單片機系統(tǒng)精品課件

1、單片機系統(tǒng)第1頁，共20頁，2022年，5月20日，3點1分，星期二本章學習目標 了解單片機系統(tǒng)的可靠性的設(shè)計方法單片機應(yīng)用系統(tǒng)軟件抗干擾的設(shè)計方法單片機外接復(fù)位、電源監(jiān)測、看門狗電路單片機應(yīng)用系統(tǒng)硬件抗干擾的設(shè)計方法 第2頁，共20頁，2022年，5月20日，3點1分，星期二12.1 單片機應(yīng)用系統(tǒng)的可靠性設(shè)計 12.1.1 可靠度可靠度是在規(guī)定的環(huán)境條件下和規(guī)定的時間內(nèi)完成規(guī)定功能的概率，是系統(tǒng)可靠性的量度。 R為系統(tǒng)可靠度；為失效率；t為規(guī)定運行時間。 第3頁，共20頁，2022年，5月20日，3點1分，星期二12.1.2 提高可靠性的措施 1工藝設(shè)計 2硬件改進措施 （1）掉電保護 （

2、2）硬件故障自檢功能 第4頁，共20頁，2022年，5月20日，3點1分，星期二12.2 抗干擾的設(shè)計原則 12.2.1 干擾的來源 （1）外部干擾（2）耦合通道的干擾（3）內(nèi)部干擾12.2.2 抗干擾的設(shè)計原則（1）消除干擾源 （2）切斷干擾的耦合通道 （3）減弱電路對噪聲干擾的敏感性 （4）在電路板上使用抗干擾設(shè)計 第5頁，共20頁，2022年，5月20日，3點1分，星期二12.3 硬件抗干擾的設(shè)計 12.3.1 濾波技術(shù)1無源濾波器 第6頁，共20頁，2022年，5月20日，3點1分，星期二 2有源濾波器有源濾波器可分為低通濾波器、高通濾波器、帶阻濾波器和帶通濾波器等多種。3信號濾波器信

3、號濾波器是用在各種信號線上的低通濾波器，其作用是消除導(dǎo)線上的各種高頻干擾。信號濾波器可分為線路板安裝濾波器、饋通濾波器和濾波器連接器等三種。4電源濾波器 這種濾波器能夠防止射頻干擾 。5屏蔽技術(shù)屏蔽技術(shù)是采用來各種屏蔽的方法抑制沿空間傳播的電磁干擾 第7頁，共20頁，2022年，5月20日，3點1分，星期二12.3.2 隔離技術(shù) 1光電耦合器的種類常用的光電耦合的隔離作用有兩種：一是輸入信號隔離，用于單片機應(yīng)用系統(tǒng)的前向通道，可防止由輸入信號帶來的干擾；二是控制隔離，用于系統(tǒng)的后向通道，可以防止來自強電開關(guān)上的干擾。(a)發(fā)光二極管光晶體管 (b) 發(fā)光二極管光電阻器 (c) 高速光電耦合器

4、第8頁，共20頁，2022年，5月20日，3點1分，星期二輸出控制隔離的光電耦合器電路 (a) 發(fā)光二極管光觸發(fā)可控硅 ( b) 發(fā)光二極管復(fù)合晶體管 第9頁，共20頁，2022年，5月20日，3點1分，星期二2光電耦合器的應(yīng)用 第10頁，共20頁，2022年，5月20日，3點1分，星期二12.3.3 接地技術(shù) 有以下幾種地線：模擬地、數(shù)字地、信號地、系統(tǒng)地、交流地和保護地。1接地的設(shè)計方法（1）單點接地就是把需要接地的電路、單元及屏蔽體都接到設(shè)備接地面的同一個接地點上。單點接地方式試用于低頻電路。（2）多點接地就是把需要接地的電路、單元及屏蔽體用多條通路和設(shè)備接地面相連，多點接地降低了接地線

5、的阻抗。多點接地方式試用于高頻電路。（3）懸浮接地就是把控制系統(tǒng)的地線與外殼或大地浮置，提高對電源、外殼引進干擾的抑制。第11頁，共20頁，2022年，5月20日，3點1分，星期二2接地的設(shè)計原則（1）出現(xiàn)地線環(huán)路問題時，應(yīng)采用浮地隔離技術(shù)。（2）接地線應(yīng)盡量的短，并具有良好的導(dǎo)電性（3）對于那些出現(xiàn)較大突變電流的電路，要采用單獨接地的系統(tǒng)，以減小其它電路的瞬態(tài)耦合。（4）低電平接地線要和其它接地線隔離。（5）系統(tǒng)中數(shù)字地、模擬地應(yīng)一點相連。（6）信號線和電源線交叉的地方要使導(dǎo)線相互垂直。（7）采用平衡差分電路，以盡量減小接地電路的干擾。（8）低電平傳輸時要使用多層屏蔽。第12頁，共20頁，2

6、022年，5月20日，3點1分，星期二12.3.4 單片機的自動復(fù)位與電源的監(jiān)測技術(shù)單片機的自動復(fù)位是單片機抗干擾技術(shù)的一種重要方法。當單片機受到干擾后，可以按下人工復(fù)位按鈕，強制系統(tǒng)復(fù)位。14060構(gòu)成的自動復(fù)位電路 第13頁，共20頁，2022年，5月20日，3點1分，星期二2采用MAX813L構(gòu)成的自動復(fù)位與電源監(jiān)測電路 MAX813L是MAX公司生產(chǎn)的P監(jiān)控芯片。當單片機由干擾引起的系統(tǒng)失控時，為單片機提供可靠的上、掉電復(fù)位、電源監(jiān)測、“看門狗”及電源管理功能。 第14頁，共20頁，2022年，5月20日，3點1分，星期二12.4 軟件抗干擾的設(shè)計 12.4.1 軟件冗余 1安插NOP

7、指令 2指令重復(fù)操作 12.4.2 軟件陷阱（1）未使用的中斷向量區(qū) 當干擾進入到中斷向量區(qū)時，并激活這些中斷時，就會進一步引起混亂。（2）未使用的大片ROM空間 在剩余的沒有使用的程序存儲器空間，設(shè)置成陷阱，就能捕捉到跑飛的程序。（3）表格 為了不破壞表格的連續(xù)性，軟件陷阱只能在表格的最后安放。（4）程序區(qū) 安排陷阱，應(yīng)安放在如指令LJMP、SJMP、AJMP、RET、RETI等之后。 第15頁，共20頁，2022年，5月20日，3點1分，星期二12.4.3 軟件看門狗技術(shù) 軟件看門狗技術(shù)能夠使程序從死循環(huán)中恢復(fù)到正常狀態(tài)。軟件看門狗（WATCH DOG）也叫做程序運行監(jiān)視系統(tǒng)。當程序運行受

8、到干擾，程序飛到一個臨時構(gòu)成死循環(huán)中時，這時系統(tǒng)將面臨著癱瘓。這時就需要人工復(fù)位或硬件復(fù)位，如果沒有人工操作和硬件復(fù)位系統(tǒng)，利用軟件看門狗技術(shù)同樣也能使系統(tǒng)復(fù)位，恢復(fù)正常。第16頁，共20頁，2022年，5月20日，3點1分，星期二12.4.4 數(shù)字濾波的設(shè)計 1算術(shù)平均值法 算術(shù)平均值法就是對某一點的數(shù)值連續(xù)多次采樣，取其算術(shù)平均值。適用于一般信號本身在一定數(shù)值范圍附近上下波動的情況。算術(shù)平均值濾波，一般多次采樣取35次即可。2中值濾波法中值濾波就是連續(xù)采集N個數(shù)據(jù)，從中選取一個中間值作為該點的采樣結(jié)果。 第17頁，共20頁，2022年，5月20日，3點1分，星期二3防脈沖干擾平均值濾波法單

9、片機應(yīng)用系統(tǒng)經(jīng)常會遇到尖脈沖干擾。干擾通常只影響個別采樣點的數(shù)據(jù)，此數(shù)據(jù)與其他采樣點的數(shù)據(jù)相差比較大。如果采用防脈沖干擾平均值濾波法，即對采樣的N個數(shù)據(jù)進行比較，去掉其中最大值和最小值，然后計算余下的平均值?？梢詾V去脈沖干擾所形成的最大和最小數(shù)據(jù)。4滑動平均值濾波法滑動平均值濾波法采用隊列作為測量數(shù)據(jù)存儲器，隊列的隊長為N，每進行一次新的測量，把測量結(jié)果放入隊尾，而扔掉原來隊首的一個數(shù)據(jù)，這樣在隊列中始終有N個數(shù)據(jù)。對N個數(shù)據(jù)求算術(shù)平均值，就可得到測量結(jié)果。 第18頁，共20頁，2022年，5月20日，3點1分，星期二5一階低通濾波法一階低通濾波法就是利用軟件完成RC低通濾波器的算法，這種方法適用于變化緩慢數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。用RC低通濾波器來抑制高頻干擾，只保存低頻有用信號。一階低通數(shù)字濾波器的