有关单片机控制电路问题探讨

蒋伟

摘 要：文章以单片机控制电路为切入点，首先对单片机控制电路常见的问题进行总结分析，包括硬件问题、判断方案、C语言故障、干扰性故障等，并对单片机控制电路可靠性设计进行了研究。

关键词：单片机；控制电路；故障；问题；可靠性

引言

随着科学技术的不断发展，微控制器得以广泛应用，在这个过程中单片机不可避免地出现故障问题，如硬件问题、软件问题等，一些问题甚至会对企业质量信誉产生严重的影响，因此，对单片机控制电路问题进行研究具有重要意义。文章对有关单片机控制电路问题进行研究和探讨，不足之处，敬请指正。

1 单片机控制电路问题分析

1.1 硬件问题

在单片机控制电路中因为逻辑处理而出现误差导致故障问题，出现问题的原因大多是因为最初设计本身就存在质量缺陷，这类质量缺陷可能是控制电路触角焊点假焊、虚焊等，从而导致控制电路和其他线路之间开路的问题，假焊而产生的故障解决也比较困难，尤其是电路板上导电铜片，因为假焊而导致氧化物大量堆积，微控制器偶尔导通、偶尔关闭，这是导致单片机逻辑处理功能失去作用的重要因素。

微控制器内，控制电路电子元件失去作用，造成整体线路故障；电阻故障而导致电阻值变大，造成整个集成电路无法正常工作；电容无法正常充放电而导致集成电路故障；二极管灯跳级导通，引发整体电路故障问题，导致控制电路失效；电路触角假焊、电气元件导致系统失稳。以上这些故障问题，统称为单片机控制电路的硬件故障。

1.2 判断方案

控制电路中因为电路线路复杂，每一个单独的控制线路会选择统一的电子元件、集成块，在对其进行维修保养时，可以进行断路，直接把完好的元部件代替故障元部件，也可以选择同样的电子元件进行替换，然而要确保对故障进行准确判断后才可恢复电路，假如断开故障位置却没有任何发现，则应继续排查，直至找到故障所在，才可逐步恢复电路。要是依然找不到故障位置，可以采取分段式排查的方法，从最先开始出现故障问题的地方逐步排查，找到故障问题元件后，或准确找到电路位置之后，可以采取假负载的方式进行测试，对故障问题进行测试时，假如假负载出现故障，则找到准确位置。

1.3 C语言故障

随着单片机的不断发展和应用，编程语言也在不断更新和进步，从以往的B语言向C语言发展，且C语言得到了广泛应用，因为C语言具有更加简洁、严谨的逻辑结构，且编辑程序的速度快，但在实际编辑时会由于存在大量数据碎片，而导致中央处理器内部和储存空间变小，继而对单片机运行速度造成影响。数据碎片的积累而导致单片机死机的现象，因为产品不同，编写程序也有所区别，此時在维修过程中首先要对存储空间进行格式化处理，确保程序输入具有完整性，对中央处理器要做好测试工作，假如存在故障问题，则及时更换。

1.4 干扰性故障

嵌入式单片机对电子类产品大规模地应用，在原装位置处经常出现电磁波干扰的情况，假如出厂时没有做好抗干扰测试工作，单片机长时间运行之后就会由于电磁干扰而产生干扰性故障。干扰性故障的特点是存储数据过程中有断码衰落的情况，嵌入式单片机运算也出现混乱现象，中央处理器高运算运行直至最后破损。常规解决方法是选择复位功能，然而这样做只是治标不治本，由于经常使用复位功能，而使得微控制器的整体性能降低，最佳方法应是直接更换具有抗干扰性能的单片机。

1.5 迅速判断故障方案

单片机控制电路存在故障问题，可以先选择震动判断法，具体是利用木质绝缘木条对电路板、电子元件轻轻地敲打，以此对元部件有无假焊情况进行迅速判断，假如在无法通电的情况下微控制器存在这个问题，此时需要模拟电源进行故障排查工作，利用测试端口和设备连接，通过系统测试仪器设备对故障进行判断，利用频率信号间的区别，能获取故障的位置。微控制器在对故障进行判断时，出现的故障问题较多，因为控制电路隶属于不同的系统，同时因为产品的不同导致故障也五花八门，但是深入分析发现大多数故障是因为硬件部分性能降低而造成的，除此之外还有许多属于编程部分的软件故障。

2 单片机控制电路可靠性设计

单片机控制电路的可靠性设计，要借助可靠性理论及人机工程学的相关原理，因此，可以把单片机系统分为四个子系统，分别是人、硬件、软件以及环境，其中硬件是其基础，软件是其灵魂。单片机控制电路可靠性设计的思路要以上文中提到的故障为关键，按照人-环境特点，从硬件、软件两个方面开展避错设计和容错设计。

2.1 硬件可靠性设计

一般来说，硬件可靠性设计方面可以从以下方面着手：（1）促进系统设计科学合理性的提升；（2）尽量选择稳定可靠的元器件；（3）对于人-环境特点选择稳定可靠性对策。其中，硬件系统人-环境特点示意图如图1所示。

具体而言，系统设计科学合理性方面，要确保器件速度匹配、电平匹配、温度性能匹配、可靠性等级匹配，对系统时钟、系统结构等进行科学合理设计，从而提升单片机控制电路可靠性，降低故障概率。实际上，对于人-环境特点对可靠性对策进行选择才是重点，比如，按照硬件功能采取模块化布局；元器件布局和引线走向不能和信号传输特点有冲突；印制板电源入口处降低电磁干扰；同时要注意抗振设计、低功耗设计及辐射效应。

2.2 软件可靠性设计

软件可靠性设计和人有直接关系，编程过程中错误不可避免，单片机控制电路软件可靠性设计可以从以下方面着手：（1）促进软件设计正确性的提升；（2）对于人-环境特点选择稳定可靠性对策。其中，软件系统人-环境特点示意图如图2所示。

具体而言，可以从认真设计、合理安排中断以及模块化结构方面，促进软件设计正确性的提升。对于人-环境特点选择可靠性对策是重点，在合适的位置安排软件陷阱、选择合适的指令冗余技术、NOP指令、采取合适的消抖对策，应用直接地址和数字滤波技术，同时注意软件容错设计及软硬结合的系统诊断技术，以上这些方法都是提高单片机控制电路软件可靠性设计水平的方法。

3 结束语

总之，随着单片机的广泛应用，单片机控制电路故障问题是不可避免的，包括本身设计存在缺陷、焊点假焊、虚焊等故障问题，但是可以从硬件、软件两个方面提升单片机控制电路设计水平。文章对有关单片机控制电路问题进行研究，以期对于单片机的应用和发展起到促进作用。

参考文献

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