单片机硬件规划(抗干扰)的经验总结

(2) 尽量在要害元件，如ROM、RAM等芯片周围装置去耦电容。实际上，印制电路板走线、引脚连线和接线等都或许含有较大的电感效应。大的电感或许会在Vcc走线上引起严峻的开关噪声尖峰。避免Vcc走线上开关噪声尖峰的仅有办法，是在VCC与电源地之间安放一个0.1uF的电子去耦电容。假如电路板上运用的是外表贴装元件，能够用片状电容直接紧靠着元件，在Vcc引脚上固定。最好是运用瓷片电容，这是由于这种电容具有较低的静电损耗（ESL）和高频阻抗，别的这种电容温度和时刻上的介质稳定性也很不错。尽量不要运用钽电容，由于在高频下它的阻抗较高。

在安放去耦电容时需求留意以下几点：

• 在印制电路板的电源输入端跨接100uF左右的电解电容，假如体积答应的话，电容量大一些则更好。
• 准则上每个集成电路芯片的周围都需求放置一个0.01uF的瓷片电容，假如电路板的空地太小而放置不下时，能够每10个芯片左右放置一个1～10的钽电容。
• 关于抗搅扰才能弱、关断时电流改动大的元件和RAM、ROM等存储元件，应该在电源线（Vcc）和地线之间接入去耦电容。
• 电容的引线不要太长，特别是高频旁路电容不能带引线。

(3) 在单片机操控体系中，地线的品种有许多，有体系地、屏蔽地、逻辑地、模仿地等，地线是否布局合理，将决议电路板的抗搅扰才能。在规划地线和接地址的时分，应该考虑以下问题：

• 逻辑地和模仿地要分隔布线，不能合用，将它们各自的地线别离与相应的电源地线相连。在规划时，模仿地线应尽量加粗，并且尽量加大引出端的接地面积。一般来讲，关于输入输出的模仿信号，与单片机电路之间最好经过光耦进行阻隔。
• 在规划逻辑电路的印制电路版时，其地线应构成闭环办法，进步电路的抗搅扰才能。
• 地线应尽量的粗。假如地线很细的话，则地线电阻将会较大，构成接地电位随电流的改动而改动，致使信号电平不稳，导致电路的抗搅扰才能下降。在布线空间答应的状况下，要确保首要地线的宽度至少在2～3mm以上，元件引脚上的接地线应该在1.5mm左右。
• 要留意接地址的挑选。当电路板上信号频率低于1MHz时，由于布线和元件之间的电磁感应影响很小，而接地电路构成的环流对搅扰的影响较大，所以要选用一点接地，使其不构成回路。当电路板上信号频率高于10MHz时，由于布线的电感效应显着，地线阻抗变得很大，此刻接地电路构成的环流就不再是首要的问题了。所以应选用多点接地，尽量下降地线阻抗。
• 电源线的安置除了要根据电流的巨细尽量加粗走线宽度外，在布线时还应使电源线、地线的走线方向与数据线的走线方身一起在布线作业的最终，用地线将电路板的底层没有走线的当地铺满，这些办法都有助于增强电路的抗搅扰才能。
• 数据线的宽度应尽或许地宽，以减小阻抗。数据线的宽度至少不小于0.3mm(12mil)，假如选用0.46～0.5mm(18mil～20mil)则更为理想。
• 由于电路板的一个过孔会带来大约10pF的电容效应，这关于高频电路，将会引进太多的搅扰，所以在布线的时分，应尽或许地削减过孔的数量。再有，过多的过孔也会构成电路板的机械强度下降。

一个单片机运用体系的硬件电路规划包含两部分内容：一是体系扩展，即单片机内部的功用单元，如ROM、RAM、I/O、定时器/计数器、中止体系等不能满意运用体系的要求时，有必要在片外进行扩展，挑选恰当的芯片，规划相应的电路。二是体系的装备，即依照体系功用要求装备外围设备，如键盘、显示器、打印机、A/D、D/A转化器等，要规划适宜的接口电路。

体系的扩展和装备应遵从以下准则：

1. 尽或许挑选典型电路，并契合单片机惯例用法。为硬件体系的标准化、模块化打下杰出的根底。
2. 体系扩展与外围设备的装备水平应充沛满意运用体系的功用要求，并留有恰当地步，以便进行二次开发。
3. 硬件结构应结合运用软件计划一起考虑。硬件结构与软件计划会发生彼此影响，考虑的准则是：软件能完成的功用尽或许由软件实殃，以简化硬件结构。但有必要留意，由软件完成的硬件功用，一般呼应时刻比硬件完成长，且占用CPU时刻。
4. 体系中的相关器材要尽或许做到功用匹配。如选用CMOS芯片单片机构成低功耗体系时，体系中所有芯片都应尽或许挑选低功耗产品。
5. 牢靠性及抗搅扰规划是硬件规划必不可少的一部分，它包含芯片、器材挑选、去耦滤波、印刷电路板布线、通道阻隔等。
6. 单片机外围电路较多时，有必要考虑其驱动才能。驱动才能缺乏时，体系作业不牢靠，可经过增设线驱动器增强驱动才能或削减芯片功耗来下降总线负载。
7. 尽量朝“单片”方向规划硬件体系。体系器材越多，器材之间彼此搅扰也越强，功耗也增大，也不可避免地下降了体系的稳定性。跟着单片机片内集成的功用越来越强，真实的片上体系SoC现已能够完成，如ST公司新近推出的μPSD32××系列产品在一块芯片上集成了80C32核、大容量FLASH存储器、SRAM、A/D、I/O、两个串口、看门狗、上电复位电路等等。

影响单片机体系牢靠安全运转的首要要素首要来自体系内部和外部的各种电气搅扰，并受体系结构规划、元器材挑选、装置、制作工艺影响。这些都构成单片机体系的搅扰要素，常会导致单片机体系运转异常，轻则影响产品质量和产值，重则会导致事端，构成严峻经济损失。

构成搅扰的基本要素有三个：

1. 搅扰源。指发生搅扰的元件、设备或信号，用数学言语描绘如下：du/dt，di/dt大的当地便是搅扰源。如：雷电、继电器、可控硅、电机、高频时钟等都或许成为搅扰源。
2. 传达途径。指搅扰从搅扰源传达到灵敏器材的通路或前言。典型的搅扰传达途径是经过导线的传导和空间的辐射。
3. 灵敏器材。指简单被搅扰的目标。如：A/D、D/A变换器，单片机，数字IC，弱信号放大器等。

搅扰的分类

1、搅扰的分类搅扰的分类有好多种，一般能够依照噪声发生的原因、传导办法、波形特性等等进行不同的分类。
按发生的原因分：可分为放电噪声响、高频振动噪声、浪涌噪声。按传导办法分：可分为共模噪声和串模噪声。按波形分：可分为继续正弦波、脉冲电压、脉冲序列等等。

2、搅扰的耦合办法搅扰源发生的搅扰信号是经过必定的耦合通道才对测控体系发生作用的。因而，我有有必要看看搅扰源和被搅扰目标之间的传递办法。搅扰的耦合办法，无非是经过导线、空间、公共线等等，细分下来，首要有以下几种：

1. 直接耦合：这是最直接的办法，也是体系中存在最遍及的一种办法。比方搅扰信号经过电源线侵入体系。
2. 公共阻抗耦合：这也是常见的耦合办法，这种办法常常发生在两个电路电流有一起通路的状况。为了避免这种耦合，一般在电路规划上就要考虑。使搅扰源和被搅扰目标间没有公共阻抗。
3. 电容耦合：又称电场耦合或静电耦合。是由于散布电容的存在而发生的耦合。
4. 电磁感应耦合：又称磁场耦合。是由于散布电磁感应而发生的耦合。
5. 漏电耦合：这种耦合是纯电阻性的，在绝缘欠好时就会发生。

常用硬件抗搅扰技能针对构成搅扰的三要素，采纳的抗搅扰首要有以下手法。

1、 按捺搅扰源按捺搅扰源便是尽或许的减小搅扰源的du/dt，di/dt。这是抗搅扰规划中最优先考虑和最重要的准则，常常会起到事半功倍的作用。减小搅扰源的du/dt首要是经过在搅扰源两头并联电容来完成。减小搅扰源的di/dt则是在搅扰源回路串联电感或电阻以及添加续流二极管来完成。

按捺搅扰源的常用办法如下：

1. 继电器线圈添加续流二极管，消除断开线圈时发生的反电动势搅扰。仅加续流二极管会使继电器的断开时刻滞后，添加稳压二极管后继电器在单位时刻内可动作更多的次数。
2. 在继电器接点两头并接火花按捺电路（一般是RC串联电路，电阻一般选几K到几十K，电容选0.01uF），减小电火花影响。
3. 给电机加滤波电路，留意电容、电感引线要尽量短。
4. 电路板上每个IC要并接一个0.01μF～0.1μF高频电容，以减小IC对电源的影响。留意高频电容的布线，连线应接近电源端并尽量粗短，不然，等于增大了电容的等效串联电阻，会影响滤波作用。
5. 布线时避免90度折线，削减高频噪声发射。
6. 可控硅两头并接RC按捺电路，减小可控硅发生的噪声（这个噪声严峻时或许会把可控硅击穿的）。

2 、堵截搅扰传达途径按搅扰的传达途径可分为传导搅扰和辐射搅扰两类。所谓传导搅扰是指经过导线传达到灵敏器材的搅扰。高频搅扰噪声和有用信号的频带不同，能够经过在导线上添加滤波器的办法堵截高频搅扰噪声的传达，有时也可加阻隔光耦来处理。电源噪声的损害最大，要特别留意处理。所谓辐射搅扰是指经过空间辐射传达到灵敏器材的搅扰。一般的处理办法是添加搅扰源与灵敏器材的间隔，用地线把它们阻隔和在灵敏器材上加蔽罩。

堵截搅扰传达途径的常用办法如下：

1. 充沛考虑电源对单片机的影响。电源做得好，整个电路的抗搅扰就处理了一大半。许多单片机对电源噪声很灵敏,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搅扰。比方，能够运用磁珠和电容组成π形滤波电路，当然条件要求不高时也可用100Ω电阻替代磁珠。
2. 假如单片机的I/O口用来操控电机等噪声器材，在I/O口与噪声源之间应加阻隔（添加π形滤波电路）。
3. 留意晶振布线。晶振与单片机引脚尽量接近，用地线把时钟区阻隔起来，晶振外壳接地并固定。
4. 电路板合理分区，如强、弱信号，数字、模仿信号。尽或许把搅扰源（如电机、继电器）与灵敏元件（如单片机）远离。
5. 用地线把数字区与模仿区阻隔。数字地与模仿地要别离，最终在一点接于电源地。A/D、D/A芯片布线也以此为准则。
6. 单片机和大功率器材的地线要独自接地，以减小彼此搅扰。大功率器材尽或许放在电路板边际。
7. 在单片机I/O口、电源线、电路板连接线等要害当地运用抗搅扰元件如磁珠、磁环、电源滤波器、屏蔽罩，可明显进步电路的抗搅扰功用。

3 、进步灵敏器材的抗搅扰功用进步灵敏器材的抗搅扰功用是指从灵敏器材这边考虑尽量削减对搅扰噪声的拾取，以及从不正常状况赶快康复的办法。

进步灵敏器材抗搅扰功用的常用办法如下：

1. 布线时尽量削减回路环的面积，以下降感应噪声。
2. 布线时，电源线和地线要尽量粗。除减小压降外，更重要的是下降耦合噪声。
3. 关于单片机搁置的I/O口，不要悬空，要接地或接电源。其它IC的搁置端在不改动体系逻辑的状况下接地或接电源。
4. 对单片机运用电源监控及看门狗电路，如：IMP809，IMP706，IMP813，X5043，X5045等，可大起伏进步整个电路的抗搅扰功用。
5. 在速度能满意要求的前提下，尽量下降单片机的晶振和选用低速数字电路。
6. IC器材尽量直接焊在电路板上，少用IC座。

4 、其它常用抗搅扰办法

1. 沟通端用电感电容滤波：去掉高频低频搅扰脉冲。
2. 变压器双阻隔办法：变压器初级输入端串接电容，初、次级线圈间屏蔽层与初级间电容中心接点接大地，次级外屏蔽层接印制板地，这是硬件抗搅扰的要害手法。
3. 次级加低通滤波器：吸收变压器发生的浪涌电压。
4. 选用集成式直流稳压电源：由于有过流、过压、过热等维护。
5. I/O口选用光电、磁电、继电器阻隔，一起去掉公共地。
6. 通讯线用双绞线：扫除平行互感。
7. 防雷电用光纤阻隔最为有用。
8. A/D转化用阻隔放大器或选用现场转化：削减差错。
9. 外壳接大地：处理人身安全及防外界电磁场搅扰。
10. 加复位电压检测电路：避免复位不充份，CPU就作业，特别有EEPROM的器材，复位不充份会改动EEPROM的内容。

印制板工艺抗搅扰：

1. 电源线加粗，合理走线、接地，三总线分隔以削减互感振动。
2. CPU、RAM、ROM等主芯片,VCC和GND之间接电解电容及瓷片电容，去掉高、低频搅扰信号。
3. 独立体系结构,削减接插件与连线，进步牢靠性,削减毛病率。
4. 集成块与插座触摸牢靠,用双簧插座,最好集成块直接焊在印制板上，避免器材触摸不良毛病。
5. 有条件选用四层以上印制板,中心两层为电源及地。