单片机硬件系统设计原则

1、单片机硬件系统统设计原则一个单片机应用用系统的硬件件电路设计包包含两部分内内容：一是系系统扩展，即即单片机内部部的功能单元元，如ROMM、RAM、II/O、定时时器/计数器器、中断系统统等不能满足足应用系统的的要求时，必必须在片外进进行扩展，选选择适当的芯芯片，设计相相应的电路。二二是系统的配配置，即按照照系统功能要要求配置外围围设备，如键键盘、显示器器、打印机、AA/D、D/A转换器等等，要设计合合适的接口电电路。 系统的扩展和配配置应遵循以以下原则： 1、尽可能选择择典型电路，并并符合单片机机常规用法。为为硬件系统的的标准化、模模块化打下良良好的基础。 2、系统扩展与与外围设备的的配置水平

2、应应充分满足应应用系统的功功能要求，并并留有适当余余地，以便进进行二次开发发。 3、硬件结构应应结合应用软软件方案一并并考虑。硬件件结构与软件件方案会产生生相互影响，考考虑原则是：软件能实现现的功能尽可可能由软件实实殃，以简化化硬件结构。但但必须注意，由由软件实现的的硬件功能，一一般响应时间间比硬件实现现长，且占用用CPU时间间。 4、系统中的相相关器件要尽尽可能做到性性能匹配。如如选用CMOOS芯片单片片机构成低功功耗系统时，系系统中所有芯芯片都应尽可可能选择低功功耗产品。 5、可靠性及抗抗干扰设计是是硬件设计必必不可少的一一部分，它包包括芯片、器器件选择、去去耦滤波、印印刷电路板布布线、通

3、道隔隔离等。 6、单片机外围围电路较多时时，必须考虑虑其驱动能力力。驱动能力力不足时，系系统工作不可可靠，可通过过增设线驱动动器增强驱动动能力或减少少芯片功耗来来降低总线负负载。 7、尽量朝“单单片”方向设设计硬件系统统。系统器件件越多，器件件之间相互干干扰也越强，功功耗也增大，也也不可避免地地降低了系统统的稳定性。随随着单片机片片内集成的功功能越来越强强，真正的片片上系统SooC已经可以以实现，如SST公司新近近推出的PPSD32系列产品品在一块芯片片上集成了880C32核核、大容量FFLASH存存储器、SRRAM、A/D、I/OO、两个串口口、看门狗、上上电复位电路路等等。 单片机系统硬件

4、件抗干扰常用用方法实践 影响单片片机系统可靠靠安全运行的的主要因素主主要来自系统统内部和外部部的各种电气气干扰，并受受系统结构设设计、元器件件选择、安装装、制造工艺艺影响。这些些都构成单片片机系统的干干扰因素，常常会导致单片片机系统运行行失常，轻则则影响产品质质量和产量，重重则会导致事事故，造成重重大经济损失失。 形成干扰的基本本要素有三个个： （1）干扰源。指指产生干扰的的元件、设备备或信号，用用数学语言描描述如下：ddu/dt， di/dtt大的地方就就是干扰源。如如：雷电、继继电器、可控控硅、电机、高高频时钟等都都可 能成为为干扰源。 （2）传播路径径。指干扰从从干扰源传播播到敏感器件件

5、的通路或媒媒介。典型的的干扰传 播播路径是通过过导线的传导导和空间的辐辐射。 （3）敏感器件件。指容易被被干扰的对象象。如：A/D、D/AA变换器，单单片机，数字字IC， 弱弱信号放大器器等。 干扰的分类 1干扰的分类 干扰的分类有好好多种，通常常可以按照噪噪声产生的原原因、传导方方式、波形特特性等等进行行不同的分类类。按产生的的原因分： 可分为放电噪声声音、高频振振荡噪声、浪浪涌噪声。 按传导方式分：可分为共模模噪声和串模模噪声。 按波形分：可分分为持续正弦弦波、脉冲电电压、脉冲序序列等等。 2 干扰的耦合合方式 干扰源产生的干干扰信号是通通过一定的耦耦合通道才对对测控系统产产生作用的。因因

6、此，我有必必要看看干扰扰源和被干扰扰对象之间的的传递方式。干干扰的耦合方方式，无非是是通过导线、空空间、公共线线等等，细分分下来，主要要有以下几种种： 1）直接耦合： 这是最直接的方方式，也是系系统中存在最最普遍的一种种方式。比如如干扰信号通通过电源线侵侵入系统。对对于这种形式式，最有效的的方法就是加加入去耦电路路。从而很好好的抑制。 （2）公共阻抗抗耦合： 这也是常见的耦耦合方式，这这种形式常常常发生在两个个电路电流有有共同通路的的情况。为了了防止这种耦耦合，通常在在电路设计上上就要考虑。使使干扰源和被被干扰对象间间没有公共阻阻抗。 （3）电容耦合合： 又称电场耦合或或静电耦合 。是由于分分

7、布电容的存存在而产生的的耦合。 （4）电磁感应应耦合： 又称磁场耦合。是是由于分布电电磁感应而产产生的耦合。 （5）漏电耦合合： 这种耦合是纯电电阻性的，在在绝缘不好时时就会发生。 常用硬件抗干扰扰技术 针对形成干扰的的三要素，采采取的抗干扰扰主要有以下下手段。 1 抑制干扰源源 抑制干扰源就是是尽可能的减减小干扰源的的du/dtt，di/ddt。这是抗抗干扰设计中中最优先考虑虑和最重要的的原则，常常常会起到事半半功倍的效果果。 减小干干扰源的duu/dt主要要是通过在干干扰源两端并并联电容来实实现。减小干干扰源的dii/dt则是是在干扰源回回路串联电感感或电阻以及及增加续流二二极管来实现现。

8、 抑制干扰源的常常用措施如下下： （1）继电器线线圈增加续流流二极管，消消除断开线圈圈时产生的反反电动势干扰扰。仅加 续续流二极管会会使继电器的的断开时间滞滞后，增加稳稳压二极管后后继电器在单单位时间内可可 动作更多多的次数。 （2）在继电器器接点两端并并接火花抑制制电路（一般般是RC串联联电路，电阻阻一般选几KK 到几十KK，电容选00.01uFF），减小电电火花影响。 （3）给电机加加滤波电路，注注意电容、电电感引线要尽尽量短。 （4）电路板上上每个IC要要并接一个00.01FF0.1F高频电容容，以减小IIC对电源的的 影响。注注意高频电容容的布线，连连线应靠近电电源端并尽量量粗短，否则

9、则，等于增大大了电 容的的等效串联电电阻，会影响响滤波效果。 （5）布线时避避免90度折折线，减少高高频噪声发射射。 （6）可控硅两两端并接RCC抑制电路，减减小可控硅产产生的噪声（这这个噪声严重重时可能会把把可控硅击穿穿的）。 2 切断干扰传传播路径 按干扰的传播路路径可分为传传导干扰和辐辐射干扰两类类。 所谓传导干扰是是指通过导线线传播到敏感感器件的干扰扰。高频干扰扰噪声和有用用信号的频带带不同，可以以通过在导线线上增加滤波波器的方法切切断高频干扰扰噪声的传播播，有时也可可加隔离光耦耦来解决。电电源噪声的危危害最大，要要特别注意处处理。 所谓辐射干扰是是指通过空间间辐射传播到到敏感器件的的

10、干扰。一般般的解决方法法是增加干扰扰源与敏感器器件的距，用用地线把它们们隔离和在敏敏感器件上加加蔽罩。 切断干扰传播路路径的常用措措施如下： （1）充分考虑虑电源对单片片机的影响。电电源做得好，整整个电路的抗抗干扰就 解解决了一大半半。 许多单单片机对电源源噪声很敏感感,要给单片片机电源加滤滤波电路或稳稳压器，以减减小电源噪声声对单片机的的干扰。比如如，可以利用用磁珠和电容容组成形滤滤波电路，当当然条件要求求不高时也可可用100电阻代替磁磁珠。 （2）如果单片片机的I/OO口用来控制制电机等噪声声器件，在II/O口与噪噪声源之间应应加隔离（增增加形滤波波电路）。 （3）注意晶振振布线。晶振振与

11、单片机引引脚尽量靠近近，用地线把把时钟区隔离离起来，晶振振外壳接地并并固定。 （4）电路板合合理分区，如如强、弱信号号，数字、模模拟信号。尽尽可能把干扰扰源（如电机机、继电器）与与敏感元件（如如单片机）远远离。 （5）用地线把把数字区与模模拟区隔离。数数字地与模拟拟地要分离，最最后在一点接接于电源地。AA /D、DD/A芯片布布线也以此为为原则。 （6）单片机和和大功率器件件的地线要单单独接地，以以减小相互干干扰。 大功功率器件尽可可能放在电路路板边缘。 （7）在单片机机I/O口、电电源线、电路路板连接线等等关键地方使使用抗干扰元元件如磁珠、磁磁环、电源滤滤波器、屏蔽蔽罩，可显著著提高电路的的

12、抗干扰性能能。 3 提高敏感器器件的抗干扰扰性能 提高敏感器件的的抗干扰性能能是指从敏感感器件这边考考虑尽量减少少对干扰噪声声 的拾取，以以及从不正常常状态尽快恢恢复的方法。 提高敏感器件抗抗干扰性能的的常用措施如如下： （1）布线时尽尽量减少回路路环的面积，以以降低感应噪噪声。 （2）布线时，电电源线和地线线要尽量粗。除除减小压降外外，更重要的的是降低耦 合噪声。 （3）对于单片片机闲置的II/O口，不不要悬空，要要接地或接电电源。其它IIC的闲置端端在不改变系系统逻辑的情情况下接地或或接电源。 （4）对单片机机使用电源监监控及看门狗狗电路，如：IMP8009，IMPP706，IIMP813

13、3， X50043，X55045等，可可大幅度提高高整个电路的的抗干扰性能能。 （5）在速度能能满足要求的的前提下，尽尽量降低单片片机的晶振和和选用低速数数字电路。 （6）IC器件件尽量直接焊焊在电路板上上，少用ICC座。 4 其它常用抗抗干扰措施 交流端用电感电电容滤波:去去掉高频低频频干扰脉冲。 变压器双隔隔离措施:变变压器初级输输入端串接电电容,初、次次级线圈间屏屏蔽层与初级级间电容中心心接点接大地地,次级外屏屏蔽层接印制制板地,这是是硬件抗干扰扰的关键手段段。次级加低低通滤波器:吸收变压器器产生的浪涌涌电压。 采采用集成式直直流稳压电源源:因为有过过流、过压、过过热等保护。 I/O口采采用光电、磁磁电、继电器器隔离，同时时去掉公共地地。 通讯线线用双绞线:排除平行互互感。 防雷雷电用光纤隔隔离最为有效效。 A/DD转换用隔离离放大器或采采用现场转换换:减少误差差。 外壳接接大地:解决决人身安全及及防外界电磁磁场干扰。 加复位电压压检测电路。防防止复位不充充份,CPUU就工作