單片機(jī)開發(fā)
- 首頁(yè) >> 電子技術(shù) >> 單片機(jī)開發(fā)
單片機(jī)電磁干擾技術(shù)
單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)電磁干擾技術(shù)研究
單片機(jī)系統(tǒng)在工業(yè)應(yīng)用中越來越廣泛，是產(chǎn)品研發(fā)和生產(chǎn)中的重要技術(shù)手段，但由于系統(tǒng)所處的電磁環(huán)境往往比較惡劣，單片機(jī)工作時(shí)，常受到內(nèi)部和外部的各種干擾，對(duì)單片機(jī)正常工作帶來不利影響。為了確保單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性和安全性，必須了解干擾原因，這是解決干擾的重要問題。
一、單片機(jī)系統(tǒng)干擾類別及分析
1.1單片機(jī)系統(tǒng)電磁干擾的要素
單片機(jī)系統(tǒng)發(fā)生電磁干擾問題，存在三個(gè)因素，即電磁干擾源、耦合途徑、敏感設(shè)備。
其中干擾源是指產(chǎn)生干擾的元器件、設(shè)備和信號(hào)；耦合途徑是指從干擾源到敏感設(shè)備的通路和媒介。典型的耦合途徑是通過導(dǎo)線的傳導(dǎo)和空間的輻射；敏感設(shè)備是指被干擾的對(duì)象，比如單片機(jī)、放大器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器等。
1.2單片機(jī)電磁干擾的分類
單片機(jī)系統(tǒng)中電磁的干擾通常分為好多種，按照傳播方式、噪聲產(chǎn)生的原因、波形特征等進(jìn)行分類。按照傳播方式可分為串模噪聲和共模噪聲；2）按產(chǎn)生的原因可分為高頻振蕩噪聲，放電噪聲，浪涌噪聲；3）波形特征可分為脈沖電壓，持續(xù)正弦波，脈沖序列等。
單片機(jī)系統(tǒng)的干擾源主要是電磁能量干擾。干擾源主要分為內(nèi)部干擾源和外部干擾源：
（1）內(nèi)部的干擾源主要來自印制電路板和電路之間形成相互的干擾；主要由于系統(tǒng)內(nèi)部印制電路板設(shè)計(jì)走線不合理，元器件布局不正確及接地等使得單片機(jī)系統(tǒng)不能正常工作。
（2）外部干擾源主要是電磁波和電磁場(chǎng)。強(qiáng)烈的電磁場(chǎng)干擾信號(hào)會(huì)影響單片機(jī)系統(tǒng)工作，較強(qiáng)的外部干擾信號(hào)主要通過電源而進(jìn)入單片機(jī)內(nèi)部系統(tǒng)，所以，供電電源的抗干擾的方法是我們進(jìn)行電磁抗干擾的一個(gè)研究重點(diǎn)。
1.3電磁干擾對(duì)單片機(jī)造成的影響
1）單片機(jī)系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集誤差加大，使得RAM數(shù)據(jù)發(fā)生篡改，降低數(shù)據(jù)的可靠性。
2）單片機(jī)控制系統(tǒng)失靈，自動(dòng)控制系統(tǒng)受到電磁干擾時(shí)，可能出現(xiàn)誤動(dòng)作誤控和失控，使單片機(jī)控制系統(tǒng)的有效性和可靠性降低。
3）程序運(yùn)行失常，干擾使得單片機(jī)的PC值到了未使用的地址空間而進(jìn)行毫無意義的運(yùn)行，或者程序雖然在正常的地址空間運(yùn)行，但干擾使程序跳轉(zhuǎn)到不應(yīng)去的地方運(yùn)行或進(jìn)入死循環(huán)。
二、電磁干擾抑制技術(shù)
2.1硬件的抗干擾技術(shù)
硬件的抗干擾技術(shù)是單片機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用和設(shè)計(jì)中首選抗干擾措施，能有效阻斷干擾傳播途徑，抑制干擾源，合理地布置與選擇有關(guān)參數(shù)，硬件抗干擾措施能抑制絕大部分電磁干擾，常用的硬件干擾如下。
1）印制電路板設(shè)計(jì)。印制電路板的設(shè)計(jì)與布局合理與否對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性很重要，這里是噪聲的產(chǎn)生、傳播和吸收的關(guān)鍵步驟。
從減小輻射干擾的角度出發(fā)，盡量選用多層板。內(nèi)層分別做電源層、接地層。對(duì)信號(hào)形成均勻的接地面，加大信號(hào)線和接地面間的分布電容，抑制其向空間輻射的內(nèi)力。對(duì)于多層線路板，不同區(qū)域的地線面在邊遠(yuǎn)處要滿足20 H法則（即地線面的邊沿要比電源層或信號(hào)線層的邊沿外延出20 H，H為地線面與信號(hào)層之間的高度）。
電源線、地線、印制板走線對(duì)高頻信號(hào)應(yīng)保持低阻抗。在頻率很高的情況下，電源線、地線或印制板走線都會(huì)成為接收與發(fā)射干擾的小天線。減低這種干擾是減少電源線、地線、印制板走線本身的高頻阻抗，而且排列要恰當(dāng)，盡量做到短而直。線路板上有不同的功能電路時(shí)，不同類型的電路應(yīng)分離，其接地也應(yīng)分離；不能有信號(hào)線穿過地線面上的裂縫。
I/O接口上使用獨(dú)立的地線，為濾波和屏蔽層提供干凈地點(diǎn)，濾波器盡量靠近電纜進(jìn)出口。高速時(shí)鐘地線盡量短，不要換層，拐角不要90°，盡量遠(yuǎn)離I/O端口；芯片上安裝的散熱片要多接到信號(hào)地上；I/O接口的驅(qū)動(dòng)電路要靠近。
2）選擇元器件。元器件是系統(tǒng)的基礎(chǔ)，同時(shí)也是控制系統(tǒng)中重要環(huán)節(jié)，只有合理地選擇元器件，才能提高整個(gè)系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，因此，應(yīng)選擇集成度高，抗干擾能力強(qiáng)，功耗小的電子器件。
3）接地技術(shù)。信號(hào)地通常分為單點(diǎn)接地、多點(diǎn)接地和混合接地等種類。按信號(hào)頻率小于1MHz時(shí)，采用單點(diǎn)接地；工作頻率在1 MHz～10 MHz時(shí)，采用單點(diǎn)接地時(shí)，地線長(zhǎng)度不得超過波長(zhǎng)的1/20，否則采用多點(diǎn)接地；信號(hào)工作頻率大于10 MHz時(shí)，為了降低地線阻抗應(yīng)采用多點(diǎn)接地。多級(jí)電路接地點(diǎn)應(yīng)選在低電平電路輸入端，使該端最接近于基準(zhǔn)地位，輸入級(jí)的接地縮短，受到的電磁干擾可能性減少。
4）隔離技術(shù)。通過隔離可以把外來的干擾通斷切斷，同時(shí)起到抑制漂移和安全保護(hù)的作用。一般分為物理隔離和光電隔離。物理隔離一般針對(duì)單片機(jī)前段的輸入信號(hào)，在工業(yè)測(cè)量中分為兩部分。（1）顯示及控制部分，稱為二次儀表；（2）傳感器，稱為一次儀表。有時(shí)一次儀表和二次儀表距離較遠(yuǎn)，在傳輸過程中信號(hào)容易受到干擾，其信號(hào)線要遠(yuǎn)大于功率導(dǎo)線；光電隔離是將兩個(gè)電路系統(tǒng)的電信號(hào)隔離開，通過光耦來傳遞信號(hào)，既能確保隔斷噪聲信號(hào)從一個(gè)電路傳輸?shù)搅硪粋€(gè)電路，也能保證信號(hào)的正確傳輸。在直流和低頻系統(tǒng)中，大多采用光電耦合的方法來隔離，由于以光為媒介進(jìn)行間接耦合，因而具有較高的電氣隔離和干擾抑制能力。
2.2軟件的抗干擾技術(shù)
盡管采用了硬件抗干擾技術(shù)，但由于產(chǎn)生干擾的原因復(fù)雜，具有很大的隨機(jī)性，難保證單片機(jī)系統(tǒng)不受到干擾，所以采用采用軟件抗干擾技術(shù)措施加以補(bǔ)充。
1）指令冗余技術(shù)。單片機(jī)受到強(qiáng)干擾會(huì)造成程序計(jì)數(shù)器PC值改變，程序脫離正常運(yùn)行軌跡，出現(xiàn)亂飛，操作數(shù)值改變，及操作數(shù)當(dāng)作操作碼放入錯(cuò)誤。指令冗余與軟件陷阱相似，但有區(qū)別，軟件陷阱用在程序存儲(chǔ)器的未使用區(qū)域中，而指令冗余通常在程序中，其做法是在正常的指令后插入一些NOP指令或?qū)⒂行ё止?jié)重寫，采用指令冗余技術(shù)不僅可以使跑飛的程序納入正規(guī)，還有助于消除隨機(jī)干擾，提高可靠性。
2）軟件陷阱技術(shù)。軟件陷阱是指一些可以使失控程序恢復(fù)正常運(yùn)行或恢復(fù)到初始狀態(tài)的一系列指令，通常采用NOP空指令充當(dāng)軟件陷阱，當(dāng)程序失控時(shí)，只要PC指向這些單元，連續(xù)執(zhí)行幾個(gè)空操作后，程序就會(huì)執(zhí)行后面的正常程序或被強(qiáng)制跳轉(zhuǎn)到某個(gè)指定位置而自動(dòng)恢復(fù)正常，在程序正常工作，該軟件陷阱并不影響系統(tǒng)的正常工作。
3）數(shù)字濾波技術(shù)。數(shù)字濾波是用程序?qū)崿F(xiàn)的，不用增加硬件設(shè)備可多通道共用，具有高可靠性和高穩(wěn)定性，可對(duì)低頻信號(hào)濾波。而模擬RC濾波器受電容量的限制頻率不能太低，靈活性好，改變程序就可改變不同的濾波方法。
4）看門狗。有時(shí)單片機(jī)在受理電磁干擾就會(huì)出現(xiàn)程序的無序執(zhí)行，如果程序進(jìn)入死循環(huán)則使單片機(jī)死機(jī)，解決這個(gè)問題的方法是在系統(tǒng)上加看門狗。
在各程序段中加如下程序：
其中YS為延時(shí)子程序，WATCHDOG是看門狗子程序，計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值（計(jì)數(shù)時(shí)間）要大于主程序循環(huán)一次的時(shí)間，否則系統(tǒng)就會(huì)總復(fù)位而不能正常運(yùn)行。正常工作時(shí)程序每運(yùn)行一次LCALL WATCHDOG就從P2.7送一個(gè)脈沖使計(jì)數(shù)器清零，其Qn輸出端始終為低電平，不會(huì)使系統(tǒng)復(fù)位，一但系統(tǒng)受到電磁干擾后程序進(jìn)入死循環(huán)，程序不能被正常執(zhí)行也就不能從P2.7送脈沖，就會(huì)使計(jì)數(shù)計(jì)滿Qn被罩“1”通過47uF電容送至8051的RESET腳，使系統(tǒng)復(fù)位，重新執(zhí)行主程序。
總結(jié)
在設(shè)計(jì)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，只要認(rèn)真分析系統(tǒng)的硬件構(gòu)成，精心選擇元器件，確認(rèn)干擾源和敏感器件，對(duì)他們進(jìn)行合理布局，能提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。實(shí)踐證明，只有從硬件和軟件兩個(gè)方面采取措施，以硬件抗干擾技術(shù)為主，軟件抗干擾技術(shù)為輔，二者相結(jié)合，才能有效地排除干擾信號(hào)的影響，使系統(tǒng)穩(wěn)定性得到提高。
以上就是我們深圳市組創(chuàng)微電子有限公司為您介紹的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)電磁干擾技術(shù)研究。我們有豐富的智能電子產(chǎn)品定制開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，可以盡快評(píng)估開發(fā)周期與IC價(jià)格，也可以核算PCBA報(bào)價(jià)。我們是松翰單片機(jī)代理商、應(yīng)廣單片機(jī)代理商，出售并開發(fā)sonix與應(yīng)廣的MCU與語音IC方案。我們代理并開發(fā)杰理、安凱、全志、realtek等系列的IC與方案，還開發(fā)BLE藍(lán)牙IC、雙模藍(lán)牙模塊、wifi模塊、物聯(lián)網(wǎng)模塊。我們的擁有硬件設(shè)計(jì)與軟件開發(fā)能力。涵蓋了電路設(shè)計(jì)、PCB設(shè)計(jì)、單片機(jī)開發(fā)、軟件定制開發(fā)、APP定制開發(fā)、微信公眾號(hào)開發(fā)、語音識(shí)別技術(shù)、藍(lán)牙開發(fā)、wifi技術(shù)等。還可以承接智能電子產(chǎn)品研發(fā)、家用電器方案設(shè)計(jì)、美容儀器開發(fā)、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)、智能家居方案設(shè)計(jì)、TWS耳機(jī)開發(fā)、藍(lán)牙耳機(jī)音箱開發(fā)、兒童玩具方案開發(fā)、電子教育產(chǎn)品研發(fā)。
- 返回頂部