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1、探讨提高单片机系统可靠性方法摘要:阐述在单片机选型、单片机系统设计以及制造工艺等方面应注意的问题,以实现高可靠性的单片机应用系统,讨论了提高系统可靠性的措施,并提出了提高系统可靠性的综合设计方法。使系统的可靠性得到了充分的保障。关键词:单片机;可靠性;抗干扰 1电源干扰及其抑制 单片机应用系统的可靠性是极为重要的。在影响单片机系统可靠性的诸多因素中,电源干扰可谓首屈一指。据统计,计算机应用的运行故障有90%以上是由电源噪声引起的。 1.1交流电源干扰及其抑制 多数情况下,单片机运用系统都使用交流220V、
2、50Hz的电源供电。在工业现场,生产负荷的经常变化,大型用电设备的启动与停止,往往要造成电源电压的波动,有时还会产生尖峰脉冲,这种高能尖峰脉冲的幅度约在50000V~4000V之间,持续时间为几个毫秒。它对计算机应用系统影响最大,能使系统的程序跑飞或使系统造成死机。因此,一方面要使系统尽量远离这些干扰源,另一方面要采用电源滤波器。这种滤波器是按频谱均衡原理设计的一种无源四端网络。为了提高系统供电的可靠性,还要采用交流稳压器,防止电源的过压和欠压。采用1∶1隔离变压器,防止干扰通过初次级间的电容效应进入单片机供电系统。
3、 1.2直流电源抗干扰措施 1.2.1采用高质量集成稳压电路单独供电 单片机应用系统中往往需要几种不同电压等级的直流电源。这时,可以采用相应的低纹波高质量集成稳压电路。每个稳压电路单独对电压过载进行保护,因此不会因某个电路出现故障使整个系统遭到破坏,而且也减少了公共阻抗的互相偶合,从而使供电系统的可靠性大大提高。 1.2.2采用直流开关电源 直流开关电源是一种脉宽调制型电源。它甩掉了传统的工频变压器,具有体积小、重量轻、效率高、电网电压范围宽、变化时不易输出过电压和欠电压的特点,在计算机应用系统中应用非常广泛。
4、这种电源一般都有几个独立的电压输出,如±5V、±12V、±24V等,电网电压波动范围可达220V的+10%至-20%,同时,直流开关电源还具有较好的初、次级隔离作用。 1.2.3采用DC-DC变换器 如果系统供电电网波动较大,或者精度要求高,可以采用DC-DC变换器。DC-DC变换器的特点是输入电压范围大、输出电压稳定且可调整、效率高、体积小,有多种封装形式。在单片机应用系统中获得了广泛的应用。 2地线干扰及其抑制 在计算机应用系统中,接地是一个非常重要的问题。接地问题
5、处理的正确与否,将直接影响系统的正常工作。 2.1一点接地和多点接地的应用 在低频电路中,布线和元件间的寄生电感影响不大,因而常采用一点接地,以减少地线造成的地环路。在高频电路中,布线和元件间的寄生电感及分布电容将造成各接地线间的偶合,影响比较突出,此时应采用多点接地。 通常频率小于1MHz时,采用一点接地;频率高于10MHz时,采用多点接地;频率处于1MHz~10MHz之间时,若采用一点接地,其地线长度不应超过波长的1/20。否则,应采用多点接地。 2.2数字地与模拟地的连接原则 数字地是指TTL或CMOS
6、芯片、I/O接口电路芯片、CPU芯片等数字逻辑电路的接地端,以及A/D、D/A转换器的数字地。模拟地是指放大器、取样保持器和A/D、D/A中模拟信号的接地端。在单片机系统中,数字地和模拟地应分别接地。即使是一个芯片上有两种地也要分别接地,然后在一点处把两种地连接起来,否则,数字回路通过模拟电路的地线再返回到数字电源,将会对模拟信号产生影响。 2.3印刷电路板的地线分布原则 TTL、CMOS器件的接地线要呈辐射网状,避免环形;板上地线的宽度要根据通过的电流大小而定,最好不小于3mm。在可能的情况下,地线尽量加宽;旁路
7、电容的地线不要太长;功率地通过电流信号较大,地线应较宽,必须与小信号地分开。 2.4信号电缆屏蔽层的接地 信号电缆可以采用双绞线和多芯线,又有屏蔽和无屏蔽两种情况。双绞线具有抑制电磁干扰的作用,屏蔽线具有抑制静电磁感应干扰的作用。 对于屏蔽线,屏蔽层最佳的接地点是在信号源测(一点接地)。 3其他提高系统可靠性的方法 3.1硬件抗干扰设计 (1)选择抗干扰性能强的CPU。单片机和单片机抗干扰能力是不一样的。如果你的产品是工作在干扰比较大的环境,可以选用抗干扰能力强的单片机。 (2)数字量的光电隔离。开关量信
8、号实际上有不同的信号传输方式:①TTL电平;②RS232电平(非平衡信号);③RS485电平(平衡信号或者差分信号);④电流环路(有电流或者无电流)。 单片机的输入输出口线是最容易引进干扰的地方;对于不使用的I/O口线,需要使用电阻上拉到高电平,不可悬置。直接将开关量信号接到单片机的口线上,是最不可取的设计;至少要加一个缓冲驱动
