如何实现单片机的抗干扰设计

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上传日期: 2020-06-30

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标签:mcu(3291)单片机(19766)继电器(1813)

  搞过产品的朋友都有体会 ,一个设计看似简单 ,硬件设计和代码编写很快就搞定 ,但在调试过程中却或多或少的意外 ,这些都是抗干扰能力不够的体现 。

  下面讨论一下如何让你的设计避免走弯路 :

  抗干扰体现在 2 个方面 ,一是硬件设计上 ,二是软件编写上 。

  这里重点提醒 :在 MCU 设计中主要抗干扰设计是在硬件上 ,软件为辅 。因为 MCU 的计算能力有限 ,所以要在硬件上花大工夫 。 看看干扰的途径 : 1:干扰信号干扰 MCU 的主要路径是通过 I/O 口,一是影响了 MCU 的数据采集 , 二是影响内部其它寄存器 。 解决方法 :后面讨论 。 2:电源干扰 :MCU 虽然适应电压较宽 (3-5.5V) ,但对于电源的波动却很敏感 , 比如说 MCU 可以在 3V 电压下稳定工作 , 但却不能在电压在 3V-5. 波动的情况下稳定工作 。 5V 解决方法 :用电源稳压块 ,做好电源的滤波等工作 ,提示 :一定要在电源旁路并 上 0.1UF 的瓷片电容来滤除高频干扰 ,因为电解电容对超过几十 KHZ 的高频干扰不起作用 。 3:上下电干扰 :但每个 MCU 系统在上电时候都要经过这样一个过程 ,所以要尤 其注意 。 MCU 虽然可以在 3V 电压下稳定工作 , 但并不是说它不能在 3V 以下的电压下工作 , 当然在如此低的电压下 MCU 是超不稳定状态的 。在系统加电时候 ,系统电源电压是从 0V 上升到额定电压的 ,比如当电压到 2V 时候 ,MCU 开始工作了 ,但这时是超不稳定的工作 ,极容易跑飞 。 解决方法 :1 让 MCU 在电源稳定后才开始工作 .PIC 在片内集成了 POR(内部上电 延时复位 ) ,这功能一定要在配置位中打开 。 外部上电延时复位电路 。有多种形式 ,低成本的就是在复位脚接个阻容电路 。高 成本的是用专用芯片 。这方面的资料特多 ,到处都可以查找 。 最难排除的就是上面第一种干扰 , 并且干扰信号随时可以发生 , 干扰信号的强度 也不尽相同 。 但它们也有相同点 : 干扰信号也遵循欧姆定律 , 干扰信号偶合路径无非是电磁干 扰,一是电火花 ,二是磁场 。 其中干扰最厉害的是电火花干扰 , 其次是磁场干扰 。 电火花干扰表现场合主要是 附近有大功率开关继电器接触器 ,有刷电机等 。磁场干扰表现场合主要是附近有大功率 的交流电机,变压器等 。 解决方法 :第一点 :也是最经典的 ,就是在 PCB 步线和元件位置安排上下工夫 , 这中间学问很多 ,说几天都说不完 ^^. 二:综合考虑各 I/O 口的输入阻抗 ,采集速率等因素设计 I/O 口的外围电路 。 一般决定一个 I/O 口的输入阻抗有 3 种情况 : A:I/O 口有上拉电阻 ,上拉电阻值就是 I/O 口的输入阻抗 。 一般大家都用 4K-20K 电阻做上拉 , (PIC 的 B 口内部上拉电阻约 20K) 。 由于干扰信号也遵循欧姆定律 , 所以在越存在干扰的场合 , 选择上拉电阻就要越 小,因为干扰信号在电阻上产生的电压就越小 。 由于上拉电阻越小就越耗电 ,所以在家用设计上 ,上拉电阻一般都是 10-20K,而在强 干扰场合上拉电阻甚至可以低到 1K. (如果在强干扰场合要抛弃 B 口上拉功能 ,一定要用外部上拉 。 ) B:I/O 口与其它数字电路输出脚相连 ,此时 I/O 口输入阻抗就是数字电路输出 口的阻抗,一般是几十到几百欧 。

  可以看出用数字电路做中介可以把阻抗减低到最理想 , 在许多工业控制板上可以 看见大量的数字电路就是为了保证性能和保护 MCU 的 。

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