單片機硬件系統(tǒng)設計應遵循的原則

一個單片機應用系統(tǒng)的硬件電路設計包含兩部分內容：一是系統(tǒng)擴展，即單片機內部的功能單元，如ROM、RAM、I/O、定時器/計數(shù)器、中斷系統(tǒng)等不能滿足應用系統(tǒng)的要求時，必須在片外進行擴展，選擇適當?shù)男酒?，設計相應的電路。二是系統(tǒng)的配置，即按照系統(tǒng)功能要求配置外圍設備，如鍵盤、顯示器、打印機、A/D、D/A轉換器等，要設計合適的接口電路。

系統(tǒng)的擴展和配置應遵循以下原則：

1、盡可能選擇典型電路，并符合單片機常規(guī)用法。為硬件系統(tǒng)的標準化、模塊化打下良好的基礎。

2、系統(tǒng)擴展與外圍設備的配置水平應充分滿足應用系統(tǒng)的功能要求，并留有適當余地，以便進行二次開發(fā)。

3、硬件結構應結合應用軟件方案一并考慮。硬件結構與軟件方案會產生相互影響，考慮原則是：軟件能實現(xiàn)的功能盡可能由軟件實殃，以簡化硬件結構。但必須注意，由軟件實現(xiàn)的硬件功能，一般響應時間比硬件實現(xiàn)長，且占用CPU時間。

4、系統(tǒng)中的相關器件要盡可能做到性能匹配。如選用CMOS芯片單片機構成低功耗系統(tǒng)時，系統(tǒng)中所有芯片都應盡可能選擇低功耗產品。

5、可靠性及抗干擾設計是硬件設計必不可少的一部分，它包括芯片、器件選擇、去耦濾波、印刷電路板布線、通道隔離等。

6、單片機外圍電路較多時，必須考慮其驅動能力。驅動能力不足時，系統(tǒng)工作不可靠，可通過增設線驅動器增強驅動能力或減少芯片功耗來降低總線負載。

7、盡量朝“單片”方向設計硬件系統(tǒng)。系統(tǒng)器件越多，器件之間相互干擾也越強，功耗也增大，也不可避免地降低了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。隨著單片機片內集成的功能越來越強，真正的片上系統(tǒng)SoC已經(jīng)可以實現(xiàn)，如ST公司新近推出的μPSD32××系列產品在一塊芯片上集成了80C32核、大容量FLASH存儲器、SRAM、A/D、I/O、兩個串口、看門狗、上電復位電路等等。

單片機系統(tǒng)硬件抗干擾常用方法實踐

影響單片機系統(tǒng)可靠安全運行的主要因素主要來自系統(tǒng)內部和外部的各種電氣干擾，并受系統(tǒng)結構設計、元器件選擇、安裝、制造工藝影響。這些都構成單片機系統(tǒng)的干擾因素，常會導致單片機系統(tǒng)運行失常，輕則影響產品質量和產量，重則會導致事故，造成重大經(jīng)濟損失。

形成干擾的基本要素有三個：

(1)干擾源。指產生干擾的元件、設備或信號，用數(shù)學語言描述如下：du/dt， di/dt大的地方就是干擾源。如：雷電、繼電器、可控硅、電機、高頻時鐘等都可 能成為干擾源。

(2)傳播路徑。指干擾從干擾源傳播到敏感器件的通路或媒介。典型的干擾傳 播路徑是通過導線的傳導和空間的輻射。

(3)敏感器件。指容易被干擾的對象。如：A/D、D/A變換器，單片機，數(shù)字IC， 弱信號放大器等。

干擾的分類

1干擾的分類

干擾的分類有好多種，通?？梢园凑赵肼暜a生的原因、傳導方式、波形特性等等進行不同的分類。按產生的原因分：

可分為放電噪聲音、高頻振蕩噪聲、浪涌噪聲。

按傳導方式分：可分為共模噪聲和串模噪聲。

按波形分：可分為持續(xù)正弦波、脈沖電壓、脈沖序列等等。

2 干擾的耦合方式

干擾源產生的干擾信號是通過一定的耦合通道才對測控系統(tǒng)產生作用的。因此，我有必要看看干擾源和被干擾對象之間的傳遞方式。干擾的耦合方式，無非是通過導線、空間、公共線等等，細分下來，主要有以下幾種：

(1)直接耦合：

這是最直接的方式，也是系統(tǒng)中存在最普遍的一種方式。比如干擾信號通過電源線侵入系統(tǒng)。對于這種形式，最有效的方法就是加入去耦電路。從而很好的抑制。

(2)公共阻抗耦合：

這也是常見的耦合方式，這種形式常常發(fā)生在兩個電路電流有共同通路的情況。為了防止這種耦合，通常在電路設計上就要考慮。使干擾源和被干擾對象間沒有公共阻抗。

(3)電容耦合：

又稱電場耦合或靜電耦合 。是由于分布電容的存在而產生的耦合。

(4)電磁感應耦合：

又稱磁場耦合。是由于分布電磁感應而產生的耦合。

(5)漏電耦合：

這種耦合是純電阻性的，在絕緣不好時就會發(fā)生。

常用硬件抗干擾技術

針對形成干擾的三要素，采取的抗干擾主要有以下手段。

1 抑制干擾源

抑制干擾源就是盡可能的減小干擾源的du/dt，di/dt。這是抗干擾設計中最優(yōu)先考慮和最重要的原則，常常會起到事半功倍的效果。 減小干擾源的du/dt主要是通過在干擾源兩端并聯(lián)電容來實現(xiàn)。減小干擾源的di/dt則是在干擾源回路串聯(lián)電感或電阻以及增加續(xù)流二極管來實現(xiàn)。

抑制干擾源的常用措施如下：

(1)繼電器線圈增加續(xù)流二極管，消除斷開線圈時產生的反電動勢干擾。僅加 續(xù)流二極管會使繼電器的斷開時間滯后，增加穩(wěn)壓二極管后繼電器在單位時間內可 動作更多的次數(shù)。

(2)在繼電器接點兩端并接火花抑制電路(一般是RC串聯(lián)電路，電阻一般選幾K 到幾十K，電容選0.01uF)，減小電火花影響。

(3)給電機加濾波電路，注意電容、電感引線要盡量短。

(4)電路板上每個IC要并接一個0.01μF～0.1μF高頻電容，以減小IC對電源的 影響。注意高頻電容的布線，連線應靠近電源端并盡量粗短，否則，等于增大了電 容的等效串聯(lián)電阻，會影響濾波效果。