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单片机设计过程中如何处理电磁兼容性问题

发布日期:2022-06-11 23:40

本文摘要:对于新手来说,在单片机的电路设计中有可能会很留意电路设计中电磁干扰对设计本身的输入输出的影响,但是对于一个电子工程师来说其中的得意关系就不言而喻了,它不仅关系了单片机在掌控在中的能力和准确度,还关系到企业在行业中的竞争。对电磁干扰的设计我们主要从硬件和软件方面展开设计处置,下面就就是指单片机的PCB设计到软件处置方面来讲解对电磁兼容性的处置。一、影响EMC的因数1.电压电源电压越高,意味著电压振幅越大,升空就更加多,而较低电源电压影响敏感度。

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对于新手来说,在单片机的电路设计中有可能会很留意电路设计中电磁干扰对设计本身的输入输出的影响,但是对于一个电子工程师来说其中的得意关系就不言而喻了,它不仅关系了单片机在掌控在中的能力和准确度,还关系到企业在行业中的竞争。对电磁干扰的设计我们主要从硬件和软件方面展开设计处置,下面就就是指单片机的PCB设计到软件处置方面来讲解对电磁兼容性的处置。一、影响EMC的因数1.电压电源电压越高,意味著电压振幅越大,升空就更加多,而较低电源电压影响敏感度。

2.频率高频产生更好的升空,周期性信号产生更好的升空。在高频单片机系统中,当器件电源时产生电流尖峰信号;在模拟系统中,当阻抗电流变化时产生电流尖峰信号。3.短路在所有EMC题目中,主要题目是不必要的短路引发的。

有三种信号短路方法:单点、多点和混合。在频率高于1MHz时,可使用单点短路方法,但不适合高频;在高频应用于中,最差使用多点短路。混合短路是低频用单点短路,而高频用多点短路的方法。

地线布局是关键,高频数字电路和低电平仿真电路的短路电路尽不能混合。4.PCB设计必要的印刷电路板(PCB)布线对避免EMI是至关重要的。

5.电源往耦当器件电源时,在电源线上不会产生瞬态电流,必需波动和滤掉这些瞬态电流。来自低di/dt源的瞬态电流造成地和线迹“升空”电压,低di/dt产生大范围的高频电流,鼓舞部件和线缆电磁辐射。流经导线的电流变化和电感不会造成压降,增大电感或电流随时间的变化可使该压降大于。

二、对阻碍措施的硬件处置方法1.印刷线路板(PCB)的电磁兼容性设计PCB是单片机系统中电路元件和器件的承托件,它获取电路元件和器件之间的电气相连。随着电子技术的飞速发展,PCB的密度更加低。PCB设计的优劣对单片机系统的电磁兼容性影响相当大,实践中证实,即使电路原理图设计准确,印刷电路板设计失当,也不会对单片机系统的可靠性产生有利影响。

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例如,假如印刷电路板的两条粗平行线靠的很将近,不会构成信号波形的延后,在传输线的终端构成光线噪声。因此,在设计印刷电路板的时候,不应注意使用准确的方法,遵从PCB设计的一般原则,并不应合乎抗干扰的设计拒绝。要使电子电路获得最佳性能,元器件的布局及导线的埋设是很最重要的。

2.输出/输入的电磁兼容性设计在单片机系统中输进/输入也是干扰源的传导线,和接管射频干扰信号的拾检源,我们设计时一般要采取有效的措施:①使用适当的共模/差模诱导电路,同时也要采行一定的滤波和以防电磁屏蔽措施以增大阻碍的进进。②在条件许可的情况下尽量采行各种隔绝措施(如光电隔绝或者磁电隔绝),从而切断阻碍的传播。3.单片机废黜电路的设计在的单片机系统中,看门狗系统对整个单片机的运营起着尤其最重要的起到,由于所有的干扰源不有可能全部被隔绝或往除,一旦进进CPU阻碍程序的长时间运营,那么废黜系统融合软件处置措施就出了一道有效地的数据流防卫的屏障了。

常用的废黜系统有以下两种:①外部废黜系统。外部“看门狗”电路可以自己设计也可以用专门的“看门狗”芯片来搭起。然而,他们各有优缺点,大部分专用“看门狗”芯片对低频“喂狗”信号无法号召,而高频“喂狗”信号都能号召,使其在低频“喂狗”信号下产生废黜动作而在高频的“喂狗”信号下不产生废黜动作,这样,假如程序系统陷进一个死循环,而该循环中刚好具有“喂狗”信号的话,那么该废黜电路就无法构建它的理应的功能了。然而,我们自己可以设计一个具备带通的“喂狗”电路和其他废黜电路包含的系统就是一个很有效地外部监控系统了。

②现在更加多的单片机都具有自己的片上废黜系统,这样用户就可以很便利的用于其内部的废黜定时器了,但是,有一些型号的单片机它的废黜指令过于过分非常简单,这样也不会不存在象上述死循环那样的“喂狗”指令,使其失往监控起到。有一些单片机的片上废黜指令就做到的较为好,一般他们把“喂狗”信号制成相同格式的多条指令依顺序来继续执行,假如有一定错误则该“喂狗”操控违宪,这样就大大变革了废黜电路的可靠性。4.振荡器大部分的单片机都有一个耦合于外部晶体或陶瓷谐振器的振荡器电路。

在PCB上,拒绝外接是电容、晶体或陶瓷谐振器的引线越高就越好。RC振荡器对干扰信号有潜入的敏感性,它能产生很短的时钟周期,因而最差选晶体或陶瓷谐振器。另外,石英晶体的外壳要短路。

5.防雷击措施室外用于的单片机系统或从室外排斥引入室内的电源线、信号线,要考虑到系统的防雷击题目。常用的防雷击器件有:气体放电管、TVS(TransientVoltageSuppression)等。气体放电管是当电源的电压小于某一数值时,一般来说为数十V或数百V,气体穿透静电,将电源线上强冲击脉冲导进大地。

TVS可以看作两个并联且方向忽略的齐纳二极管,当两端电压低于某一值时导通。其特点是可以瞬态通过数百乃上千A的电流。三、对阻碍措施的软件处置方法电磁干扰源所产生的干扰信号在一些特定的情况下(比如在一些电磁环境较为险恶的情况下)是无法几乎避免的,终极将不会进进CPU处置的的核心单元,这样在一些大规模集成电路常常不会受到阻碍,造成无法长时间工作或在错误状态下工作。

尤其是像RAM这种利用双稳态展开存储的器件,往往不会在强劲阻碍下再次发生旋转,使原本存储的“0”变成“1”,或者“1”变成“0”;一些串行传输的时序及数据会因阻碍而再次发生转变;更加相当严重的会毁坏一些最重要的数据参数等;导致的后果往往是很相当严重的。在这种情况下软件设计的优劣直接影响到整个系统的抗干扰能力的强弱。1.程序不会由于电磁干扰大体不会一下几种情况:①程序跑完飞来。

这种情况是最少见的阻碍结果,一般来说有一个好的废黜系统或软件帧测系统才可,对整个运营系统的会产生过于大的影响。②死循环或不长时间程序代码运营。当然这种死循环和不长时间程序代码并非设计职员无意写到的,我们告诉程序的指令是由字节构成的,有的是单字节指令而有的是多字节指令,当阻碍产生后使得PC指针发生变化,从而使原本的程序代码再次发生了重组产生了不能猜测的可继续执行的程序代码,那么,这种错误是可怕的,它不会有可能会往改动最重要的数据参数,有可能产生不能猜测的掌控输入等一系列错误状态。

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2.对最重要参数储存的措施一般情况下,我们可以使用错误检测与缺失来有效地增加或防止这种情况的经常出现。根据检错、数据流的原理,主要思想是在数据写到时,根据写到的数据天生一定位数的校验码,与适当的数据一起保存起来;当朗读时,同时也将校验码朗读,展开裁决。

假如经常出现一位错误则自动缺失,将准确的数据送来出有,并同时将修正以后的数据返写出覆盖面积原本错误的数据;假如经常出现两位错误则产生中断报告,通报CPU展开出现异常处置。所有这一切动作都是靠软件设计自动已完成的,具备实时性和自动已完成的特点。通过这样的设计,能大大变革系统的抗干扰能力,从而变革系统的可靠性。

检错与数据流原理:首先来想到检错和数据流的基本原理。展开差错控制的基本思想是在信息码组中以一定规则加到有所不同方式的校验码,以便在信息朗读的时候依赖多余的监控字节或校码字节来找到或自动纠正错误。针对误码再次发生的特点,即错误再次发生的随机性和小概任性,它完全总是随机地影响某个字节中的某一位(bit),因此,假如需要设计自动缺失一位错误,而检查两位错误的编码方式。就可以大大变革系统的可靠性。

3.对RAM和FLASH(ROM)的检测在编制程序时我们最差是写出入一些检测程序来测试RAM和FLASH(ROM)的数据代码,看若无再次发生错误,一旦再次发生要立刻缺失,缺失没法的要及时得出错误命令,以便用户往处置。另外,在编制程序时加到程序校验是不可缺少的。在一定的地方加到三条或三条以上NOP指令对程序的重组具有很有效地避免起到。同时,在程序的运营状态中要引入标志数据和检测状态,从而及时发现和纠正错误产生。


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