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单片机硬件系统设计原则
作者:华盛安达河北电气设备 发表时间: 浏览人气:10


        一个 单片机 应用 系统 的 硬件 电路 设计 包含 两 部分 内容: 一是 系统 扩展, 即 单片机 内部 的 功能 单元, 如 ROM, RAM, I / O, 定时器 / 计数器, 中断 系统 等 不能 满足 应用 系统 的 要求 时,必须 在 片 外 进行 扩展 , 选择 适当 的 芯片 芯片 , 设计 相应 电路。。/ 是 系统 / 配置 , 即 按照 系统 功能 要求 配置 / / / / / / / / / 

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     : 的 扩展 和 配置 应 遵循 以下 : : 

    

     1 、 尽可能 选择 典型 电路 , 并 符合 单片机 常规 用法。为 硬件 系统 的 标准化 、 模块化 打下 良好 的 基础 基础 

    

     2 、 系统 扩展 与 外围 设备 的 配置 水平 应 充分 满足 应用 系统 的 功能 要求 , 并 留有. 

    

     3 、 硬件 结构 应 结合 应用 软件 软件 一并 考虑。: 结构 与 软件 方案 会 产生 相互 影响 , : : : : 占用 必须 注意 , 由 软件 实现 的 硬件 功能 , 一般 响应 时间 比 硬件 实现 长 占用 占用 占用 CPU 时间。 

    

     4 、 系统 中 的 相关 器件 要 要 做到 性能 匹配。OS 选用 CMOS 芯片 单片机 构成 低 功耗 系统 时 , 系统 系统 中 所有 芯片 尽可能 选择 低 低 功耗 产品。 

    

     5 、 可靠性 及 抗干扰 设计 是 硬件 设计 必不可少 的 一部分 , 它 包括 芯片 、 器件 选择 、 去. 

    

     6 、 单片机 外围 电路 较多 时 , , 考虑 其 驱动 驱动 能力 驱动 能力 不足 时 , 系统 工作 不 可靠 , 可 通过 增设 线 驱动 器 增强 驱动 能力 或 减少 芯片 功耗 来 降低 总线 

    

     7 、 尽量 朝 “单片” 方向 设计 硬件 系统。系统 器件 越 多 , 器件 之间 相互 干扰 也 越 强 , 功耗 也 增大 , 也 不可避免 地 降低 了 系统 的 稳定性。SoC 系统 PS 真正 的 功能 C C C C C C C C C PS PS PS PS PS PS PS PS./ D 、 E / A 、 两个 串口 、 、 、 上 电 电 复位 电路 等等。 

    

     单片机 系统 硬件 抗干扰 常用 常用 方法 

    

     影响 单片机 系统 可靠 安全 运行 的 主要 因素 主要 来自 系统 内部 和 外部 的 各种 电气 干扰 , 并 受 系统 设计 这些 都 构成 单片机 系统 的 干扰 因素 , 常 会 导致 单片机 系统 运行 失常 , 轻则 影响 产品 质量 产量 , 重

: 干扰 的 基本 要素 有 : : 

    

     (1)) 干扰 源 Du 产生 干扰 的 元件 、 设备 或 信号 , 用 数学 : : : du / dt , di / dt 大 的 地方 就是 干扰 源 : : 雷电 、 继电器 、 可控硅 、 电机 、 高频 时钟 等 都可 能 成为 干扰 源。 

    

     (2)) 传播 路径 指 干扰 从 干扰 源 传播 到 敏感 器件 的 通路 或 或。典型 的 干扰 传 播 路径 是 通过 导线 的 传导 和 空间 的 的。 

    

     (3)) 敏感 器件 指 容易 被 干扰 的 对象。: : A / D 、 D / A 变换器 , 单片机 , 数字 IC , 弱 信号 放大器 等。 

    

     干扰 的 分类 

    

     1 干扰 的 分类 

    

     干扰 的 分类 有 好 多种 , 通常 可以 按照 噪声 产生 的 原因 、 传导 方式 、 波形 特性 等等 进行 不同 的 

    

     : 传导 方式 : : 可 分为 共 模 噪声 和 串 串 模 噪声。 

    

     : 波形 : : 可 分为 持续 正弦波 、 脉冲 电压 、 脉冲 序列 等等。 

    

     2 干扰 的 耦合 方式 

    

     干扰 源 产生 的 干扰 信号 是 通过 一定 的 耦合 通道 才对 测控 系统 产生 作用 的。因此 , 我 有 必要 看看 干扰 源 和 被 干扰 干扰 对象 之间 的 方式。。: 的 耦合 方式 , 无非 是 通过 导线 、 空间 、 公共 线 等等 , : : : : : : 

    

     (1)) : : 

    

     这 是 最 直接 的 方式 , 也是 系统 中 存在 最 最 普遍 一种 方式 方式。比如 干扰 信号 通过 电源 线 侵入 系统。对于 这种 形式 , 最 有效 的 方法 就是 加入 去 耦 耦。从而 很好 的 抑制。 

    

     (2)) 公共 : : 

    

     这 也是 常见 的 耦合 方式 , 这种 形式 常常 发生 在 两个 电路 电流 有 共同 通路 的 情况。为了 防止 这种 耦合 , 通常 在 电路 设计 上 就要 就要。使 干扰 源 和 被 干扰 对象 间 没有 公共 阻抗 阻抗 

    

     (3)) : : 

    

     又称 电场 耦合 或 静电 耦合。是 由于 分布 电容 的 存在 而 产生 的 耦合。 

    

     (4)) 电磁 : : 

    

     又称 磁场 耦合。是 由于 分布 电磁 感应 而 产生 的 耦合。 

    

     (5)) : : 

    

     这种 耦合 是 纯 电阻 性 的 , 在 绝缘 不好 时 就会 就会。 

    

     常用 硬件 抗干扰 技术 

    

     针对 形成 干扰 的 三 要素 , 采取 的 抗干扰 主要 有 以下 以下。    

     1 抑制 干扰 源 

    

     / 干扰 源 就是 尽可能 的 减小 干扰 的 du / dt t di / dt。这 是 抗干扰 设计 中 最 优先 考虑 和 最 重要 的 原则 , 常常 会 起到 事半功倍 的 效果。 的 干扰 源 的 du / dt 主要 是 通过 在 干扰 源 源 两端 并联 电容 来 实现。的 干扰 源 的 di / dt 则 是 在 干扰 源 回路 串联 电感 或 或 以及 增加 增加 流 流 二极管 实现 实现

        


       

: 干扰 源 的 常用 措施 : : 

    

     (1)))) 增加 续 流 二极管 , 消除 断开 线圈 时 产生 的 反 电动势 干扰。仅 加 续 流 二极管 会使 继电器 的 断开 时间 滞后 , 增加 稳压 二极管 后 继电器 在 单位 时间 内 可 动作 更多 的 

    

     (2))) 继电器 两端 并 并 火花 抑制 (((RC 串联 电路 , 电阻 一般 几 K 到 K , , 0.01uF))) 减小 电火花 影响。 

    

     (3))) 电机 加 滤波 电路 , 注意 电容 、 电感 引线 要 尽量 短。 

    

     (4)) 电路 每个 IC 要 并 接 一个 0.01μF ~ 0.1μF 减小 电容 , , 减小 IC 对 电源 的 影响。注意 高频 电容 的 布线 , 连线 应 靠近 电源 端 并 尽量 粗短 , 否则 , 等于 增大 了 电 容 的 串联 电阻 , , 会 影响 滤波。 

    

     (5)) 布线 避免 90 度 折线 折线 减少 高频 高频 噪声 发射 

    

     (6))) 两端 接 RC 抑制 电路 , 减小 可控硅 产生 的 ((((严重 时 可能 会把 可控硅 击穿))) 

    

     2 切断 干扰 传播 路径 

    

     按 干扰 的 传播 路径 可 分为 传导 干扰 和 辐射 干扰 干扰。 

    

     所谓 传导 干扰 是 指 通过 导线 传播 到 敏感 器件 的 的。高频 干扰 噪声 和 有用 信号 的 频带 不同 , 可以 通过 在 导线 上 增加 滤波器 的 方法 切断 高频 干扰 噪声 的 电源 噪声 的 危害 最大 , 要 特别 注意 处理。 

    

     所谓 辐射 干扰 是 指 通过 空间 辐射 传播 到 敏感 器件 的 的。一般 的 解决 方法 是 增加 干扰 源 与 敏感 器件 的 距 , 用地 线 把 它们 隔离 和 在 敏感 器件 上 加 

    

     : 干扰 传播 路径 的 常用 措施 : : 

    

     (1))) 考虑 电源 对 单片机 的 影响。电源 做得好 , 整个 电路 的 抗干扰 就 解决 了 一 一。 

    

     许多 单片机 对 电源 噪声 很 敏感 , 要给 单片机 电源 加 滤波 电路 或 稳压 器 , 以 减小 电源 噪声 对 单片机 的 Ω , 可以 利用 磁珠 和 电容 π π 形 滤波 ω , 当然 条件 要求不高 ω ω 100ω 电阻 代替 磁珠。 

    

     (2)) / / E / A 口 / / 电机 等 噪声 / / I / O 口 与 π 源 应 应 ((π π π 形))) 

    

     (3)) 注意 晶振 布线 晶振 与 单片机 引脚 尽量 靠近 , 用地 线 把 时钟 区 隔离 起来 , 晶振 外壳 接地 并 固定。 

    

     (4))) 板 合理 分区 , 如 强 、 弱 信号 , 数字 、 模拟 信号。尽可能 把 干扰 源 ((电机 、)))) (((()))) 

    

     (5))) 线 把 数字 区 与 模拟 区 隔离。数字 地 与 模拟 地 要 分离 , 最后 在 一点 接 于 电源 地。A / D 、 D / A 芯片 布线 也 以此 为 为。 

    

     (6))) 和 大功率 器件 的 地线 要 单独 接地 , 以 减小 相互 干扰。 大功率 器件 尽可能 放在 电路 板 边缘。 

    

     (7)) I / O 口 、 / 线 、 电路 电路 板 连接 线 关键 地方 使用 抗干扰 元件 如 磁珠 、 磁环 、 滤波器 、 、 屏蔽 , 可 显

3 提高 敏感 器件 的 抗干扰 抗干扰 

    

     提高 敏感 器件 的 抗干扰 性能 是 指 从 敏感 器件 这边 考虑 尽量 减少 对 干扰 噪声 的 拾取 , 以及 从不 状态 尽快 

    

     : 敏感 器件 抗干扰 性能 的 常用 措施 : :

    

     (1))) 时 尽量 减少 回路 环 的 面积 , 以 降低 感应 噪声。 

    

     (2))) 时 , 电源 线 和 地线 要 尽量 粗。除 减小 压降 外 , 更 重要 的 是 降低 耦 合 合。 

    

     (3))) 单片机 / I / O 口 , 不要 悬空 , , 要 接地 接 接 电源。其它 IC 的 闲置 端 在 不 改变 系统 逻辑 的 情况 情况 下 接地 或 接 电源。 

    

     (4)) : : 电源 监控 及 看门狗 : : : IMP809 , IMP706 , IMP813 , X5043 , X5045 等 , 可 大幅度 提高 整个 电路 的 抗干扰 性能。 

    

     (5))) 速度 能 满足 要求 的 前提 下 , 尽量 降低 单片机 的 晶振 和 选用 低速 数字 电路。 

    

     (6) IC 器件 尽量 直接 焊 在 电路 板上 板上 , 用 IC 座。 

    

     4 其它 常用 抗干扰 措施 

    

     交流 端 用电 感 : : : 去掉 高频 低频 干扰 脉冲。 

    

     : : : 变压器 初级 初级 端 串接 电容 , 初 、 次级线圈 间 屏蔽 层 与 初级 间 电容 接点 接 大地 , 次级 外 屏蔽 接 印制板 地 , , 

    

     次级 加 低 通 : : 吸收 变压器 产生 的 浪涌 电压。 

    

     : 集成 式 直流 稳压 : : 因为 有 过 流 、 过 压 、 过热 等 保护。 

    

     I / O 口 采用 光电 、 磁 电 电 、 继电器 , , 同时 去掉 公共 地。 

    

     通讯 线 用 : : 排除 平行 互感。 防雷 电 用 光纤 隔离 最为 最为。 

    

     A / D : 用 隔离 放大器 或 或 : : : 减少 误差。 : 接 : : 解决 人身 安全 及 防 外界 电磁场 电磁场 干扰 

    

        



    

    

      

      按 电流 原则 短 接 电动机 转子 转子 电阻 电阻 控制

    


    

       按 电流 原则 短 接 电动机 转子 启动 电阻 控制 电路 接线 图 如下 图 所示 电路 为 按 电流 原则 短 接 转子 它 是 运用 电流 继电器 来 检测 电动机 转子 电流 , 根据 电动机 在 起动 过程 中 , 转子 电流 变化 来 实现.1 中 KM1 ~ KM3 为 短 接 接 接触.

    

  



    

    

      

      PC 级 电路 接线 符号 系统 系统

    


    

       PC 级 就是 一个 三刀 双 掷 掷 开关 是 是 PC 级 电路 接线 符号 符号 系统.

    

  



    

    

      

      tncs 系统 接线 原理 图

    


    

       tncs 系统 接线 原理 图.

    

  



    

    

      

      用 继电 接触 器 设计 三台 三台 电机 相隔 3 秒 顺序

    


    

       用 继电 接触 器 设计 三台 交流 电机 相隔 3 秒 顺序 顺序 同时 停止 的 控制 控制 线路.

    

  



    

    

      

      电池 正 负极 反接 保护 保护 电路

    


    

       用户 在 使用 电池 供电 产品 时 常常 会 误将 电池 装 装。利用 单个 二极管 或 二极管 桥 可以避免 损坏 路 , 但那 会 浪费 浪费 , 并 由于 在 电池 与 系统 电源 间.

    

  



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