單片機硬件系統(tǒng)設計原則

1、單片機硬件系統(tǒng)統(tǒng)設計原則一個單片機應用用系統(tǒng)的硬件件電路設計包包含兩部分內(nèi)內(nèi)容：一是系系統(tǒng)擴展，即即單片機內(nèi)部部的功能單元元，如ROMM、RAM、II/O、定時時器/計數(shù)器器、中斷系統(tǒng)統(tǒng)等不能滿足足應用系統(tǒng)的的要求時，必必須在片外進進行擴展，選選擇適當?shù)男拘酒?，設計相相應的電路。二二是系統(tǒng)的配配置，即按照照系統(tǒng)功能要要求配置外圍圍設備，如鍵鍵盤、顯示器器、打印機、AA/D、D/A轉換器等等，要設計合合適的接口電電路。 系統(tǒng)的擴展和配配置應遵循以以下原則： 1、盡可能選擇擇典型電路，并并符合單片機機常規(guī)用法。為為硬件系統(tǒng)的的標準化、模模塊化打下良良好的基礎。 2、系統(tǒng)擴展與與外圍設備的的配置水平

2、應應充分滿足應應用系統(tǒng)的功功能要求，并并留有適當余余地，以便進進行二次開發(fā)發(fā)。 3、硬件結構應應結合應用軟軟件方案一并并考慮。硬件件結構與軟件件方案會產(chǎn)生生相互影響，考考慮原則是：軟件能實現(xiàn)現(xiàn)的功能盡可可能由軟件實實殃，以簡化化硬件結構。但但必須注意，由由軟件實現(xiàn)的的硬件功能，一一般響應時間間比硬件實現(xiàn)現(xiàn)長，且占用用CPU時間間。 4、系統(tǒng)中的相相關器件要盡盡可能做到性性能匹配。如如選用CMOOS芯片單片片機構成低功功耗系統(tǒng)時，系系統(tǒng)中所有芯芯片都應盡可可能選擇低功功耗產(chǎn)品。 5、可靠性及抗抗干擾設計是是硬件設計必必不可少的一一部分，它包包括芯片、器器件選擇、去去耦濾波、印印刷電路板布布線、通

3、道隔隔離等。 6、單片機外圍圍電路較多時時，必須考慮慮其驅(qū)動能力力。驅(qū)動能力力不足時，系系統(tǒng)工作不可可靠，可通過過增設線驅(qū)動動器增強驅(qū)動動能力或減少少芯片功耗來來降低總線負負載。 7、盡量朝“單單片”方向設設計硬件系統(tǒng)統(tǒng)。系統(tǒng)器件件越多，器件件之間相互干干擾也越強，功功耗也增大，也也不可避免地地降低了系統(tǒng)統(tǒng)的穩(wěn)定性。隨隨著單片機片片內(nèi)集成的功功能越來越強強，真正的片片上系統(tǒng)SooC已經(jīng)可以以實現(xiàn)，如SST公司新近近推出的PPSD32系列產(chǎn)品品在一塊芯片片上集成了880C32核核、大容量FFLASH存存儲器、SRRAM、A/D、I/OO、兩個串口口、看門狗、上上電復位電路路等等。 單片機系統(tǒng)硬件

4、件抗干擾常用用方法實踐 影響單片片機系統(tǒng)可靠靠安全運行的的主要因素主主要來自系統(tǒng)統(tǒng)內(nèi)部和外部部的各種電氣氣干擾，并受受系統(tǒng)結構設設計、元器件件選擇、安裝裝、制造工藝藝影響。這些些都構成單片片機系統(tǒng)的干干擾因素，常常會導致單片片機系統(tǒng)運行行失常，輕則則影響產(chǎn)品質(zhì)質(zhì)量和產(chǎn)量，重重則會導致事事故，造成重重大經(jīng)濟損失失。 形成干擾的基本本要素有三個個： （1）干擾源。指指產(chǎn)生干擾的的元件、設備備或信號，用用數(shù)學語言描描述如下：ddu/dt， di/dtt大的地方就就是干擾源。如如：雷電、繼繼電器、可控控硅、電機、高高頻時鐘等都都可 能成為為干擾源。 （2）傳播路徑徑。指干擾從從干擾源傳播播到敏感器件件

5、的通路或媒媒介。典型的的干擾傳 播播路徑是通過過導線的傳導導和空間的輻輻射。 （3）敏感器件件。指容易被被干擾的對象象。如：A/D、D/AA變換器，單單片機，數(shù)字字IC， 弱弱信號放大器器等。 干擾的分類 1干擾的分類 干擾的分類有好好多種，通常?？梢园凑赵朐肼暜a(chǎn)生的原原因、傳導方方式、波形特特性等等進行行不同的分類類。按產(chǎn)生的的原因分： 可分為放電噪聲聲音、高頻振振蕩噪聲、浪浪涌噪聲。 按傳導方式分：可分為共模模噪聲和串模模噪聲。 按波形分：可分分為持續(xù)正弦弦波、脈沖電電壓、脈沖序序列等等。 2 干擾的耦合合方式 干擾源產(chǎn)生的干干擾信號是通通過一定的耦耦合通道才對對測控系統(tǒng)產(chǎn)產(chǎn)生作用的。因因

6、此，我有必必要看看干擾擾源和被干擾擾對象之間的的傳遞方式。干干擾的耦合方方式，無非是是通過導線、空空間、公共線線等等，細分分下來，主要要有以下幾種種： 1）直接耦合： 這是最直接的方方式，也是系系統(tǒng)中存在最最普遍的一種種方式。比如如干擾信號通通過電源線侵侵入系統(tǒng)。對對于這種形式式，最有效的的方法就是加加入去耦電路路。從而很好好的抑制。 （2）公共阻抗抗耦合： 這也是常見的耦耦合方式，這這種形式常常常發(fā)生在兩個個電路電流有有共同通路的的情況。為了了防止這種耦耦合，通常在在電路設計上上就要考慮。使使干擾源和被被干擾對象間間沒有公共阻阻抗。 （3）電容耦合合： 又稱電場耦合或或靜電耦合 。是由于分分

7、布電容的存存在而產(chǎn)生的的耦合。 （4）電磁感應應耦合： 又稱磁場耦合。是是由于分布電電磁感應而產(chǎn)產(chǎn)生的耦合。 （5）漏電耦合合： 這種耦合是純電電阻性的，在在絕緣不好時時就會發(fā)生。 常用硬件抗干擾擾技術 針對形成干擾的的三要素，采采取的抗干擾擾主要有以下下手段。 1 抑制干擾源源 抑制干擾源就是是盡可能的減減小干擾源的的du/dtt，di/ddt。這是抗抗干擾設計中中最優(yōu)先考慮慮和最重要的的原則，常常常會起到事半半功倍的效果果。 減小干干擾源的duu/dt主要要是通過在干干擾源兩端并并聯(lián)電容來實實現(xiàn)。減小干干擾源的dii/dt則是是在干擾源回回路串聯(lián)電感感或電阻以及及增加續(xù)流二二極管來實現(xiàn)現(xiàn)。

8、 抑制干擾源的常常用措施如下下： （1）繼電器線線圈增加續(xù)流流二極管，消消除斷開線圈圈時產(chǎn)生的反反電動勢干擾擾。僅加 續(xù)續(xù)流二極管會會使繼電器的的斷開時間滯滯后，增加穩(wěn)穩(wěn)壓二極管后后繼電器在單單位時間內(nèi)可可 動作更多多的次數(shù)。 （2）在繼電器器接點兩端并并接火花抑制制電路（一般般是RC串聯(lián)聯(lián)電路，電阻阻一般選幾KK 到幾十KK，電容選00.01uFF），減小電電火花影響。 （3）給電機加加濾波電路，注注意電容、電電感引線要盡盡量短。 （4）電路板上上每個IC要要并接一個00.01FF0.1F高頻電容容，以減小IIC對電源的的 影響。注注意高頻電容容的布線，連連線應靠近電電源端并盡量量粗短，否則

9、則，等于增大大了電 容的的等效串聯(lián)電電阻，會影響響濾波效果。 （5）布線時避避免90度折折線，減少高高頻噪聲發(fā)射射。 （6）可控硅兩兩端并接RCC抑制電路，減減小可控硅產(chǎn)產(chǎn)生的噪聲（這這個噪聲嚴重重時可能會把把可控硅擊穿穿的）。 2 切斷干擾傳傳播路徑 按干擾的傳播路路徑可分為傳傳導干擾和輻輻射干擾兩類類。 所謂傳導干擾是是指通過導線線傳播到敏感感器件的干擾擾。高頻干擾擾噪聲和有用用信號的頻帶帶不同，可以以通過在導線線上增加濾波波器的方法切切斷高頻干擾擾噪聲的傳播播，有時也可可加隔離光耦耦來解決。電電源噪聲的危危害最大，要要特別注意處處理。 所謂輻射干擾是是指通過空間間輻射傳播到到敏感器件的的

10、干擾。一般般的解決方法法是增加干擾擾源與敏感器器件的距，用用地線把它們們隔離和在敏敏感器件上加加蔽罩。 切斷干擾傳播路路徑的常用措措施如下： （1）充分考慮慮電源對單片片機的影響。電電源做得好，整整個電路的抗抗干擾就 解解決了一大半半。 許多單單片機對電源源噪聲很敏感感,要給單片片機電源加濾濾波電路或穩(wěn)穩(wěn)壓器，以減減小電源噪聲聲對單片機的的干擾。比如如，可以利用用磁珠和電容容組成形濾濾波電路，當當然條件要求求不高時也可可用100電阻代替磁磁珠。 （2）如果單片片機的I/OO口用來控制制電機等噪聲聲器件，在II/O口與噪噪聲源之間應應加隔離（增增加形濾波波電路）。 （3）注意晶振振布線。晶振振與

11、單片機引引腳盡量靠近近，用地線把把時鐘區(qū)隔離離起來，晶振振外殼接地并并固定。 （4）電路板合合理分區(qū)，如如強、弱信號號，數(shù)字、模模擬信號。盡盡可能把干擾擾源（如電機機、繼電器）與與敏感元件（如如單片機）遠遠離。 （5）用地線把把數(shù)字區(qū)與模模擬區(qū)隔離。數(shù)數(shù)字地與模擬擬地要分離，最最后在一點接接于電源地。AA /D、DD/A芯片布布線也以此為為原則。 （6）單片機和和大功率器件件的地線要單單獨接地，以以減小相互干干擾。 大功功率器件盡可可能放在電路路板邊緣。 （7）在單片機機I/O口、電電源線、電路路板連接線等等關鍵地方使使用抗干擾元元件如磁珠、磁磁環(huán)、電源濾濾波器、屏蔽蔽罩，可顯著著提高電路的的

12、抗干擾性能能。 3 提高敏感器器件的抗干擾擾性能 提高敏感器件的的抗干擾性能能是指從敏感感器件這邊考考慮盡量減少少對干擾噪聲聲 的拾取，以以及從不正常常狀態(tài)盡快恢恢復的方法。 提高敏感器件抗抗干擾性能的的常用措施如如下： （1）布線時盡盡量減少回路路環(huán)的面積，以以降低感應噪噪聲。 （2）布線時，電電源線和地線線要盡量粗。除除減小壓降外外，更重要的的是降低耦 合噪聲。 （3）對于單片片機閑置的II/O口，不不要懸空，要要接地或接電電源。其它IIC的閑置端端在不改變系系統(tǒng)邏輯的情情況下接地或或接電源。 （4）對單片機機使用電源監(jiān)監(jiān)控及看門狗狗電路，如：IMP8009，IMPP706，IIMP813

13、3， X50043，X55045等，可可大幅度提高高整個電路的的抗干擾性能能。 （5）在速度能能滿足要求的的前提下，盡盡量降低單片片機的晶振和和選用低速數(shù)數(shù)字電路。 （6）IC器件件盡量直接焊焊在電路板上上，少用ICC座。 4 其它常用抗抗干擾措施 交流端用電感電電容濾波:去去掉高頻低頻頻干擾脈沖。 變壓器雙隔隔離措施:變變壓器初級輸輸入端串接電電容,初、次次級線圈間屏屏蔽層與初級級間電容中心心接點接大地地,次級外屏屏蔽層接印制制板地,這是是硬件抗干擾擾的關鍵手段段。次級加低低通濾波器:吸收變壓器器產(chǎn)生的浪涌涌電壓。 采采用集成式直直流穩(wěn)壓電源源:因為有過過流、過壓、過過熱等保護。 I/O口采采用光電、磁磁電、繼電器器隔離，同時時去掉公共地地。 通訊線線用雙絞線:排除平行互互感。 防雷雷電用光纖隔隔離最為有效效。 A/DD轉換用隔離離放大器或采采用現(xiàn)場轉換換:減少誤差差。 外殼接接大地:解決決人身安全及及防外界電磁磁場干擾。 加復位電壓壓檢測電路。防防止復位不充充份,CPUU就工作