàn)的區(qū)域：內(nèi)部干擾、外部干擾。 從電磁干擾的性質(zhì)：脈沖干擾、平滑干擾。 從干擾傳入系統(tǒng)的方式及干擾形成形式：差模

29、干擾、共模干擾。差模干擾差模干擾 差模干擾又稱串模干擾、串聯(lián)干擾、正態(tài)干擾等。 差模干擾進(jìn)入電路后，干擾信號(hào)與有用信號(hào)按電勢(shì)源串聯(lián)起來作用于輸入端。通常是由兩個(gè)相互交鏈的電路通過回路電流說產(chǎn)生的磁通，使兩電路之間形成互感電動(dòng)勢(shì)而產(chǎn)生的干擾。 US1US2RL1RL2兩電路形成圖示的陰影部分交鏈面積時(shí)，兩電路間產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。 US1US2RL1RL2兩電路公用一電流通路，由導(dǎo)線電阻產(chǎn)生的電壓降比于兩電路電流之和 US1RL兩個(gè)相互靠近的回路，例如導(dǎo)線捆扎成束或平行走線時(shí)。 US1US2RL電路自身原因（接觸不良或寄生震蕩）所產(chǎn)生的噪聲源與原信號(hào)疊加。 共模干擾共模干擾 共模干擾又稱共態(tài)干擾、

30、同相干擾、對(duì)地干擾及縱向干擾。 它是相對(duì)于公共的電位基準(zhǔn)點(diǎn)(通常為接地點(diǎn))，在儀器的兩個(gè)輸入端子同時(shí)出現(xiàn)同向干擾。它雖不直接對(duì)測(cè)量結(jié)果造成影響，但當(dāng)信號(hào)輸入電路不對(duì)稱時(shí)，它會(huì)轉(zhuǎn)化為差模干擾 儀器兩點(diǎn)接地，由接地點(diǎn)間微小電阻產(chǎn)生的電位差所造成的干擾 幾部分電路之間的公共阻抗所造成的干擾 變壓器原邊繞組與副邊繞組之間的分布電容耦合、地電位的變化所造成的干擾 電源通過電路漏電阻對(duì)系統(tǒng)接地線產(chǎn)生的電位波動(dòng) 噪聲形成干擾的三要素噪聲形成干擾的三要素 噪聲的耦合方式噪聲的耦合方式 1、電容性耦合、電容性耦合2、互感耦合、互感耦合3、共阻抗耦合、共阻抗耦合4、漏電耦合、漏電耦合5、傳導(dǎo)耦合、傳導(dǎo)耦合6、輻射電磁場(chǎng)耦合、輻射電磁場(chǎng)耦合電容性耦合電容性耦合 靜電耦合，它是由于兩個(gè)電路之間存在寄生電容，使得一個(gè)電路的電荷變靜電耦合，它是由于兩個(gè)電路之間存在寄生電容，使得一個(gè)電路的電荷變化影響到另一個(gè)電路。化影響到另一個(gè)電路。A為干擾導(dǎo)體，它具有的干擾電壓為En Cm為造成靜電耦合的寄生電容Zi為被干擾電路的等效輸入阻抗。 根據(jù)等效電路可以寫出受干擾電路的干擾電壓為 nimimNEZCjZCjU1一般情況下， 1|imZCj簡化為 nimNEZCjU當(dāng)頻率很高時(shí) nNEU措施：措施：降低Zi值，減小Cm值（通過到新方向性、屏蔽或分隔）互感耦合互感耦合 電磁耦合，由于兩