微控制器系統(tǒng)設(shè)計第9講(應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計方法)_第1頁
微控制器系統(tǒng)設(shè)計第9講(應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計方法)_第2頁
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1、第第9章章 微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用實(shí)例微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用實(shí)例 v單片機(jī)以其成本低、功能強(qiáng)、簡單易學(xué)、使用方便單片機(jī)以其成本低、功能強(qiáng)、簡單易學(xué)、使用方便等獨(dú)特的優(yōu)勢,在智能儀表、工業(yè)測控、數(shù)據(jù)采集、等獨(dú)特的優(yōu)勢,在智能儀表、工業(yè)測控、數(shù)據(jù)采集、計算機(jī)通信等各個領(lǐng)域得到極為廣泛的應(yīng)用。單片計算機(jī)通信等各個領(lǐng)域得到極為廣泛的應(yīng)用。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)從提出任務(wù)到正式投入運(yùn)行的整個設(shè)計機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)從提出任務(wù)到正式投入運(yùn)行的整個設(shè)計和調(diào)試過程,稱為微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)。應(yīng)用系統(tǒng)和調(diào)試過程,稱為微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)。應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)是對所學(xué)習(xí)的單片機(jī)知識的綜合應(yīng)用。設(shè)計與開發(fā)是對所學(xué)習(xí)的單片機(jī)知識的綜合應(yīng)用。

2、在理解單片機(jī)軟件和硬件的基礎(chǔ)上把它們結(jié)合在一在理解單片機(jī)軟件和硬件的基礎(chǔ)上把它們結(jié)合在一起,構(gòu)成一個實(shí)際電子應(yīng)用系統(tǒng),向智能現(xiàn)代電子起,構(gòu)成一個實(shí)際電子應(yīng)用系統(tǒng),向智能現(xiàn)代電子系統(tǒng)發(fā)展。系統(tǒng)發(fā)展。 9.1 應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計原則應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計原則 v所謂應(yīng)用系統(tǒng),是指利用單片機(jī)作為微處理器所設(shè)計的能夠所謂應(yīng)用系統(tǒng),是指利用單片機(jī)作為微處理器所設(shè)計的能夠完成某種應(yīng)用目的單片機(jī)控制系統(tǒng)(在調(diào)試過程中通常稱作完成某種應(yīng)用目的單片機(jī)控制系統(tǒng)(在調(diào)試過程中通常稱作“目標(biāo)系統(tǒng)目標(biāo)系統(tǒng)”)。對于單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的基本要求主要有以)。對于單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的基本要求主要有以下幾個方面。下幾個方面。v(1 1)微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的

3、可靠性要高。)微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的可靠性要高。微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)應(yīng)用在各微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)應(yīng)用在各行各業(yè),應(yīng)用環(huán)境千差萬別,功能各異,但無非是系統(tǒng)的測行各業(yè),應(yīng)用環(huán)境千差萬別,功能各異,但無非是系統(tǒng)的測量與控制。因此為了保證工作有序的進(jìn)行,高可靠性是微機(jī)量與控制。因此為了保證工作有序的進(jìn)行,高可靠性是微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計的一個基本要求。如果可靠性不高,會造成應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計的一個基本要求。如果可靠性不高,會造成設(shè)備故障頻發(fā),甚至出現(xiàn)生產(chǎn)事故,對人身與財產(chǎn)安全造成設(shè)備故障頻發(fā),甚至出現(xiàn)生產(chǎn)事故,對人身與財產(chǎn)安全造成傷害,引起嚴(yán)重后果。傷害,引起嚴(yán)重后果。 v(2 2)系統(tǒng)操作便捷、維護(hù)方便。)系統(tǒng)操作便捷、維護(hù)方便。

4、系統(tǒng)操作靈活、系統(tǒng)操作靈活、便捷,維護(hù)方便是系統(tǒng)設(shè)計的基本要求。因此在進(jìn)便捷,維護(hù)方便是系統(tǒng)設(shè)計的基本要求。因此在進(jìn)行軟硬件設(shè)計時,不但要考慮滿足功能要求,還要行軟硬件設(shè)計時,不但要考慮滿足功能要求,還要考慮為操作人員提供良好的、簡單實(shí)用的操作方法,考慮為操作人員提供良好的、簡單實(shí)用的操作方法,減少對操作人員專業(yè)要求。同時設(shè)置保護(hù)電路,防減少對操作人員專業(yè)要求。同時設(shè)置保護(hù)電路,防止誤操作對系統(tǒng)造成損壞。最好配置自檢和診斷程止誤操作對系統(tǒng)造成損壞。最好配置自檢和診斷程序,能夠?qū)崟r提供系統(tǒng)的工作狀態(tài),并且對系統(tǒng)的序,能夠?qū)崟r提供系統(tǒng)的工作狀態(tài),并且對系統(tǒng)的布局布線要合理,便于操作人員的檢查與維護(hù)

5、。布局布線要合理,便于操作人員的檢查與維護(hù)。 v(3)3)系統(tǒng)通用性強(qiáng)、擴(kuò)展性好。系統(tǒng)通用性強(qiáng)、擴(kuò)展性好。一個微機(jī)測量控制系統(tǒng),一般可以檢測一個微機(jī)測量控制系統(tǒng),一般可以檢測和控制多個設(shè)備和不同的過程參數(shù),但各個設(shè)備和控制對象的要求是不和控制多個設(shè)備和不同的過程參數(shù),但各個設(shè)備和控制對象的要求是不同的,而且隨著進(jìn)一步的發(fā)展,控制設(shè)備可能要更新,控制對象也有增同的,而且隨著進(jìn)一步的發(fā)展,控制設(shè)備可能要更新,控制對象也有增減。設(shè)計系統(tǒng)時應(yīng)考慮使其適應(yīng)各種不同設(shè)備和各種不同控制對象,使減。設(shè)計系統(tǒng)時應(yīng)考慮使其適應(yīng)各種不同設(shè)備和各種不同控制對象,使系統(tǒng)不必作重大改動就能很快應(yīng)用于新的控制對象,這要求系

6、統(tǒng)通用性系統(tǒng)不必作重大改動就能很快應(yīng)用于新的控制對象,這要求系統(tǒng)通用性強(qiáng),擴(kuò)展性好。以便于設(shè)備的更新?lián)Q代與快速升級。要使微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)強(qiáng),擴(kuò)展性好。以便于設(shè)備的更新?lián)Q代與快速升級。要使微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計達(dá)到這樣的要求,在設(shè)計時必須使系統(tǒng)硬件設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化,軟件設(shè)計設(shè)計達(dá)到這樣的要求,在設(shè)計時必須使系統(tǒng)硬件設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化,軟件設(shè)計模塊化,在作硬件設(shè)計時,盡量采用通用的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)總線,以便在需要模塊化,在作硬件設(shè)計時,盡量采用通用的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)總線,以便在需要的時候擴(kuò)充或者是擴(kuò)展系統(tǒng)。接口部件最好采用通用的的時候擴(kuò)充或者是擴(kuò)展系統(tǒng)。接口部件最好采用通用的LSILSI接口芯片,接口芯片,在滿足性能指標(biāo)的前提下,盡量把

7、接口硬件部分的操作功能用軟件來實(shí)在滿足性能指標(biāo)的前提下,盡量把接口硬件部分的操作功能用軟件來實(shí)現(xiàn),以減少系統(tǒng)的復(fù)雜程度。在進(jìn)行微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)軟件設(shè)計的時候,采現(xiàn),以減少系統(tǒng)的復(fù)雜程度。在進(jìn)行微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)軟件設(shè)計的時候,采用模塊化的設(shè)計,便于產(chǎn)品功能的升級。同時在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計時,各設(shè)用模塊化的設(shè)計,便于產(chǎn)品功能的升級。同時在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計時,各設(shè)計指標(biāo)應(yīng)留一定的余量,設(shè)計系統(tǒng)要有一定的前瞻性,保證系統(tǒng)在一定計指標(biāo)應(yīng)留一定的余量,設(shè)計系統(tǒng)要有一定的前瞻性,保證系統(tǒng)在一定時間或范圍的升級方便。時間或范圍的升級方便。 v(4)系統(tǒng)設(shè)計周期要短,性價比要高。系統(tǒng)設(shè)計周期要短,性價比要高。單片機(jī)測控技單片機(jī)測

8、控技術(shù)發(fā)展迅速,各種新技術(shù)和產(chǎn)品不斷出現(xiàn),在滿足術(shù)發(fā)展迅速,各種新技術(shù)和產(chǎn)品不斷出現(xiàn),在滿足精度、速度和其它性能要求的前提下,應(yīng)縮短設(shè)計精度、速度和其它性能要求的前提下,應(yīng)縮短設(shè)計周期并盡可能采用性價低的元器件,以降低整個測周期并盡可能采用性價低的元器件,以降低整個測控系統(tǒng)的費(fèi)用。控系統(tǒng)的費(fèi)用。v上述幾點(diǎn)是設(shè)計單片機(jī)系統(tǒng)時應(yīng)考慮的基本要求,上述幾點(diǎn)是設(shè)計單片機(jī)系統(tǒng)時應(yīng)考慮的基本要求,其它如精度、速度、體積、重量及監(jiān)控手段等,對其它如精度、速度、體積、重量及監(jiān)控手段等,對不同的系統(tǒng)均有特定的要求,也必須予以足夠的重不同的系統(tǒng)均有特定的要求,也必須予以足夠的重視。視。 9.2 應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計流程應(yīng)用

9、系統(tǒng)設(shè)計流程 v單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計過程包括總體設(shè)計、單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計過程包括總體設(shè)計、硬件設(shè)計、軟件設(shè)計、在線調(diào)試、產(chǎn)品化等硬件設(shè)計、軟件設(shè)計、在線調(diào)試、產(chǎn)品化等幾個階段,但它們不是絕對分開的,有時是幾個階段,但它們不是絕對分開的,有時是交叉進(jìn)行的。圖交叉進(jìn)行的。圖9.1 描述了單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)描述了單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計的一般過程。設(shè)計的一般過程。 9.2.1 總體設(shè)計 v單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的總體方案的確定是進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計最重要、單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的總體方案的確定是進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計最重要、最關(guān)鍵的一步。總體方案的好壞直接影響整個應(yīng)用系統(tǒng)的投最關(guān)鍵的一步。總體方案的好壞直接影響整個應(yīng)用系統(tǒng)的投資成本、產(chǎn)品品

10、質(zhì)和具體實(shí)施細(xì)則。資成本、產(chǎn)品品質(zhì)和具體實(shí)施細(xì)則。v1 1確定功能技術(shù)指標(biāo)確定功能技術(shù)指標(biāo)v在著手進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計之前,必須根據(jù)系統(tǒng)的應(yīng)用場合、工作在著手進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計之前,必須根據(jù)系統(tǒng)的應(yīng)用場合、工作環(huán)境、具體用途提出合理的、詳盡的功能技術(shù)指標(biāo),這是系環(huán)境、具體用途提出合理的、詳盡的功能技術(shù)指標(biāo),這是系統(tǒng)設(shè)計的依據(jù)和出發(fā)點(diǎn),也是決定產(chǎn)品前途的關(guān)鍵。所以必統(tǒng)設(shè)計的依據(jù)和出發(fā)點(diǎn),也是決定產(chǎn)品前途的關(guān)鍵。所以必須認(rèn)真做好這個工作。不管是老產(chǎn)品的改造還是新產(chǎn)品的設(shè)須認(rèn)真做好這個工作。不管是老產(chǎn)品的改造還是新產(chǎn)品的設(shè)計,應(yīng)對產(chǎn)品的可靠性、通用性、可維護(hù)性、先進(jìn)性及成本計,應(yīng)對產(chǎn)品的可靠性、通用性、可維護(hù)性、

11、先進(jìn)性及成本等進(jìn)行綜合的考慮,參考國內(nèi)外同類產(chǎn)品的有關(guān)資料,使確等進(jìn)行綜合的考慮,參考國內(nèi)外同類產(chǎn)品的有關(guān)資料,使確定的技術(shù)指標(biāo)合理而且符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。定的技術(shù)指標(biāo)合理而且符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。 v2 2機(jī)型選擇機(jī)型選擇v選擇單片機(jī)機(jī)型的出發(fā)點(diǎn)有以下幾個方面。選擇單片機(jī)機(jī)型的出發(fā)點(diǎn)有以下幾個方面。v(1 1)市場貨源。所選機(jī)型必須有穩(wěn)定、充足的貨)市場貨源。所選機(jī)型必須有穩(wěn)定、充足的貨源。源。v(2 2)單片機(jī)性能。應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的要求和各種單片)單片機(jī)性能。應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的要求和各種單片機(jī)的性能,選擇最容易實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)的機(jī)型,機(jī)的性能,選擇最容易實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)的機(jī)型,而且能達(dá)到較高的性能價格比。而且能達(dá)

12、到較高的性能價格比。v(3 3)研制周期。在設(shè)計任務(wù)重、時間緊的情況下,)研制周期。在設(shè)計任務(wù)重、時間緊的情況下,還需要考慮對所選擇的機(jī)型是否熟悉,是否能馬上還需要考慮對所選擇的機(jī)型是否熟悉,是否能馬上著手進(jìn)行系統(tǒng)的設(shè)計。與研制周期有關(guān)的另一個重著手進(jìn)行系統(tǒng)的設(shè)計。與研制周期有關(guān)的另一個重要因素是單片機(jī)的開發(fā)工具,性能優(yōu)良的開發(fā)工具要因素是單片機(jī)的開發(fā)工具,性能優(yōu)良的開發(fā)工具能加快系統(tǒng)設(shè)計的速度。能加快系統(tǒng)設(shè)計的速度。 v3 3器件選擇器件選擇v除了單片機(jī)以外,系統(tǒng)中還可能需要傳感器、除了單片機(jī)以外,系統(tǒng)中還可能需要傳感器、模擬電路、輸入模擬電路、輸入/ /輸出電路、存儲器以及鍵盤、輸出電路、

13、存儲器以及鍵盤、顯示器等器件和設(shè)備,這些部件的選擇應(yīng)符顯示器等器件和設(shè)備,這些部件的選擇應(yīng)符合系統(tǒng)的精度、速度和可靠性等方面的要求。合系統(tǒng)的精度、速度和可靠性等方面的要求。在總體設(shè)計階段,應(yīng)對市場情況有個大體的在總體設(shè)計階段,應(yīng)對市場情況有個大體的了解,對器件的選擇提出具體規(guī)定。了解,對器件的選擇提出具體規(guī)定。 v4 4硬件和軟件的功能劃分硬件和軟件的功能劃分v系統(tǒng)硬件的配置和軟件的設(shè)計是緊密聯(lián)系在一起的,而且在系統(tǒng)硬件的配置和軟件的設(shè)計是緊密聯(lián)系在一起的,而且在某些應(yīng)用場合,硬件和軟件具有一定的互換性。有些硬件電某些應(yīng)用場合,硬件和軟件具有一定的互換性。有些硬件電路的功能可用軟件來實(shí)現(xiàn),反之

14、亦然。例如:系統(tǒng)日歷時鐘路的功能可用軟件來實(shí)現(xiàn),反之亦然。例如:系統(tǒng)日歷時鐘的產(chǎn)生可以使用時鐘電路(如的產(chǎn)生可以使用時鐘電路(如5832 5832 芯片),也可以由定時芯片),也可以由定時器中斷服務(wù)程序來控制時鐘計數(shù)。多用硬件完成一些功能,器中斷服務(wù)程序來控制時鐘計數(shù)。多用硬件完成一些功能,可以提高工作速度,減少軟件設(shè)計的工作量,但增加了硬件可以提高工作速度,減少軟件設(shè)計的工作量,但增加了硬件成本;若用軟件代替某些硬件的功能,可以節(jié)省硬件開支,成本;若用軟件代替某些硬件的功能,可以節(jié)省硬件開支,但增加了軟件的復(fù)雜性。由于軟件是一次性投資,因此在一但增加了軟件的復(fù)雜性。由于軟件是一次性投資,因此

15、在一般情況下,如果所研制的產(chǎn)品生產(chǎn)批量比較大,則能夠用軟般情況下,如果所研制的產(chǎn)品生產(chǎn)批量比較大,則能夠用軟件實(shí)現(xiàn)的功能都由軟件來完成,以便簡化硬件結(jié)構(gòu)、降低生件實(shí)現(xiàn)的功能都由軟件來完成,以便簡化硬件結(jié)構(gòu)、降低生產(chǎn)成本。在總體設(shè)計時,必須權(quán)衡利弊,仔細(xì)劃分好硬件和產(chǎn)成本。在總體設(shè)計時,必須權(quán)衡利弊,仔細(xì)劃分好硬件和軟件的功能。軟件的功能。 9.2.2 硬件原理設(shè)計硬件原理設(shè)計 v所謂硬件電路的總體設(shè)計,即是為實(shí)現(xiàn)該項目全部功能所需所謂硬件電路的總體設(shè)計,即是為實(shí)現(xiàn)該項目全部功能所需要的所有硬件的電氣連線原理圖。為使硬件設(shè)計盡可能合理,要的所有硬件的電氣連線原理圖。為使硬件設(shè)計盡可能合理,根據(jù)經(jīng)

16、驗,系統(tǒng)的電路設(shè)計應(yīng)注意以下幾個方面。根據(jù)經(jīng)驗,系統(tǒng)的電路設(shè)計應(yīng)注意以下幾個方面。v(1 1)盡可能選擇標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的典型電路,提高設(shè)計的)盡可能選擇標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的典型電路,提高設(shè)計的成功率和結(jié)構(gòu)的靈活性。成功率和結(jié)構(gòu)的靈活性。v(2 2)在條件允許的情況下,盡可能選用功能強(qiáng)、集成度高)在條件允許的情況下,盡可能選用功能強(qiáng)、集成度高的電路或芯片。因為采用這種器件可能代替某一部分電路,的電路或芯片。因為采用這種器件可能代替某一部分電路,不僅元件數(shù)量、接插件和相互連線減少,體積減小,使系統(tǒng)不僅元件數(shù)量、接插件和相互連線減少,體積減小,使系統(tǒng)可靠性增加,而且成本往往比用多個元件實(shí)現(xiàn)的電路要低???/p>

17、靠性增加,而且成本往往比用多個元件實(shí)現(xiàn)的電路要低。v(3 3)注意選擇通用性強(qiáng)、市場貨源充足的器件,尤其對需)注意選擇通用性強(qiáng)、市場貨源充足的器件,尤其對需大批量生產(chǎn)的場合,更應(yīng)注意這方面的問題。其優(yōu)點(diǎn)是:一大批量生產(chǎn)的場合,更應(yīng)注意這方面的問題。其優(yōu)點(diǎn)是:一旦某種元器件無法獲得,也能用其他元器件直接替換或?qū)﹄姷┠撤N元器件無法獲得,也能用其他元器件直接替換或?qū)﹄娐飞宰龈膭雍笥闷渌骷?。路稍做改動后用其他器件代替?v(4 4)在對中央控制單元、輸入接口、輸出接口、)在對中央控制單元、輸入接口、輸出接口、人機(jī)接口等分塊進(jìn)行設(shè)計時,采用的連接方式應(yīng)選人機(jī)接口等分塊進(jìn)行設(shè)計時,采用的連接方式應(yīng)選

18、用通用接口方式,在必要的情況下,選用已有的模用通用接口方式,在必要的情況下,選用已有的模板作為系統(tǒng)的一部分,盡管成本有些偏高,但會大板作為系統(tǒng)的一部分,盡管成本有些偏高,但會大大縮短研制周期,提高工作效率。當(dāng)然,在有些特大縮短研制周期,提高工作效率。當(dāng)然,在有些特殊情況和小系統(tǒng)的場合,用戶必須自行設(shè)計接口,殊情況和小系統(tǒng)的場合,用戶必須自行設(shè)計接口,定義連線方式。此時要注意接口協(xié)議,一旦接口方定義連線方式。此時要注意接口協(xié)議,一旦接口方式確定下來,各個模塊的設(shè)計都應(yīng)遵守該接口方式。式確定下來,各個模塊的設(shè)計都應(yīng)遵守該接口方式。 v(5 5)系統(tǒng)的擴(kuò)展及各功能模塊的設(shè)計在滿足)系統(tǒng)的擴(kuò)展及各功能

19、模塊的設(shè)計在滿足應(yīng)用系統(tǒng)功能要求的基礎(chǔ)上,應(yīng)適當(dāng)留有余應(yīng)用系統(tǒng)功能要求的基礎(chǔ)上,應(yīng)適當(dāng)留有余地,以備將來修改、擴(kuò)展之需。地,以備將來修改、擴(kuò)展之需。v(6 6)設(shè)計時應(yīng)盡可能多做些調(diào)研,采用最新)設(shè)計時應(yīng)盡可能多做些調(diào)研,采用最新的技術(shù)。的技術(shù)。v(7 7)在電路設(shè)計時,要充分考慮應(yīng)用系統(tǒng)各)在電路設(shè)計時,要充分考慮應(yīng)用系統(tǒng)各部分的驅(qū)動能力。部分的驅(qū)動能力。v(8 8)工藝設(shè)計時,包括機(jī)箱、面板、配線、)工藝設(shè)計時,包括機(jī)箱、面板、配線、接插件等,要充分考慮到安裝、調(diào)試、維修接插件等,要充分考慮到安裝、調(diào)試、維修的方便。的方便。 9.2.3 印刷電路板設(shè)計 v單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的硬件單元電路設(shè)計選

20、定完單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的硬件單元電路設(shè)計選定完成后,就可以運(yùn)用電路板設(shè)計軟件完成相應(yīng)成后,就可以運(yùn)用電路板設(shè)計軟件完成相應(yīng)的原理圖(的原理圖(.Sch.Sch)、印制板圖()、印制板圖(.Pcb.Pcb)的制)的制作??梢圆捎玫碾娐钒鍒D設(shè)計軟件很多如作??梢圆捎玫碾娐钒鍒D設(shè)計軟件很多如PROTELPROTEL、CADCAD等。但現(xiàn)在大部分電子設(shè)計者采等。但現(xiàn)在大部分電子設(shè)計者采用用PROTELPROTEL軟件輔助設(shè)計。首先開始電路原理軟件輔助設(shè)計。首先開始電路原理圖的繪制,圖樣要整潔美觀大方,應(yīng)正確標(biāo)圖的繪制,圖樣要整潔美觀大方,應(yīng)正確標(biāo)注出各元件之間連接的網(wǎng)絡(luò)名稱,為下一步注出各元件之間連接的網(wǎng)

21、絡(luò)名稱,為下一步制作印制板圖自動生成網(wǎng)絡(luò)連接關(guān)系號作好制作印制板圖自動生成網(wǎng)絡(luò)連接關(guān)系號作好準(zhǔn)備。其次根據(jù)原理圖繪制印制電路板圖,準(zhǔn)備。其次根據(jù)原理圖繪制印制電路板圖,印制電路板一般分為印制電路板一般分為2 2層板、層板、4 4層板、層板、8 8層板,層板,層數(shù)越高板的造價越高。其中印制電路板布層數(shù)越高板的造價越高。其中印制電路板布線時要注意以下幾點(diǎn):線時要注意以下幾點(diǎn): v(1)印制電路板上每個)印制電路板上每個IC要并接一個要并接一個0.010.1 F高頻電高頻電容,以減小容,以減小IC對電源的影響。注意高頻電容的布線,連線應(yīng)對電源的影響。注意高頻電容的布線,連線應(yīng)靠近電源端并盡量粗短,否

22、則,等于增大了電容的等效串聯(lián)靠近電源端并盡量粗短,否則,等于增大了電容的等效串聯(lián)電阻,會影響濾波效果。布線時避免電阻,會影響濾波效果。布線時避免90折線,減少高頻噪折線,減少高頻噪聲發(fā)射。聲發(fā)射。v(2)注意晶振布線。晶振與單片機(jī)引腳盡量靠近,用地線)注意晶振布線。晶振與單片機(jī)引腳盡量靠近,用地線把時鐘區(qū)隔離起來,晶振外殼接地并固定。把時鐘區(qū)隔離起來,晶振外殼接地并固定。v(3)用地線把數(shù)字區(qū)與模擬區(qū)隔離。數(shù)字地與模擬地要分)用地線把數(shù)字區(qū)與模擬區(qū)隔離。數(shù)字地與模擬地要分離,最后在一點(diǎn)接于電源地。離,最后在一點(diǎn)接于電源地。A/D、D/A芯片布線也以此為芯片布線也以此為原則。原則。v(4)單片機(jī)

23、和大功率器件的地線要單獨(dú)接地,以減小相互)單片機(jī)和大功率器件的地線要單獨(dú)接地,以減小相互干擾。大功率器件盡可能放在印制電路板邊緣。干擾。大功率器件盡可能放在印制電路板邊緣。v(5)整板設(shè)計完成后,要及時檢查信號走線和連接是否正)整板設(shè)計完成后,要及時檢查信號走線和連接是否正確符合設(shè)計標(biāo)準(zhǔn),器件標(biāo)注是否正確完整,同時一還要注意確符合設(shè)計標(biāo)準(zhǔn),器件標(biāo)注是否正確完整,同時一還要注意整體外觀形象。整體外觀形象。 9.2.4 軟件程序設(shè)計 v單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中軟件的設(shè)計在很大程度上決定了系統(tǒng)的功單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中軟件的設(shè)計在很大程度上決定了系統(tǒng)的功能。軟件的資源細(xì)分為系統(tǒng)理解部分、軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計部分、能。軟件

24、的資源細(xì)分為系統(tǒng)理解部分、軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計部分、程序設(shè)計部分。程序設(shè)計部分。v(1)系統(tǒng)理解是指在開始設(shè)計軟件前,熟悉硬件留給軟件)系統(tǒng)理解是指在開始設(shè)計軟件前,熟悉硬件留給軟件的接口地址,的接口地址,I/O方式,確定存儲空間的分配;應(yīng)用系統(tǒng)面方式,確定存儲空間的分配;應(yīng)用系統(tǒng)面板控制開關(guān)、按鍵、顯示的設(shè)置等。板控制開關(guān)、按鍵、顯示的設(shè)置等。v(2)軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計要結(jié)合單片機(jī)所完成的功能確定相應(yīng)的)軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計要結(jié)合單片機(jī)所完成的功能確定相應(yīng)的模塊程序。比如一般子程序、中斷功能子程序的確定。確定模塊程序。比如一般子程序、中斷功能子程序的確定。確定模塊程序運(yùn)行的先后順序,繪制程序整體流程圖。模塊程序運(yùn)

25、行的先后順序,繪制程序整體流程圖。 v(3)程序設(shè)計和其他軟件程序設(shè)計一樣,首先要)程序設(shè)計和其他軟件程序設(shè)計一樣,首先要建立數(shù)學(xué)模型,選定數(shù)學(xué)算法,繪制具體程序的流建立數(shù)學(xué)模型,選定數(shù)學(xué)算法,繪制具體程序的流程圖,做好程序接口說明。然后選定編程所用語言程圖,做好程序接口說明。然后選定編程所用語言(匯編語言或(匯編語言或C語言)。以上程序編制時可以采用語言)。以上程序編制時可以采用WAVE, KeilC等集成編輯軟件的軟件模擬仿真功能等集成編輯軟件的軟件模擬仿真功能進(jìn)行軟件模擬調(diào)試。無誤后通過編輯軟件的匯編功進(jìn)行軟件模擬調(diào)試。無誤后通過編輯軟件的匯編功能轉(zhuǎn)換成機(jī)器碼,然后聯(lián)機(jī)調(diào)試。能轉(zhuǎn)換成機(jī)器

26、碼,然后聯(lián)機(jī)調(diào)試。 9.2.5 調(diào)試、運(yùn)行與維護(hù)調(diào)試、運(yùn)行與維護(hù) v在完成目標(biāo)系統(tǒng)樣機(jī)的組裝和軟件設(shè)計之后,便進(jìn)入系統(tǒng)的調(diào)試階段。在完成目標(biāo)系統(tǒng)樣機(jī)的組裝和軟件設(shè)計之后,便進(jìn)入系統(tǒng)的調(diào)試階段。用戶系統(tǒng)的調(diào)試步驟和方法是相同的,但具體細(xì)節(jié)則與所采用的開發(fā)系用戶系統(tǒng)的調(diào)試步驟和方法是相同的,但具體細(xì)節(jié)則與所采用的開發(fā)系統(tǒng)以及目標(biāo)系統(tǒng)所選用的單片機(jī)型號有關(guān)。統(tǒng)以及目標(biāo)系統(tǒng)所選用的單片機(jī)型號有關(guān)。v系統(tǒng)調(diào)試的目的是查出系統(tǒng)中硬件設(shè)計與軟件設(shè)計中存在的錯誤及可能系統(tǒng)調(diào)試的目的是查出系統(tǒng)中硬件設(shè)計與軟件設(shè)計中存在的錯誤及可能出現(xiàn)的不協(xié)調(diào)的問題,以便修改設(shè)計,最終使系統(tǒng)能正確地工作。最好出現(xiàn)的不協(xié)調(diào)的問題,

27、以便修改設(shè)計,最終使系統(tǒng)能正確地工作。最好能在方案設(shè)計階段就考慮到調(diào)試問題,如采用什么調(diào)試方法、使用何種能在方案設(shè)計階段就考慮到調(diào)試問題,如采用什么調(diào)試方法、使用何種調(diào)試儀器等,以便在系統(tǒng)方案設(shè)計時將必要的調(diào)試方法綜合到軟、硬件調(diào)試儀器等,以便在系統(tǒng)方案設(shè)計時將必要的調(diào)試方法綜合到軟、硬件設(shè)計中,或提早做好調(diào)試準(zhǔn)備工作。系統(tǒng)調(diào)試包括硬件調(diào)試、軟件調(diào)試設(shè)計中,或提早做好調(diào)試準(zhǔn)備工作。系統(tǒng)調(diào)試包括硬件調(diào)試、軟件調(diào)試及軟、硬件聯(lián)調(diào)。根據(jù)調(diào)試環(huán)境不同,系統(tǒng)調(diào)試又分為模擬調(diào)試與現(xiàn)場及軟、硬件聯(lián)調(diào)。根據(jù)調(diào)試環(huán)境不同,系統(tǒng)調(diào)試又分為模擬調(diào)試與現(xiàn)場調(diào)試。各種調(diào)試所起的作用是不同的,它們所處的時間階段也不一樣,

28、調(diào)試。各種調(diào)試所起的作用是不同的,它們所處的時間階段也不一樣,但它們的目標(biāo)是一致的,都是為了查出系統(tǒng)中潛在的錯誤。但它們的目標(biāo)是一致的,都是為了查出系統(tǒng)中潛在的錯誤。 v電路故障,包括設(shè)計性錯誤和工藝性故障,通常借助電氣儀表進(jìn)行故障電路故障,包括設(shè)計性錯誤和工藝性故障,通常借助電氣儀表進(jìn)行故障檢查。軟件調(diào)試是利用開發(fā)工具進(jìn)行在線仿真調(diào)試,在軟件調(diào)試過程中檢查。軟件調(diào)試是利用開發(fā)工具進(jìn)行在線仿真調(diào)試,在軟件調(diào)試過程中也可以發(fā)現(xiàn)硬件故障。也可以發(fā)現(xiàn)硬件故障。v幾乎所有的在線仿真器和簡易的開發(fā)工具都為用戶調(diào)試程序提供了以下幾乎所有的在線仿真器和簡易的開發(fā)工具都為用戶調(diào)試程序提供了以下幾種基本方法:幾

29、種基本方法:v(1)單步運(yùn)行。一次只執(zhí)行一條指令,在每執(zhí)行一條指令后,又返回)單步運(yùn)行。一次只執(zhí)行一條指令,在每執(zhí)行一條指令后,又返回監(jiān)控調(diào)試程序。監(jiān)控調(diào)試程序。v(2)連續(xù)運(yùn)行??梢詮某绦蛉魏我粭l地址處啟動,然后全速運(yùn)行。)連續(xù)運(yùn)行。可以從程序任何一條地址處啟動,然后全速運(yùn)行。v(3)斷點(diǎn)運(yùn)行。用戶可以在程序任何處設(shè)置斷點(diǎn),當(dāng)程序執(zhí)行到斷點(diǎn))斷點(diǎn)運(yùn)行。用戶可以在程序任何處設(shè)置斷點(diǎn),當(dāng)程序執(zhí)行到斷點(diǎn)時,控制返回到監(jiān)控調(diào)試程序。時,控制返回到監(jiān)控調(diào)試程序。v(4)檢查和修改存儲器單元的內(nèi)容。)檢查和修改存儲器單元的內(nèi)容。v(5)檢查和修改寄存器的內(nèi)容。)檢查和修改寄存器的內(nèi)容。v(6)符號化調(diào)試

30、。能按匯編語言程序中的符號進(jìn)行調(diào)試。)符號化調(diào)試。能按匯編語言程序中的符號進(jìn)行調(diào)試。 v程序調(diào)試可以一個模塊一個模塊地進(jìn)行,一個子程序一個子程序調(diào)試可以一個模塊一個模塊地進(jìn)行,一個子程序一個子程序地調(diào)試,最后連起來總調(diào)。利用開發(fā)工具提供的單步運(yùn)程序地調(diào)試,最后連起來總調(diào)。利用開發(fā)工具提供的單步運(yùn)行和設(shè)置斷點(diǎn)運(yùn)行方式,通過檢查應(yīng)用系統(tǒng)的行和設(shè)置斷點(diǎn)運(yùn)行方式,通過檢查應(yīng)用系統(tǒng)的 CPU CPU 現(xiàn)場、現(xiàn)場、RAMRAM的內(nèi)容和的內(nèi)容和I/OI/O的狀態(tài),檢查程序執(zhí)行的結(jié)果是否正確,觀的狀態(tài),檢查程序執(zhí)行的結(jié)果是否正確,觀察應(yīng)用系統(tǒng)察應(yīng)用系統(tǒng)I/OI/O設(shè)備的狀態(tài)變化是否正常,從中可以發(fā)現(xiàn)程設(shè)備的狀

31、態(tài)變化是否正常,從中可以發(fā)現(xiàn)程序中的死循環(huán)錯誤、機(jī)器碼錯誤及轉(zhuǎn)移地址的錯誤,也可以序中的死循環(huán)錯誤、機(jī)器碼錯誤及轉(zhuǎn)移地址的錯誤,也可以發(fā)現(xiàn)待測系統(tǒng)中軟件算法錯誤及硬件設(shè)計錯誤。在調(diào)試過程發(fā)現(xiàn)待測系統(tǒng)中軟件算法錯誤及硬件設(shè)計錯誤。在調(diào)試過程中,不斷地調(diào)整修改應(yīng)用系統(tǒng)的硬件和軟件,直到其正確為中,不斷地調(diào)整修改應(yīng)用系統(tǒng)的硬件和軟件,直到其正確為止。止。 v在調(diào)試完成后,系統(tǒng)還要進(jìn)行一段時間的試運(yùn)行。只有試運(yùn)在調(diào)試完成后,系統(tǒng)還要進(jìn)行一段時間的試運(yùn)行。只有試運(yùn)行,系統(tǒng)才會暴露出它的問題和不足之處。在系統(tǒng)試運(yùn)行階行,系統(tǒng)才會暴露出它的問題和不足之處。在系統(tǒng)試運(yùn)行階段,設(shè)計者應(yīng)當(dāng)觀測它能否經(jīng)受實(shí)際環(huán)境考

32、驗,還要對系統(tǒng)段,設(shè)計者應(yīng)當(dāng)觀測它能否經(jīng)受實(shí)際環(huán)境考驗,還要對系統(tǒng)進(jìn)行檢測和試驗,以驗證系統(tǒng)功能是否滿足設(shè)計要求,是否進(jìn)行檢測和試驗,以驗證系統(tǒng)功能是否滿足設(shè)計要求,是否達(dá)到預(yù)期效果。達(dá)到預(yù)期效果。v系統(tǒng)經(jīng)過一段時間的考機(jī)和試運(yùn)行后,就可投入正式運(yùn)行。系統(tǒng)經(jīng)過一段時間的考機(jī)和試運(yùn)行后,就可投入正式運(yùn)行。在正式運(yùn)行中還要建立一套健全的維護(hù)制度,以確保系統(tǒng)的在正式運(yùn)行中還要建立一套健全的維護(hù)制度,以確保系統(tǒng)的正常工作。正常工作。 9.3 應(yīng)用系統(tǒng)的可靠性及抗干擾設(shè)計應(yīng)用系統(tǒng)的可靠性及抗干擾設(shè)計 v單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性是有多種因素決定的,其中系單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性是有多種因素決定的,其中系統(tǒng)的抗干擾性能

33、的好壞是影響系統(tǒng)可靠性的重要因統(tǒng)的抗干擾性能的好壞是影響系統(tǒng)可靠性的重要因素。因此,研究抗干擾技術(shù),提高單片機(jī)系統(tǒng)的抗素。因此,研究抗干擾技術(shù),提高單片機(jī)系統(tǒng)的抗干擾性能及單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的可靠性是極為重要的。干擾性能及單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的可靠性是極為重要的。本節(jié)將從干擾的來源,硬件,軟件以及電源系統(tǒng),本節(jié)將從干擾的來源,硬件,軟件以及電源系統(tǒng),接地系統(tǒng)等各個方面研究分析并給出有效可行的解接地系統(tǒng)等各個方面研究分析并給出有效可行的解決措施。決措施。 9.3.1干擾來源 v一般把影響單片機(jī)測控系統(tǒng)正常工作的信號成為噪聲,又稱一般把影響單片機(jī)測控系統(tǒng)正常工作的信號成為噪聲,又稱干擾。在單片機(jī)系統(tǒng)中,出現(xiàn)

34、了干擾,就會影響指令的正常干擾。在單片機(jī)系統(tǒng)中,出現(xiàn)了干擾,就會影響指令的正常執(zhí)行,造成控制事故或控制失靈,在測量通道中產(chǎn)生了干擾,執(zhí)行,造成控制事故或控制失靈,在測量通道中產(chǎn)生了干擾,就會使測量產(chǎn)生誤差,電壓的沖擊有可能使系統(tǒng)遭到致命的就會使測量產(chǎn)生誤差,電壓的沖擊有可能使系統(tǒng)遭到致命的破壞。破壞。v環(huán)境對單片機(jī)控制系統(tǒng)的干擾一般都是以脈沖的形式進(jìn)入系環(huán)境對單片機(jī)控制系統(tǒng)的干擾一般都是以脈沖的形式進(jìn)入系統(tǒng)的,干擾串入單片機(jī)系統(tǒng)的渠道主要有統(tǒng)的,干擾串入單片機(jī)系統(tǒng)的渠道主要有3 3種,還有其它形種,還有其它形式的干擾,如圖所示式的干擾,如圖所示。 v1空間干擾空間干擾v空間干擾來源于周圍的電氣

35、設(shè)備,如發(fā)射機(jī)、中頻空間干擾來源于周圍的電氣設(shè)備,如發(fā)射機(jī)、中頻爐、晶閘管逆變電源等發(fā)出的電干擾;廣播電臺或爐、晶閘管逆變電源等發(fā)出的電干擾;廣播電臺或通信發(fā)射臺發(fā)出的電磁波;空中雷電,甚至地磁場通信發(fā)射臺發(fā)出的電磁波;空中雷電,甚至地磁場的變化也會引起干擾。這些空間輻射干擾會使單片的變化也會引起干擾。這些空間輻射干擾會使單片機(jī)系統(tǒng)不能正常工作。機(jī)系統(tǒng)不能正常工作。 v2供電系統(tǒng)干擾供電系統(tǒng)干擾v由于工業(yè)現(xiàn)場運(yùn)行的大功率設(shè)備眾多,特別是大感性負(fù)載設(shè)由于工業(yè)現(xiàn)場運(yùn)行的大功率設(shè)備眾多,特別是大感性負(fù)載設(shè)備的啟停會使得電網(wǎng)電壓大幅度漲落(浪涌),工業(yè)電網(wǎng)的備的啟停會使得電網(wǎng)電壓大幅度漲落(浪涌),工

36、業(yè)電網(wǎng)的欠壓或過壓常常達(dá)到額定電壓的欠壓或過壓常常達(dá)到額定電壓的15%以上。這種狀況有時以上。這種狀況有時長達(dá)幾分鐘、幾個小時甚至幾天。由于大功率開關(guān)的通斷,長達(dá)幾分鐘、幾個小時甚至幾天。由于大功率開關(guān)的通斷,電機(jī)的啟停,電焊等原因,電網(wǎng)上常常出現(xiàn)幾百伏,甚至幾電機(jī)的啟停,電焊等原因,電網(wǎng)上常常出現(xiàn)幾百伏,甚至幾千伏尖脈沖干擾。千伏尖脈沖干擾。 v3過程通道干擾過程通道干擾v為了達(dá)到數(shù)據(jù)采集或?qū)崟r控制的目的,開關(guān)量輸入輸出,模為了達(dá)到數(shù)據(jù)采集或?qū)崟r控制的目的,開關(guān)量輸入輸出,模擬量輸入輸出是必不可少的。在工業(yè)現(xiàn)場這些輸入輸出的信擬量輸入輸出是必不可少的。在工業(yè)現(xiàn)場這些輸入輸出的信號線和控制線多

37、至幾百甚至幾千條,其長度往往達(dá)幾百米或號線和控制線多至幾百甚至幾千條,其長度往往達(dá)幾百米或幾千米,因此不可避免地將干擾引入單片機(jī)系統(tǒng)。當(dāng)有大的幾千米,因此不可避免地將干擾引入單片機(jī)系統(tǒng)。當(dāng)有大的電氣設(shè)備漏電,接地系統(tǒng)不完善,或者測量絕緣不好,都會電氣設(shè)備漏電,接地系統(tǒng)不完善,或者測量絕緣不好,都會使通道中直接串入干擾信號;各通道的線路如果出自使通道中直接串入干擾信號;各通道的線路如果出自1 1根電根電纜中或綁扎在一起,各路間會通過電磁感應(yīng)而產(chǎn)生瞬間的干纜中或綁扎在一起,各路間會通過電磁感應(yīng)而產(chǎn)生瞬間的干擾,尤其是擾,尤其是015V015V的信號與交流的信號與交流220V220V的干擾,其表現(xiàn)形

38、式仍的干擾,其表現(xiàn)形式仍然是通道中形成干擾電壓。這樣,輕者會使測量的信號發(fā)生然是通道中形成干擾電壓。這樣,輕者會使測量的信號發(fā)生誤差,重者會使有用的信號被完全淹沒。有時這種通過感應(yīng)誤差,重者會使有用的信號被完全淹沒。有時這種通過感應(yīng)產(chǎn)生的干擾電壓會達(dá)到幾十伏以上,使單片機(jī)系統(tǒng)無法工作。產(chǎn)生的干擾電壓會達(dá)到幾十伏以上,使單片機(jī)系統(tǒng)無法工作。 v以上3種干擾以來自供電系統(tǒng)的干擾最甚,其次為來自過程通道的干擾。對于來自空間的輻射干擾,需要適當(dāng)?shù)钠帘渭敖拥貋斫鉀Q。 9.3.2 抗干擾原則v所謂抗干擾,就是針對干擾的產(chǎn)生、性質(zhì)、傳播途徑、侵入所謂抗干擾,就是針對干擾的產(chǎn)生、性質(zhì)、傳播途徑、侵入的位置和侵

39、入的形式,采取適當(dāng)?shù)姆椒ㄏ蓴_源,抑制耦的位置和侵入的形式,采取適當(dāng)?shù)姆椒ㄏ蓴_源,抑制耦合通道,減弱電路對噪聲干擾的敏感性。合通道,減弱電路對噪聲干擾的敏感性。 v1. 1. 消除干擾源消除干擾源 v通常采用壓敏電阻和通常采用壓敏電阻和 RCRC網(wǎng)絡(luò)吸收浪涌電壓,消除電弧和火網(wǎng)絡(luò)吸收浪涌電壓,消除電弧和火花放電干擾。如在繼電器、接觸器觸點(diǎn)兩端并接花放電干擾。如在繼電器、接觸器觸點(diǎn)兩端并接 RCRC吸收電吸收電路,消除火花放電。路,消除火花放電。 v2. 2. 抑制耦合通道抑制耦合通道 v可采用光電耦合器、隔離變壓器、濾波器等切斷象術(shù),阻斷可采用光電耦合器、隔離變壓器、濾波器等切斷象術(shù),阻

40、斷干擾電流通路。改善接地方式,避免公共阻抗耦合。采用屏干擾電流通路。改善接地方式,避免公共阻抗耦合。采用屏蔽抑制耦合通道,如靜電屏蔽抑制電場干擾。蔽抑制耦合通道,如靜電屏蔽抑制電場干擾。 v3. 減弱噪聲對電路干擾減弱噪聲對電路干擾 v采用電橋或差分放大電路,可使干擾在電路中自行采用電橋或差分放大電路,可使干擾在電路中自行抵消;降低電路的輸入阻抗,可減弱噪聲的影響;抵消;降低電路的輸入阻抗,可減弱噪聲的影響;使用雙絞線傳輸信號,以削弱電路對干擾的敏感性;使用雙絞線傳輸信號,以削弱電路對干擾的敏感性;電路中引用負(fù)反饋,對抑制內(nèi)部噪聲十分有效。電路中引用負(fù)反饋,對抑制內(nèi)部噪聲十分有效。 在在實(shí)際應(yīng)

41、用中,通常需要采取實(shí)際應(yīng)用中,通常需要采取“ 綜合治理綜合治理”的措施抑的措施抑制單片機(jī)的主要干擾。制單片機(jī)的主要干擾。9.3.3 單片機(jī)系統(tǒng)的硬件抗干擾技術(shù)單片機(jī)系統(tǒng)的硬件抗干擾技術(shù) v應(yīng)用硬件抗干擾措施是經(jīng)常采用的一種有效應(yīng)用硬件抗干擾措施是經(jīng)常采用的一種有效方法,通過合理的硬件電路設(shè)計可以削弱或方法,通過合理的硬件電路設(shè)計可以削弱或抑制大部分干擾。抑制大部分干擾。v一、一、 過程通道干擾的抑制過程通道干擾的抑制 v1. 1. 光電隔離光電隔離 v光電隔離是由光電耦合器來完成的。光電耦合器是由發(fā)光二光電隔離是由光電耦合器來完成的。光電耦合器是由發(fā)光二極管和光敏晶體管封裝在一個管殼內(nèi),以光為

42、媒介傳輸信號極管和光敏晶體管封裝在一個管殼內(nèi),以光為媒介傳輸信號的器件,光電耦合器的結(jié)構(gòu)如圖的器件,光電耦合器的結(jié)構(gòu)如圖 所示。采用光電耦合器可所示。采用光電耦合器可以切斷主機(jī)與過程通道以及其他主機(jī)部分電路的電聯(lián)系,能以切斷主機(jī)與過程通道以及其他主機(jī)部分電路的電聯(lián)系,能有效地防止干擾從過程通道串入主機(jī)。有效地防止干擾從過程通道串入主機(jī)。v光電耦合器能夠抑制干擾信號,主要是因為它具有以下幾個特點(diǎn)。光電耦合器能夠抑制干擾信號,主要是因為它具有以下幾個特點(diǎn)。 v(1) 光電耦合器是以光為媒介傳輸信號的,所以其輸入和輸出在電氣上光電耦合器是以光為媒介傳輸信號的,所以其輸入和輸出在電氣上是隔離的。是隔離

43、的。 v(2) 光電耦合器的光電耦合部分是在一個密封的管殼內(nèi)進(jìn)行的,因而不光電耦合器的光電耦合部分是在一個密封的管殼內(nèi)進(jìn)行的,因而不會受到外界光的干擾。會受到外界光的干擾。 v(3) 光電耦合器的輸入阻抗很低光電耦合器的輸入阻抗很低(一一 般為般為1001K ),而干擾源內(nèi)阻一,而干擾源內(nèi)阻一般般(105 106 )。按分壓原理,傳送到光電耦合器輸入端的干擾電壓就變。按分壓原理,傳送到光電耦合器輸入端的干擾電壓就變得很小了。得很小了。 v(4) 由于一般干擾噪聲源的內(nèi)阻很大,雖然也能供給很大的干擾電壓,由于一般干擾噪聲源的內(nèi)阻很大,雖然也能供給很大的干擾電壓,但可供出的能量很小,只能形成很微弱

44、的電流。而光電耦合器的發(fā)光二但可供出的能量很小,只能形成很微弱的電流。而光電耦合器的發(fā)光二極管只有通過一定的電流才發(fā)光,因此,即使電壓幅值很高的干擾,由極管只有通過一定的電流才發(fā)光,因此,即使電壓幅值很高的干擾,由于沒有足夠的能量,也不能使二極管發(fā)光,顯然,干擾就被抑制掉了。于沒有足夠的能量,也不能使二極管發(fā)光,顯然,干擾就被抑制掉了。 v(5) 輸入回路與輸出回路之間分布電容極小,一般輸入回路與輸出回路之間分布電容極小,一般 0.5pF2pF,而且,而且絕緣電阻很大,通常為絕緣電阻很大,通常為 1011 1012 ,因此,在回路中,一端的干擾很,因此,在回路中,一端的干擾很難通過光電耦合器饋

45、送到另一端去。難通過光電耦合器饋送到另一端去。 v在傳輸線較長、現(xiàn)場干擾十分強(qiáng)烈時為了提高整個系統(tǒng)的可靠性,可以在傳輸線較長、現(xiàn)場干擾十分強(qiáng)烈時為了提高整個系統(tǒng)的可靠性,可以通過光電耦合器將長線完全通過光電耦合器將長線完全“浮置浮置”起來,如圖起來,如圖 所示。長線的所示。長線的“浮置浮置”,去掉了長線兩端間的公共地線,不但有效消除了各邏輯電路的電流流經(jīng)去掉了長線兩端間的公共地線,不但有效消除了各邏輯電路的電流流經(jīng)公共地線時所產(chǎn)生的噪聲電壓相互竄擾,而且也有效地解決了長線驅(qū)動公共地線時所產(chǎn)生的噪聲電壓相互竄擾,而且也有效地解決了長線驅(qū)動和阻抗匹配等問題,同時在受控設(shè)備短路時,保護(hù)系統(tǒng)不受損壞。

46、和阻抗匹配等問題,同時在受控設(shè)備短路時,保護(hù)系統(tǒng)不受損壞。 v2. 繼電器隔離繼電器隔離 v繼電器的線圈和觸點(diǎn)之間沒有電氣上的聯(lián)系,繼電器的線圈和觸點(diǎn)之間沒有電氣上的聯(lián)系,因此,可利用繼電器的線圈接收電氣信因此,可利用繼電器的線圈接收電氣信v號,從而避免強(qiáng)電和弱電信號之間的直接接號,從而避免強(qiáng)電和弱電信號之間的直接接觸,實(shí)現(xiàn)了干擾隔離,常用于開關(guān)量輸出,觸,實(shí)現(xiàn)了干擾隔離,常用于開關(guān)量輸出,以驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)。以驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 v3. 變壓器隔離變壓器隔離 v脈沖變壓器可實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號的隔離。脈沖變壓器可實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號的隔離。v4. 采用雙絞線作為信號線采用雙絞線作為信號線 v對來自現(xiàn)場信號開關(guān)輸出的

47、開關(guān)信號,或從傳感器輸出的微弱模擬信號,對來自現(xiàn)場信號開關(guān)輸出的開關(guān)信號,或從傳感器輸出的微弱模擬信號,最簡單的辦法是采用塑料絕緣的雙平行軟線。但由于平行線間分布電容最簡單的辦法是采用塑料絕緣的雙平行軟線。但由于平行線間分布電容較大,抗干擾能力差,電磁感應(yīng)干擾會在信號線上感應(yīng)出干擾電流。因較大,抗干擾能力差,電磁感應(yīng)干擾會在信號線上感應(yīng)出干擾電流。因此在干擾嚴(yán)重的場合,一般是采用雙絞線以提高抗干擾能力。此在干擾嚴(yán)重的場合,一般是采用雙絞線以提高抗干擾能力。 使雙絞線使雙絞線中一根作為屏蔽線,另一根作為信號傳輸線,這樣可以抑制電磁感應(yīng)干中一根作為屏蔽線,另一根作為信號傳輸線,這樣可以抑制電磁感應(yīng)

48、干擾。在使用過程中,把信號輸出線和返回線兩根導(dǎo)線擰合,其扭絞節(jié)距擾。在使用過程中,把信號輸出線和返回線兩根導(dǎo)線擰合,其扭絞節(jié)距與該導(dǎo)線的線徑有關(guān)。線徑越細(xì),節(jié)距越短,抑制感應(yīng)噪聲的效果越明與該導(dǎo)線的線徑有關(guān)。線徑越細(xì),節(jié)距越短,抑制感應(yīng)噪聲的效果越明顯。實(shí)際上,節(jié)距越短,所用的導(dǎo)線長度就越長,從而增加了導(dǎo)線的成顯。實(shí)際上,節(jié)距越短,所用的導(dǎo)線長度就越長,從而增加了導(dǎo)線的成本。本。二、二、 空間干擾的抑制空間干擾的抑制v空間干擾主要指電磁場在線路和殼體上的輻射、吸收與調(diào)制。干擾可來空間干擾主要指電磁場在線路和殼體上的輻射、吸收與調(diào)制。干擾可來自于應(yīng)用系統(tǒng)的內(nèi)部或外部。市電電源線是無線電波的媒介,

49、而在電網(wǎng)自于應(yīng)用系統(tǒng)的內(nèi)部或外部。市電電源線是無線電波的媒介,而在電網(wǎng)中有脈沖源工作時,它又是輻射天線,因此任意線路、導(dǎo)線、殼體等在中有脈沖源工作時,它又是輻射天線,因此任意線路、導(dǎo)線、殼體等在空間均同時存在輻射、接收和調(diào)制。空間均同時存在輻射、接收和調(diào)制。 抗空間干擾的主要措施就是采取屏抗空間干擾的主要措施就是采取屏蔽。屏蔽是指用屏蔽體把通過空間進(jìn)行電場、磁場或電磁場耦合的部分蔽。屏蔽是指用屏蔽體把通過空間進(jìn)行電場、磁場或電磁場耦合的部分隔離開來,隔斷其空間場的耦合通道。良好的屏蔽是和接地緊密相連的,隔離開來,隔斷其空間場的耦合通道。良好的屏蔽是和接地緊密相連的,因而可以大大降低噪聲耦合,取

50、得較好地抗干擾效果。因而可以大大降低噪聲耦合,取得較好地抗干擾效果。 v在單片機(jī)系統(tǒng)中,通常是把數(shù)字電子裝置和模擬電子裝置的工作基準(zhǔn)地在單片機(jī)系統(tǒng)中,通常是把數(shù)字電子裝置和模擬電子裝置的工作基準(zhǔn)地浮空,而設(shè)備外殼或機(jī)箱采用屏蔽接地。浮地方式可使單片機(jī)系統(tǒng)不受浮空,而設(shè)備外殼或機(jī)箱采用屏蔽接地。浮地方式可使單片機(jī)系統(tǒng)不受大地電流的影響,提高了系統(tǒng)的抗干擾性能。由于強(qiáng)電設(shè)備大都采用保大地電流的影響,提高了系統(tǒng)的抗干擾性能。由于強(qiáng)電設(shè)備大都采用保護(hù)接地,浮空技術(shù)切斷了強(qiáng)電與弱電的聯(lián)系,系統(tǒng)運(yùn)行安全可靠。單片護(hù)接地,浮空技術(shù)切斷了強(qiáng)電與弱電的聯(lián)系,系統(tǒng)運(yùn)行安全可靠。單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)備外殼或機(jī)箱采用屏蔽接地

51、,無論從防止靜電干擾和電磁感應(yīng)機(jī)系統(tǒng)設(shè)備外殼或機(jī)箱采用屏蔽接地,無論從防止靜電干擾和電磁感應(yīng)干擾的角度,或是從人身設(shè)備安全的角度,都是十分必要的措施。干擾的角度,或是從人身設(shè)備安全的角度,都是十分必要的措施。 v如圖如圖 所示為一種浮空這種方案的特點(diǎn)是將電子部件的外圍所示為一種浮空這種方案的特點(diǎn)是將電子部件的外圍附加保護(hù)屏蔽層,且與機(jī)殼浮空;信號采用三線傳輸方式,附加保護(hù)屏蔽層,且與機(jī)殼浮空;信號采用三線傳輸方式,即屏蔽電纜中的兩根芯線和電纜屏蔽外皮線;機(jī)殼接地。即屏蔽電纜中的兩根芯線和電纜屏蔽外皮線;機(jī)殼接地。三、電源系統(tǒng)抗干擾設(shè)計三、電源系統(tǒng)抗干擾設(shè)計 v單片機(jī)測控系統(tǒng)的供電,常常是一個棘

52、手的問題,單單一臺單片機(jī)測控系統(tǒng)的供電,常常是一個棘手的問題,單單一臺高質(zhì)量的電源不足以解決干擾和電壓波動問題,必須完整地高質(zhì)量的電源不足以解決干擾和電壓波動問題,必須完整地設(shè)計整個電源供電系統(tǒng)。在單片機(jī)系統(tǒng)中為了提高供電系統(tǒng)設(shè)計整個電源供電系統(tǒng)。在單片機(jī)系統(tǒng)中為了提高供電系統(tǒng)的智力,防止串入干擾,建議采用以下措施。的智力,防止串入干擾,建議采用以下措施。v(1)交流近線端加交流濾波器,可濾掉高頻干擾,如電網(wǎng))交流近線端加交流濾波器,可濾掉高頻干擾,如電網(wǎng)上大功率設(shè)備啟停造成的瞬間的干擾。濾波器市場上的產(chǎn)品上大功率設(shè)備啟停造成的瞬間的干擾。濾波器市場上的產(chǎn)品有一級、二級濾波器之分,安裝時外殼要

53、加屏蔽并良好接地,有一級、二級濾波器之分,安裝時外殼要加屏蔽并良好接地,進(jìn)出線要分開,防止感應(yīng)和輻射耦合。低通濾波器僅允許進(jìn)出線要分開,防止感應(yīng)和輻射耦合。低通濾波器僅允許50Hz交流電通過,對高頻和中頻干擾有良好的衰減作用。交流電通過,對高頻和中頻干擾有良好的衰減作用。v(2)要求高的系統(tǒng)加交流穩(wěn)壓器。)要求高的系統(tǒng)加交流穩(wěn)壓器。v(3)采用居于靜電屏蔽和抗電磁干擾的隔離電源變壓器。)采用居于靜電屏蔽和抗電磁干擾的隔離電源變壓器。v(4)采用集成穩(wěn)壓塊兩級穩(wěn)壓。目前市場上集成穩(wěn)壓有許)采用集成穩(wěn)壓塊兩級穩(wěn)壓。目前市場上集成穩(wěn)壓有許多種,如提供正電源的多種,如提供正電源的7805、7812、7

54、815、7820、7824以以及提供負(fù)電源的及提供負(fù)電源的79XX系列穩(wěn)壓塊,它們內(nèi)部是多級穩(wěn)壓電系列穩(wěn)壓塊,它們內(nèi)部是多級穩(wěn)壓電路,采用兩級穩(wěn)壓,效果好。例如主機(jī)電源先用路,采用兩級穩(wěn)壓,效果好。例如主機(jī)電源先用7809穩(wěn)壓穩(wěn)壓到到9V,再用,再用7805穩(wěn)壓到穩(wěn)壓到5V。v(5)直流輸出部分采用大容量電解電容進(jìn)行平滑濾波。)直流輸出部分采用大容量電解電容進(jìn)行平滑濾波。v(6)交流電源線與其他線盡量分開,減少再度耦合干擾。)交流電源線與其他線盡量分開,減少再度耦合干擾。如濾波器的輸出線上干擾已減少,應(yīng)使其與電源進(jìn)線級濾波如濾波器的輸出線上干擾已減少,應(yīng)使其與電源進(jìn)線級濾波器外殼保持一定距離,

55、交流電源線與直流電源線及信號線分器外殼保持一定距離,交流電源線與直流電源線及信號線分開走線。開走線。v(7)電源與信號線一般都通過地板下面走線,而)電源與信號線一般都通過地板下面走線,而且不可把兩線靠的太近或互相平行,以減少電源與且不可把兩線靠的太近或互相平行,以減少電源與信號線之間的相互影響。信號線之間的相互影響。v(8)在每塊印制板的電源與地線之間并接上去耦)在每塊印制板的電源與地線之間并接上去耦電容。即電容。即510F的電解電容和的電解電容和1個個0.010.1F的電的電容,以消除直流電源與地線中的脈沖電流所造成的容,以消除直流電源與地線中的脈沖電流所造成的干擾。干擾。四、單片機(jī)系統(tǒng)的接

56、地技術(shù)四、單片機(jī)系統(tǒng)的接地技術(shù) v接地技術(shù)對單片機(jī)系統(tǒng)是極為重要的,不恰當(dāng)?shù)亟拥貢斐山拥丶夹g(shù)對單片機(jī)系統(tǒng)是極為重要的,不恰當(dāng)?shù)亟拥貢斐蓸O其嚴(yán)重的干擾,正確接地是單片機(jī)系統(tǒng)抑制干擾的重要手極其嚴(yán)重的干擾,正確接地是單片機(jī)系統(tǒng)抑制干擾的重要手段。接地的目的有兩個,一是保護(hù)單片機(jī)、電器設(shè)備和操作段。接地的目的有兩個,一是保護(hù)單片機(jī)、電器設(shè)備和操作人員的安全;二是為了抑制干擾,使單片機(jī)工作穩(wěn)定。通常人員的安全;二是為了抑制干擾,使單片機(jī)工作穩(wěn)定。通常接地可分為工作接地和保護(hù)接地兩大類。保護(hù)接地主要是為接地可分為工作接地和保護(hù)接地兩大類。保護(hù)接地主要是為了避免操作人員因設(shè)備的絕緣損壞或下降時遭受觸電

57、危險和了避免操作人員因設(shè)備的絕緣損壞或下降時遭受觸電危險和保證設(shè)備的安全。而工作接地則主要是為了保證單片機(jī)系統(tǒng)保證設(shè)備的安全。而工作接地則主要是為了保證單片機(jī)系統(tǒng)穩(wěn)定可靠地運(yùn)行,防止地環(huán)路引起的干擾。穩(wěn)定可靠地運(yùn)行,防止地環(huán)路引起的干擾。 v在單片機(jī)系統(tǒng)中,大致有交流地、系統(tǒng)地、安全地、數(shù)字地在單片機(jī)系統(tǒng)中,大致有交流地、系統(tǒng)地、安全地、數(shù)字地(邏輯地邏輯地)和和模擬地等幾種。模擬地等幾種。 v1. 交流地交流地 v交流地是單片機(jī)交流供電電源地,即動力線地。它的地電位很不穩(wěn)定。交流地是單片機(jī)交流供電電源地,即動力線地。它的地電位很不穩(wěn)定。 v2. 系統(tǒng)地系統(tǒng)地 v為了給各部分電路提供穩(wěn)定的基準(zhǔn)

58、電位而設(shè)計的,是指信號回路的基準(zhǔn)為了給各部分電路提供穩(wěn)定的基準(zhǔn)電位而設(shè)計的,是指信號回路的基準(zhǔn)導(dǎo)體導(dǎo)體(如控制電源的零電位如控制電源的零電位)。這時的所謂接地是指將各單元,裝置內(nèi)部。這時的所謂接地是指將各單元,裝置內(nèi)部各部分電路信號返回線與基準(zhǔn)導(dǎo)體之間的連接。對這種接地的要求是盡各部分電路信號返回線與基準(zhǔn)導(dǎo)體之間的連接。對這種接地的要求是盡量減小接地回路中的公共阻抗壓降,以減小系統(tǒng)中干擾信號公共阻抗耦量減小接地回路中的公共阻抗壓降,以減小系統(tǒng)中干擾信號公共阻抗耦合。合。 v3. 安全地安全地 v其目的是使設(shè)備機(jī)殼與大地等電位,以避免機(jī)殼帶電而影響人身及設(shè)備其目的是使設(shè)備機(jī)殼與大地等電位,以避免

59、機(jī)殼帶電而影響人身及設(shè)備安全。通常安全地又稱為保護(hù)地或機(jī)殼地,機(jī)殼包括機(jī)架、外殼、屏蔽安全。通常安全地又稱為保護(hù)地或機(jī)殼地,機(jī)殼包括機(jī)架、外殼、屏蔽罩等。罩等。 v4. 數(shù)字地數(shù)字地 v作為單片機(jī)系統(tǒng)中各種數(shù)字電路的零電位,應(yīng)該與模擬地分開,避免模作為單片機(jī)系統(tǒng)中各種數(shù)字電路的零電位,應(yīng)該與模擬地分開,避免模擬信號受數(shù)字脈沖的干擾。擬信號受數(shù)字脈沖的干擾。 v5. 模擬地模擬地 v作為傳感器、變送器、放大器、作為傳感器、變送器、放大器、A/D轉(zhuǎn)換器和轉(zhuǎn)換器和 D/A轉(zhuǎn)換器中模擬地的零轉(zhuǎn)換器中模擬地的零電位,模擬信號有精度要求,有時信號比較小,而且與生產(chǎn)現(xiàn)場連接。電位,模擬信號有精度要求,有時信

60、號比較小,而且與生產(chǎn)現(xiàn)場連接。因此,必須認(rèn)真對待模擬地。因此,必須認(rèn)真對待模擬地。 v不同的地線有不同的處理技術(shù),在單片機(jī)系統(tǒng)中一般不同的地線有不同的處理技術(shù),在單片機(jī)系統(tǒng)中一般 v(1) 數(shù)字地與模擬地要分開。電路板上既有高速邏輯電路,又有線性電數(shù)字地與模擬地要分開。電路板上既有高速邏輯電路,又有線性電路,應(yīng)使它們盡量分開,而兩者的地線不要相混,分別與電源端地線相路,應(yīng)使它們盡量分開,而兩者的地線不要相混,分別與電源端地線相連。要盡量加大線性電路的接地面積。連。要盡量加大線性電路的接地面積。 v(2) 單點(diǎn)接地與多點(diǎn)接地的選擇。在低頻電路中,信號的工作頻率小于單點(diǎn)接地與多點(diǎn)接地的選擇。在低頻

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