PIC单片机应用系统可靠性技术探究

陈桂钧

摘要:PIC系列的单片机因为抗干扰能力强、适用性佳、指令集简洁、功能完备、功耗较低、体积较小以及成本低廉等优势，被广泛地用于工业控制仪表、汽车电气控制、电机控制、通信领域以及家电领域等。不管应用于何种领域，高度的可靠性均是必需的条件之一。本文从增强PIC单片机自身的抗干扰作用和增设程序（指令）两个方面分析和探讨了PIC单片机应用系统的可靠性技术问题。

关键词:PIC单片机可靠性技术抗干扰程序后者指令

中图分类号:TD679 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2012)06(c)-0064-01

PIC单片机应用系统的可靠性问题具有高度的系统性，我们应该从多个角度来考虑和处理，单一解决某一个方面的问题，无法从根本上保证PIC单片机的可靠性。一般而言，我们需要综合考虑硬件设计和软件增强这两个方面来保证PIC单片机的可靠性。尤其在硬件方面的可靠性设计是确保PIC单片机应用系统具有高度可靠性的前提与基础。

1 提高PIC单片机的抗干扰水平

1.1 启用WDT

WDT，WatchdogTimer，监视定时器，俗称“看门狗”，它是一个内部RC时钟信号源的累加计数器，独立于其它单元，其计时周期约为18ms左右。PIC单片机为了有效解决程序失控问题，才用了WDT解决方案。程序之所以出现失控问题，主要是因为PIC单片机在实际应用过程中，电磁干扰、软件故障、电源电压叠加噪声以及电源电压波动等因素均会对程序的正常运行产生干扰作用，使之偏离预定的运行线路。WDT发挥作用的原理是，PIC单片机处在休眠状态时，如果WDT超时溢出，则会唤醒PIC单片机使其进入正常的工作状态;PIC单片机执行程序期间，如果WDT超时溢出，PIC单片机便会自动执行复位动作。我们可以利用定义系统配置字CONFIG中WDTE位的形式来决定是否启用WDT，设置“WDTE=1”时，则WDT处于开启状态;设置“WDTE=0”，则WDT处于关闭状态。

1.2 复位功能

PIC系列的单片机预设有多种的复位方式，合理设置复位功能，对于提高PIC单片机应用系统的可靠性裨益良多。常见的复位功能主要有:

第一，手动式复位功能。只要将低电平信号加入到/MCLR复位端，便可以让处于执行程序状态的PIC单片机实现复位。利用手动式的复位功能，可以让处于死机状态的PIC单片机的强制重启，实现程序的重新运行。

第二，上电复位功能。上电复位电路在PIC单片机每一次加电的同时都需要检测电源电源VDD的上升过程，在VDD上升至预定数值（通常是1.6V至1.8V）便会产生一个有效的复位信号，该信号在经过一定的延时（通常是“72ms+1024个时钟周期”）之后，PIC单片机便会成功复位。如果情况特殊，单纯依靠PIC单片机内部的上电复位电路达不到要求，建议通过外接阻容延时电路的方式满足要求，借此让/MCLR引脚上的低电平的延时时间达到预定要求。

第三，掉电检测复位功能。掉电检测复位功能也称之为电源电压跌落复位功能。电源干扰和电源电压波动会让PIC单片机在执行程序的过程中出现死机、程序错乱等问题，通过掉电检测复位功能可以有效保证PIC单片机应用系统的正常工作。它的主要原理是，它通过为PIC单片机提供电源跌落预警信号的方式工作，如果输入电压VDD跌落至预定值时，它便会对PIC单片机进行复位，借此来防止PIC单片机应用系统失去控制;一旦输入电压VDD上升至安全值时，该复位状态便会接触。为了让PIC单片机的掉电检测复位电路充分发挥功用，应该将系统配置字寄存器CONFIG的位6置1（置BODEN位为1），至此便可以让掉电检测复位功能发挥其作用。

1.3 时序设置

PIC单片机的时序也可以称之为主时钟。它的频率在0至200MHz之间，其时基振荡模式共有4中，不同的时基震荡模式能够设计成为不同的时基震荡频率。具体而言:（1）高频晶体振荡器/陶瓷谐振器振荡模式HS，它的时基震荡频率是4MHZ至20MHz;（2）标准晶体振荡器/陶瓷谐振器振荡模式XT，它的时基震荡频率是0.2M～4MHz;（3）低频晶体振荡器/陶瓷谐振器振荡模式LP，它的时基震荡频率是32.768M～200MHz;（4）外接电阻电容元件的阻容振荡模式，它的时基震荡频率是0.03M～5MHz。如果按照接线方式和外接元件的不同，又可以将时基振荡模式分为以下三种情况，即外接时钟电路、外接RC以及外接晶体振荡器/陶瓷谐振器。

在PIC单片机的时基振荡模式以及外接方式的选择方面，建议用户依照PIC单片机应用系统的使用环境、成本以及性能要求等因素进行综合性地考虑和选择。如果单纯从可靠性方面考虑，外接时钟是高频噪声源，除了能对本应用系统造成干扰之外，还可能对外界产生干扰。频率越高越容易成为噪声源，因此在符合系统性能要求的前提下应尽量采用低频率的系统时钟。在对系统可靠性要求很高的应用系统中，选用频率低的PIC单片机是降低系统噪声的方式之一。

2 增设PIC单片机的程序（指令）

2.1 输出端口刷新

PIC单片机的I/O口很容易受到外部信号的干扰，输出口的状态可能发生改变。在应用程序中周期性地添加输出端口刷新指令，可以降低干扰对输出端口状态的影响。设置当前输出状态寄存器，单片机不断地查询输出状态寄存器的状态信息，一旦出错及时纠正。在控制程序中，应循环执行控制外设的指令，在外设端口受到干扰而发生状态变化时，重复执行的控制指令能使设备恢复正常状态。

2.2 存储器中增加必要的指令和程序

在程序存储器中总会有一些区域未使用，如果因干扰导致PIC单片机的指令计数器PC值被置错，程序会跳到这些未用的程序存储空间，系统就会出错。在程序存储器的未使用区域中加上若干条空操作和无条件跳转指令，在程序跳到这些未用区域时，就会执行空操作和无条件跳转指令，转入出错处理程序。

3 结语

总之，从安全性可靠性和抗干扰两个方面来提升PIC单片机应用系统硬件设计的合理性;同时在软件系统的增强方面，通过在应用程序中增加某些必要的程序（指令集）来进一步提升应用系统的可靠程度。通过软硬件方面的综合考虑，来提升PIC单片机应用系统的可靠性，在实际的开发过程中都得到了充分的验证。

参考文献

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