技術總結:單片機硬件設計經驗之談(二)
發布時間:2014-10-06 責任編輯:echolady
【導讀】針對單片機硬件設計過程中出現的問題以及原則,小編為大家總結一下經驗,主要從兩個方麵入手,一方麵從關鍵元件著手,例如RAM,ROM等(deng)芯(xin)片(pian)旁(pang)邊(bian)安(an)裝(zhuang)去(qu)耦(ou)電(dian)容(rong)。一(yi)方(fang)麵(mian)從(cong)元(yuan)器(qi)件(jian)布(bu)局(ju)方(fang)麵(mian)入(ru)手(shou),把(ba)相(xiang)互(hu)之(zhi)間(jian)有(you)關(guan)元(yuan)件(jian)放(fang)的(de)靠(kao)近(jin)。下(xia)麵(mian)小(xiao)編(bian)為(wei)大(da)家(jia)總(zong)結(jie)一(yi)下(xia)抑(yi)製(zhi)幹(gan)擾(rao)的(de)相(xiang)關(guan)措(cuo)施(shi)。
抑製幹擾源的常用措施如下:
(1)繼電器線(xian)圈(quan)增(zeng)加(jia)續(xu)流(liu)二(er)極(ji)管(guan),消(xiao)除(chu)斷(duan)開(kai)線(xian)圈(quan)時(shi)產(chan)生(sheng)的(de)反(fan)電(dian)動(dong)勢(shi)幹(gan)擾(rao)。僅(jin)加(jia)續(xu)流(liu)二(er)極(ji)管(guan)會(hui)使(shi)繼(ji)電(dian)器(qi)的(de)斷(duan)開(kai)時(shi)間(jian)滯(zhi)後(hou),增(zeng)加(jia)穩(wen)壓(ya)二(er)極(ji)管(guan)後(hou)繼(ji)電(dian)器(qi)在(zai)單(dan)位(wei)時(shi)間(jian)內(nei)可(ke)動(dong)作(zuo)更(geng)多(duo)的(de)次(ci)數(shu)。
(2)在繼電器接點兩端並接火花抑製電路(一般是RC串聯電路,電阻一般選幾K 到幾十K,電容選0.01uF),減小電火花影響。
(3)給電機加濾波電路,注意電容、電感引線要盡量短。
(4)電路板上每個IC要並接一個0.01μF~0.1μF高頻電容,以減小IC對電源的影響。注意高頻電容的布線,連線應靠近電源端並盡量粗短,否則,等於增大了電容的等效串聯電阻,會影響濾波效果。
(5)布線時避免90度折線,減少高頻噪聲發射。
(6)可控矽兩端並接RC抑製電路,減小可控矽產生的噪聲(這個噪聲嚴重時可能會把可控矽擊穿的)。
切(qie)斷(duan)幹(gan)擾(rao)傳(chuan)播(bo)路(lu)徑(jing)按(an)幹(gan)擾(rao)的(de)傳(chuan)播(bo)路(lu)徑(jing)可(ke)分(fen)為(wei)傳(chuan)導(dao)幹(gan)擾(rao)和(he)輻(fu)射(she)幹(gan)擾(rao)兩(liang)類(lei)。所(suo)謂(wei)傳(chuan)導(dao)幹(gan)擾(rao)是(shi)指(zhi)通(tong)過(guo)導(dao)線(xian)傳(chuan)播(bo)到(dao)敏(min)感(gan)器(qi)件(jian)的(de)幹(gan)擾(rao)。高(gao)頻(pin)幹(gan)擾(rao)噪(zao)聲(sheng)和(he)有(you)用(yong)信(xin)號(hao)的(de)頻(pin)帶(dai)不(bu)同(tong),可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)在(zai)導(dao)線(xian)上(shang)增(zeng)加(jia)濾(lv)波(bo)器(qi)的(de)方(fang)法(fa)切(qie)斷(duan)高(gao)頻(pin)幹(gan)擾(rao)噪(zao)聲(sheng)的(de)傳(chuan)播(bo),有(you)時(shi)也(ye)可(ke)加(jia)隔(ge)離(li)光(guang)耦(ou)來(lai)解(jie)決(jue)。電(dian)源(yuan)噪(zao)聲(sheng)的(de)危(wei)害(hai)最(zui)大(da),要(yao)特(te)別(bie)注(zhu)意(yi)處(chu)理(li)。所(suo)謂(wei)輻(fu)射(she)幹(gan)擾(rao)是(shi)指(zhi)通(tong)過(guo)空(kong)間(jian)輻(fu)射(she)傳(chuan)播(bo)到(dao)敏(min)感(gan)器(qi)件(jian)的(de)幹(gan)擾(rao)。一(yi)般(ban)的(de)解(jie)決(jue)方(fang)法(fa)是(shi)增(zeng)加(jia)幹(gan)擾(rao)源(yuan)與(yu)敏(min)感(gan)器(qi)件(jian)的(de)距(ju)離(li),用(yong)地(di)線(xian)把(ba)它(ta)們(men)隔(ge)離(li)和(he)在(zai)敏(min)感(gan)器(qi)件(jian)上(shang)加(jia)蔽(bi)罩(zhao)。
切斷幹擾傳播路徑的常用措施如下:
(1)充分考慮電源對單片機的影響。電源做得好,整個電路的抗幹擾就解決了一大半。許多單片機對電源噪聲很敏感,要給單片機電源加濾波電路或穩壓器,以減小電源噪聲對單片機的幹擾。比如,可以利用磁珠和電容組成π形濾波電路,當然條件要求不高時也可用 100Ω電阻代替磁珠。
(2)如果單片機的I/O口用來控製電機等噪聲器件,在I/O口與噪聲源之間應加隔離(增加π形濾波電路)。
(3)注意晶振布線。晶振與單片機引腳盡量靠近,用地線把時鍾區隔離起來,晶振外殼接地並固定。
(4)電路板合理分區,如強、弱信號,數字、模擬信號。盡可能把幹擾源(如電機、繼電器)與敏感元件(如單片機)遠離。
(5)用地線把數字區與模擬區隔離。數字地與模擬地要分離,最後在一點接於電源地。A/D、D/A芯片布線也以此為原則。
(6)單片機和大功率器件的地線要單獨接地,以減小相互幹擾。大功率器件盡可能放在電路板邊緣。
(7)在單片機I/O口、電源線、電路板連接線等關鍵地方使用抗幹擾元件如磁珠、磁環、電源濾波器、屏蔽罩,可顯著提高電路的抗幹擾性能。
提(ti)高(gao)敏(min)感(gan)器(qi)件(jian)的(de)抗(kang)幹(gan)擾(rao)性(xing)能(neng)提(ti)高(gao)敏(min)感(gan)器(qi)件(jian)的(de)抗(kang)幹(gan)擾(rao)性(xing)能(neng)是(shi)指(zhi)從(cong)敏(min)感(gan)器(qi)件(jian)這(zhe)邊(bian)考(kao)慮(lv)盡(jin)量(liang)減(jian)少(shao)對(dui)幹(gan)擾(rao)噪(zao)聲(sheng)的(de)拾(shi)取(qu),以(yi)及(ji)從(cong)不(bu)正(zheng)常(chang)狀(zhuang)態(tai)盡(jin)快(kuai)恢(hui)複(fu)的(de)方(fang)法(fa)。提(ti)高(gao)敏(min)感(gan)器(qi)件(jian)抗(kang)幹(gan)擾(rao)性(xing)能(neng)的(de)常(chang)用(yong)措(cuo)施(shi)如(ru)下(xia):
(1)布線時盡量減少回路環的麵積,以降低感應噪聲。
(2)布線時,電源線和地線要盡量粗。除減小壓降外,更重要的是降低耦合噪聲。
(3)對於單片機閑置的I/O口,不要懸空,要接地或接電源。其它IC的閑置端在不改變係統邏輯的情況下接地或接電源。
(4)對單片機使用電源監控及看門狗電路,如:IMP809,IMP706,IMP813, X5043,X5045等,可大幅度提高整個電路的抗幹擾性能。
(5)在速度能滿足要求的前提下,盡量降低單片機的晶振和選用低速數字電路。
(6)IC器件盡量直接焊在電路板上,少用IC座。
其它常用抗幹擾措施交流端用電感電容濾波:去掉高頻低頻頻幹擾脈衝。
變壓器雙隔離措施:變壓器初級輸入端串接電容,初、次級線圈間屏蔽層與初級間電容中心接點接大地,次級外屏蔽層接印製板地,這是硬件抗幹擾的關鍵手段。
次級加低通濾波器:吸收變壓器產生的浪湧電壓。
采用集成式直流穩壓電源:因為有過流、過壓、過熱等保護。I/O口采用光電、磁電、繼電器隔離,同時去掉公共地。
通訊線用雙絞線:排除平行互感。防雷電用光纖隔離最為有效。
A/D轉換用隔離放大器或采用現場轉換:減少誤差。
外殼接大地:解決人身安全及防外界電磁場幹擾。加複位電壓檢測電路。防止複位不充份,CPU就工作,尤其有EEPROM的器件,複位不充份會改變EEPROM的內容。
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