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高可靠性單片機冗余系統設計是為了提高系統的可靠性和容錯性，以確保系統在出現故障時仍能正常運行。以下是一種常見的高可靠性單片機冗余系統設計：

主備切換設計：系統中使用兩個單片機，一個作為主控單片機，另一個作為備用單片機。主控單片機負責正常的系統運行，備用單片機處于待機狀態。當主控單片機故障或失效時，備用單片機會立即接管系統的控制。

心跳檢測：主備單片機之間通過一個心跳信號進行通信。主單片機周期性地發送心跳信號給備用單片機，備用單片機接收到心跳信號后，會發送確認信號回復給主單片機。如果主單片機連續若干次沒有收到備用單片機的確認信號，即認為備用單片機發生故障，主單片機會啟動備用單片機接管系統。

時鐘同步：主備單片機之間需要保持時鐘同步，以確保數據的一致性。可以使用專門的時鐘同步電路或者軟件算法來實現時鐘同步，保證主備單片機的時鐘精度和一致性。

狀態監測：系統中需要設計相應的監測電路或軟件算法，實時監測主備單片機的狀態。例如，監測單片機的供電電壓、溫度、運行狀態等。如果檢測到主單片機發生故障或異常，備用單片機會接管系統。

自動切換和恢復：一旦備用單片機接管系統，需要確保系統能夠平穩過渡，并盡快恢復到正常工作狀態。可以通過自動切換電路和相應的恢復算法來實現。

故障診斷和報警：系統中可以加入故障診斷和報警功能，當發生故障時能夠及時發出警報，并提供故障診斷信息，方便維修和檢修。

綜上所述，高可靠性單片機冗余系統設計通過主備切換、心跳檢測、時鐘同步、狀態監測、自動切換和恢復等措施，提高系統的可靠性和容錯性。這種設計適用于對系統可靠性要求較高的應用場景，如航空航天、醫療設備等。