当前位置:首页 >电工基础入门

单片机抗电磁干扰措施的硬软件处理

作者:杜芊茜发布时间:2024-03-13 10:08:15

有关单片机抗电磁干扰措施的硬软件处理,影响EMC的因数,包括电压、PCB设计等,对干扰措施的硬件处理方法,对干扰措施的软件处理方法等。

单片机抗电磁干扰的措施

对电磁干扰的设计,主要从硬件和软件方面进行设计处理,从单片机的PCB设计到软件处理方面,介绍对电磁兼容性的处理。

一、影响EMC的因数

1、电压

电源电压越高,意味着电压振幅越大,发射就更多,而低电源电压影响敏感度。

2、频率

高频产生更多的发射,周期性信号产生更多的发射。在高频单片机系统中,当器件开关时产生电流尖峰信号;在模拟系统中,当负载电流变化时产生电流尖峰信号。

3、接地

在所有EMC题目中,主要题目是不适当的接地引起的。

有三种信号接地方法:单点、多点和混合。在频率低于1MHz时,可采用单点接地方法,但不适宜高频;在高频应用中,最好采用多点接地。混合接地是低频用单点接地,而高频用多点接地的方法。地线布局是关键,高频数字电路和低电平模拟电路的接地电路尽不能混合。

4、PCB设计

适当的印刷电路板(PCB)布线对防止EMI是至关重要的。

5、电源往耦

当器件开关时,在电源线上会产生瞬态电流,必须衰减和滤掉这些瞬态电流。

来自高di/dt源的瞬态电流导致地和线迹“发射”电压,高di/dt产生大范围的高频电流,激励部件和线缆辐射。

流经导线的电流变化和电感会导致压降,减小电感或电流随时间的变化可使该压降最小。

二、对干扰措施的硬件处理方法

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支撑件,它提供电路元件和器件之间的电气连接。随着电子技术的飞速发展,PCB的密度越来越高。

PCB设计的好坏对单片机系统的电磁兼容性影响很大,实践证实,即使电路原理图设计正确,印刷电路板设计不当,也会对单片机系统的可靠性产生不利影响。

例如,假如印刷电路板的两条细平行线靠的很近,会形成信号波形的延迟,在传输线的终端形成反射噪声。

因此,在设计印刷电路板的时候,应留意采用正确的方法,遵守PCB设计的一般原则,并应符合抗干扰的设计要求。要使电子电路获得最佳性能,元器件的布局及导线的布设是很重要的。

2、输入/输出的电磁兼容性设计

在单片机系统中输进/输出也是干扰源的传导线,和接收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采用必要的共模/差模抑制电路,同时也要采取一定的滤波和防电磁屏蔽措施以减小干扰的进进。

②在条件许可的情况下尽可能采取各种隔离措施(如光电隔离或者磁电隔离),从而阻断干扰的传播。

3、单片机复位电路的设计

单片机系统中,看门狗系统对整个单片机的运行起着特别重要的作用,由于所有的干扰源不可能全部被隔离或往除,一旦进进CPU干扰程序的正常运行,那么复位系统结合软件处理措施就成了一道有效的纠错防御的屏障了。

常用的复位系统

①外部复位系统。

外部“看门狗”电路可以自己设计也可以用专门的“看门狗”芯片来搭建。

他们各有优缺点,大部分专用“看门狗”芯片对低频 “喂狗”信号不能响应,而高频“喂狗”信号都能响应,使其在低频“喂狗”信号下产生复位动作而在高频的“喂狗”信号下不产生复位动作,这样,假如程序系统陷进一个死循环,而该循环中恰巧有着“喂狗”信号的话,那么该复位电路就无法实现它的应有的功能了。

然而,自己可以设计一个具有带通的“喂狗”电路和其他复位电路构成的系统就是一个很有效外部监控系统了。

②现在越来越多的单片机都带有自己的片上复位系统,这样用户就可以很方便的使用其内部的复位定时器了,但是,有一些型号的单片机它的复位指令太过于简单,这样也会存在象上述死循环那样的“喂狗”指令,使其失往监控作用。

有一些单片机的片上复位指令就做的比较好,一般他们把“喂狗”信号做成固定格式的多条指令依顺序来执行,假如有一定错误则该“喂狗”操纵无效,这样就大大进步了复位电路的可靠性。

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,要求外接是电容、晶体或陶瓷谐振器的引线越短越好。

RC振荡器对干扰信号有潜伏的敏感性,它能产生很短的时钟周期,因而最好选晶体或陶瓷谐振器。另外,石英晶体的外壳要接地。

5、防雷击措施

室外使用的单片机系统或从室外排挤引进室内的电源线、信号线,要考虑系统的防雷击题目。

常用的防雷击器件有:气体放电管、TVS(Transient Voltage Suppression)等。气体放电管是当电源的电压大于某一数值时,通常为数十V或数百V,气体击穿放电,将电源线上强冲击脉冲导进大地。TVS可以看成两个并联且方向相反的齐纳二极管,当两端电压高于某一值时导通。

其特点是可以瞬态通过数百乃上千A的电流。

三、对干扰措施的软件处理方法

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比较恶劣的情况下)是无法完全消除的,终极将会进进CPU处理的的核心单元,这样在一些大规模集成电路经常会受到干扰,导致不能正常工作或在错误状态下工作。

特别是像RAM这种利用双稳态进行存储的器件,往往会在强干扰下发生翻转,使原来存储的“0”变为“1”,或者“1”变为“0”;一些串行传输的时序及数据会因干扰而发生改变;更严重的会破坏一些重要的数据参数等;造成的后果往往是很严重的。在这种情况下软件设计的好坏直接影响到整个系统的抗干扰能力的高低。

1.、程序会由于电磁干扰大的几种情况

①程序跑飞。

这种情况是最常见的干扰结果,一般来说有一个好的复位系统或软件帧测系统即可,对整个运行系统的不会产生太大的影响。

②死循环或不正常程序代码运行。

当然这种死循环和不正常程序代码并非设计职员有意写进的,程序的指令是由字节组成的,有的是单字节指令而有的是多字节指令,当干扰产生后使得 PC指针发生变化,从而使原来的程序代码发生了重组产生了不可猜测的可执行的程序代码,那么,这种错误是致命的,它会有可能会往修改重要的数据参数,有可能产生不可猜测的控制输出等一系列错误状态。

2.对重要参数储存的措施

一般情况下,可以采用错误检测与纠正来有效地减少或避免这种情况的出现。

根据检错、纠错的原理,主要思想是在数据写进时,根据写进的数据天生一定位数的校验码,与相应的数据一起保存起来;当读出时,同时也将校验码读出,进行判决。

假如出现一位错误则自动纠正,将正确的数据送出,并同时将改正以后的数据回写覆盖原来错误的数据;假如出现两位错误则产生中断报告,通知CPU进行异常处理。所有这一切动作都是靠软件设计自动完成的,具有实时性和自动完成的特点。

通过这样的设计,能大大进步系统的抗干扰能力,从而进步系统的可靠性。

检错与纠错原理

检错和纠错的基本原理。进行差错控制的基本思想是在信息码组中以一定规则加进不同方式的冗余码,以便在信息读出的时候依靠多余的监视码或校码码来发现或自动纠正错误。

针对误码发生的特点,即错误发生的随机性和小概任性,它几乎总是随机地影响某个字节中的某一位(bit),因此,假如能够设计自动纠正一位错误,而检查两位错误的编码方式。就可以大大进步系统的可靠性。

3.对RAM和FLASH(ROM)的检测

在编制程序时,最好写进一些检测程序来测试RAM和FLASH(ROM)的数据代码,看有无发生错误,一旦发生要立即纠正,纠正不了的要及时给出错误指示,以便用户往处理。

另外,在编制程序时加进程序冗余是不可缺少的。

在一定的地方加进三条或三条以上NOP指令对程序的重组有着很有效防止作用。同时,在程序的运行状态中要引进标志数据和检测状态,从而及时发现和纠正错误产生。

变压器并联运行的条件与运行方式
有关变压器并联运行的条件与运行方式,变压器并联运行的条件,包括接线组别相同、电压比相等、阻抗电压的百分数相等,合理配置变压器并联运行方式。一、变压器并联运行
2021-12-24 阅读更多
电机额定功率如何计算?
有关电机额定功率的计算公式与方法,电机的额定功率是指的输出功率,如何精确计算电动机的定额功率,以及三相电机功率计算公式是什么。电机额定功率的计算方法额定功率
2021-12-24 阅读更多
高压变压器房离人安全距离规定是什么
有关高压变压器房离人安全距离的相关规定,根据电力设施保护条例实施细则,各级电压导线在计算导线最大风偏情况下,距建筑物的水平安全距离,不同千伏高压的安全距离。高
2021-12-24 阅读更多
交流电机温升的原因,电机发热故障的排除
交流电机温升的原因一、绝缘等级绝缘材料按耐热能力分为y、a、e、b、f、h、c7个等级,其极限工作温度分别为90、105、120、130、155、180℃、及180℃以上。所谓绝缘
2021-12-24 阅读更多
常见的微电机类型有哪些
微电机类型微电机分为直流电机、交流电机、自整角电机、步进电机、旋转变压器、轴角编码器、交直流两用电机、测速发电机、感应同步器、直线电机、压电电机、电机
2021-12-24 阅读更多
变压器线损的计算问题,变压器损耗分类与计算方法
有关变压器损耗电量的计算方法,计算线损,需要线路的电阻和流过的电流,分享下变压器损耗计算公式,变压器损耗的特征,以及变压器损耗电量与线路有功功率损失的计算等。变
2021-12-24 阅读更多
变压器停电操作顺序与原因分析
有关变压器停电的操作顺序,主变压器的停电操作顺序,停电时先停负荷侧,后停电源侧,送电操作顺序是,先送电源侧,再送负荷侧。主变压器的停电操作顺序:停电时先停负荷侧,后停
2021-12-24 阅读更多
康明斯船用发动机与普通发动机有哪些区别?
冷却方式有区别:康明斯船用发动机它安装了海水泵、热交换器,用海水(或河水)来冷却发动机内部的冷却液,从而使发动机达到一个理想的冷却效果,因为船在海面(或者河面上)航行
2021-12-24 阅读更多
变压器轻瓦斯动作原因及处理过程
有关变压器轻瓦斯动作原因及处理过程,变压器轻瓦斯动作的原因,主要包括空气进入变压器,油面低于气体继电器轻瓦斯浮筒以下,变压器发生穿越性短路故障,变压器轻瓦斯故障
2021-12-24 阅读更多
变压器铭牌的内容_变压器铭牌额定值的含义
有关变压器铭牌的内容,变压器铭牌额定值的含义说明,包括变压器的额定容量,变压器的额定电压与额定电流,变压器的短路损耗、空载损耗与空载电流等铭牌数据。变压器铭牌
2021-12-24 阅读更多