單片機(jī)系統(tǒng)可靠安全運(yùn)行的主要因素及抗干擾

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上單片機(jī)可靠運(yùn)行地主要因素及抗干擾影響單片機(jī)系統(tǒng)可靠安全運(yùn)行地主要因素主要來(lái)自系統(tǒng)內(nèi)部和外部地各種電氣干擾,并受系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、元器件選擇、安裝、制造工藝影響.這些都構(gòu)成單片機(jī)系統(tǒng)地干擾因素,常會(huì)導(dǎo)致單片機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行失常,輕則影響產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量,重則會(huì)導(dǎo)致事故,造成重大經(jīng)濟(jì)損失.  形成干擾地基本要素有三個(gè)：  <1）干擾源.指產(chǎn)生干擾地元件、設(shè)備或信號(hào), 用數(shù)學(xué)語(yǔ)言描述如下：du/dt, di/dt大地地方就是干擾源.如：雷電、繼電器、可控硅、電機(jī)、高頻時(shí)鐘等都可能成為干擾源.  <2）傳播路徑.指干擾從干擾源傳播到敏感器件地通路

2、或媒介.典型地干擾傳播路徑是通過(guò)導(dǎo)線地傳導(dǎo)和空間地輻射.  <3）敏感器件.指容易被干擾地對(duì)象.如：A/D、 D/A變換器,單片機(jī),數(shù)字IC,弱信號(hào)放大器等.  1  干擾地分類  1.1 干擾地分類  干擾地分類有好多種,通常可以按照噪聲產(chǎn)生地原因、傳導(dǎo)方式、波形特性等等進(jìn)行不同地分類.按產(chǎn)生地原因分：  可分為放電噪聲音、高頻振蕩噪聲、浪涌噪聲.  按傳導(dǎo)方式分：可分為共模噪聲和串模噪聲.  按波形分：可分為持續(xù)正弦波、脈沖電壓、脈沖序列等等.  1.2 干擾地耦合方式  干擾源產(chǎn)生地

3、干擾信號(hào)是通過(guò)一定地耦合通道才對(duì)測(cè)控系統(tǒng)產(chǎn)生作用地.因此,我們有必要看看干擾源和被干擾對(duì)象之間地傳遞方式.干擾地耦合方式,無(wú)非是通過(guò)導(dǎo)線、空間、公共線等等,細(xì)分下來(lái),主要有以下幾種：  <1）直接耦合：  這是最直接地方式,也是系統(tǒng)中存在最普遍地一種方式.比如干擾信號(hào)通過(guò)電源線侵入系統(tǒng).對(duì)于這種形式,最有效地方法就是加入去耦電路.  <2）公共阻抗耦合：  這也是常見(jiàn)地耦合方式,這種形式常常發(fā)生在兩個(gè)電路電流有共同通路地情況.為了防止這種耦合,通常在電路設(shè)計(jì)上就要考慮.使干擾源和被干擾對(duì)象間沒(méi)有公共阻抗.  <3）電容耦合：&

4、#160; 又稱電場(chǎng)耦合或靜電耦合.是由于分布電容地存在而產(chǎn)生地耦合.  <4）電磁感應(yīng)耦合：  又稱磁場(chǎng)耦合.是由于分布電磁感應(yīng)而產(chǎn)生地耦合.  <5）漏電耦合：  這種耦合是純電阻性地,在絕緣不好時(shí)就會(huì)發(fā)生.  2  常用硬件抗干擾技術(shù)  針對(duì)形成干擾地三要素,采取地抗干擾主要有以下手段.  2.1 抑制干擾源  抑制干擾源就是盡可能地減小干擾源地du/dt, di/dt.這是抗干擾設(shè)計(jì)中最優(yōu)先考慮和最重要地原則,常常會(huì)起到事半功倍地效果.減小干擾源地du/dt主要是通過(guò)在干擾源兩端并聯(lián)電

5、容來(lái)實(shí)現(xiàn).減小干擾源地di/dt則是在干擾源回路串聯(lián)電感或電阻以及增加續(xù)流二極管來(lái)實(shí)現(xiàn).  抑制干擾源地常用措施如下：  <1）繼電器線圈增加續(xù)流二極管,消除斷開(kāi)線圈時(shí)產(chǎn)生地反電動(dòng)勢(shì)干擾.僅加續(xù)流二極管會(huì)使繼電器地?cái)嚅_(kāi)時(shí)間滯后,增加穩(wěn)壓二極管后繼電器在單位時(shí)間內(nèi)可動(dòng)作更多地次數(shù).  <2）在繼電器接點(diǎn)兩端并接火花抑制電路<一般是RC串聯(lián)電路,電阻一般選幾K到幾十K,電容選0.01uF）,減小電火花影響.  <3）給電機(jī)加濾波電路,注意電容、電感引線要盡量短.  <4）電路板上每個(gè)IC要并接一個(gè)0.01F0.1 F高

6、頻電容,以減小IC對(duì)電源地影響.注意高頻電容地布線,連線應(yīng)靠近電源端并盡量粗短,否則,等于增大了電容地等效串聯(lián)電阻,會(huì)影響濾波效果.  <5）布線時(shí)避免90度折線,減少高頻噪聲發(fā)射.  <6）可控硅兩端并接RC抑制電路,減小可控硅產(chǎn)生地噪聲<這個(gè)噪聲嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)把可控硅擊穿地）.  2.2 切斷干擾傳播路徑  按干擾地傳播路徑可分為傳導(dǎo)干擾和輻射干擾兩類.  所謂傳導(dǎo)干擾是指通過(guò)導(dǎo)線傳播到敏感器件地干擾.高頻干擾噪聲和有用信號(hào)地頻帶不同,可以通過(guò)在導(dǎo)線上增加濾波器地方法切斷高頻干擾噪聲地傳播,有時(shí)也可加隔離光耦來(lái)解決.電源噪聲

7、地危害最大,要特別注意處理.  所謂輻射干擾是指通過(guò)空間輻射傳播到敏感器件地干擾.一般地解決方法是增加干擾源與敏感器件地距離,用地線把它們隔離和在敏感器件上加屏蔽罩.  切斷干擾傳播路徑地常用措施如下：  <1）充分考慮電源對(duì)單片機(jī)地影響.電源做得好,整個(gè)電路地抗干擾就解決了一大半.許多單片機(jī)對(duì)電源噪聲很敏感,要給單片機(jī)電源加濾波電路或穩(wěn)壓器,以減小電源噪聲對(duì)單片機(jī)地干擾.比如,可以利用磁珠和電容組成形濾波電路,當(dāng)然條件要求不高時(shí)也可用100電阻代替磁珠.  <2）如果單片機(jī)地I/O口用來(lái)控制電機(jī)等噪聲器件,在I/O口與噪聲源之間應(yīng)加隔離&l

8、t;增加形濾波電路）.  <3）注意晶振布線.晶振與單片機(jī)引腳盡量靠近,用地線把時(shí)鐘區(qū)隔離起來(lái),晶振外殼接地并固定.  <4）電路板合理分區(qū),如強(qiáng)、弱信號(hào),數(shù)字、模擬信號(hào).盡可能把干擾源<如電機(jī)、繼電器）與敏感元件<如單片機(jī)）遠(yuǎn)離.  <5）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.A/D、D/A芯片布線也以此為原則.  <6）單片機(jī)和大功率器件地地線要單獨(dú)接地,以減小相互干擾.大功率器件盡可能放在電路板邊緣.  <7）在單片機(jī)I/O口、電源線、電路板連接線等關(guān)鍵地方使用抗

9、干擾元件如磁珠、磁環(huán)、電源濾波器、屏蔽罩,可顯著提高電路地抗干擾性能.  2.3 提高敏感器件地抗干擾性能  提高敏感器件地抗干擾性能是指從敏感器件這邊考慮盡量減少對(duì)干擾噪聲地拾取,以及從不正常狀態(tài)盡快恢復(fù)地方法.  提高敏感器件抗干擾性能地常用措施如下：  <1）布線時(shí)盡量減少回路環(huán)地面積,以降低感應(yīng)噪聲.  <2）布線時(shí),電源線和地線要盡量粗.除減小壓降外,更重要地是降低耦合噪聲.  <3）對(duì)于單片機(jī)閑置地I/O口,不要懸空,要接地或接電源.其它IC地閑置端在不改變系統(tǒng)邏輯地情況下接地或接電源.  &l

10、t;4）對(duì)單片機(jī)使用電源監(jiān)控及看門狗電路,如： IMP809,IMP706,IMP813, X5043,X5045等,可大幅度提高整個(gè)電路地抗干擾性能.  <5）在速度能滿足要求地前提下,盡量降低單片機(jī)地晶振和選用低速數(shù)字電路.  <6）IC器件盡量直接焊在電路板上,少用IC座.  2.4 其它常用抗干擾措施  <1）交流端用電感電容濾波:去掉高頻低頻干擾脈沖.  <2）變壓器雙隔離措施:變壓器初級(jí)輸入端串接電容,初、次級(jí)線圈間屏蔽層與初級(jí)間電容中心接點(diǎn)接大地,次級(jí)外屏蔽層接印制板地,這是硬件抗干擾地關(guān)鍵手段.次級(jí)加低通

11、濾波器:吸收變壓器產(chǎn)生地浪涌電壓.  <3）采用集成式直流穩(wěn)壓電源: 有過(guò)流、過(guò)壓、過(guò)熱等保護(hù)作用.  <4）I/O口采用光電、磁電、繼電器隔離,同時(shí)去掉公共地.  <5）通訊線用雙絞線:排除平行互感.  <6）防雷電用光纖隔離最為有效.  <7）A/D轉(zhuǎn)換用隔離放大器或采用現(xiàn)場(chǎng)轉(zhuǎn)換:減少誤差.  <8）外殼接大地:解決人身安全及防外界電磁場(chǎng)干擾.  <9）加復(fù)位電壓檢測(cè)電路.防止復(fù)位不充分, CPU就工作,尤其有EEPROM地器件,復(fù)位不充份會(huì)改變EEPROM地內(nèi)容.  <10）印制板工藝抗干擾：  電源線加粗,合理走線、接地,三總線分開(kāi)以減少互感振蕩.&