系统设计与抗干技术

1、yangtze normal university系统设计和抗干扰技术系统设计和抗干扰技术v主要内容1.微机系统设计2.微机系统抗干扰设计3.型式试验与电磁兼容试验4.智能仪器仪表产品研发yangtze normal university1.微机系统设计v主要内容8位外部数据总线单片机系统基本构成16位外部数据总线的扩展yangtze normal university8位外部数据总线单片机系统基本构成 gndxtal1xtal2hso.0-resetceinceoutvccvbatwdimax691vr-wr-rd8098/80c196a15a14a13138ceincerom-cs-csv

2、ra8-12a0-12a0-12a0-7ad0-7-rd-rd-wr62642764373alegndd0-7ceout图 10.1 96 单 片 机 系 统 的 典 型 构 成vr=maxvbat,vccceout=cein normalceout=1 nonormalcpu通过wdi在规定的时间内不断给max691复位，否则max691给cpu复位yangtze normal university10.1.2 16位数据总线的扩展 buswidtha14-152 0 0 0 h -5 f f f hb u s w id t hg a la 8 -a 1 3a d 8 -a d 1 53 7

3、 3d 8 -d 1 5a 7 -a 1 2a d 0 -a d 73 7 3a 1 -a 7a 0 -a 6d 0 -d 7a 1 -a 1 3a 0 -a 1 2d 0 -d 7d 0 -d 7图1 0 . 2 1 6 位 数 据 总 线 的 扩 展 技 术8 0 c 1 9 6 /k b2 7 6 4 a2 7 6 4 ba l ea l e16位数据总线中的地址总线：用a1a13对应两片8k 2764的a0a12，总线的a0不接。ccr.1=0或buswidth=0 外部采用16位地址/8位数据总线ccr.1=1且buswidth=1 外部采用16位地址/16位数据总线当ccr.1=1

4、时，可以构造成动态外部数据总线模式，靠buswidth来控制，如果为16位的数据总线，则译码线取反后反过来控制cpu以16位的外部数据总线来操作外围芯片。 yangtze normal universityi01i12i23i34i45i56i67i78i89i911f618f517f416f315f214f113vcc20gnd10f719f012u5gal16v8cu60.1ufa02a13a24a35a46a57a68a79b018b117b216b315b414b513b612b711e19dir1vcc20gnd10u674ls245d1d2d3d4d5d6d7d8d9d10d11d

5、12d13d14d15d16d17d18c1c2c3c4c5c6c7c8c9c10c11c12c13c14c15c16c17c18pcbusk1a121a241a361a482a1112a2132a3152a4171y1181y2161y3141y4122y192y272y352y431g12g19u474ls2441a121a241a361a482a1112a2132a3152a4171y1181y2161y3141y4122y192y272y352y431g12g19u374ls2441a121a241a361a482a1112a2132a3152a4171y1181y2161y3141y

6、4122y192y272y352y431g12g19u274ls244a02a13a24a35a46a57a68a79b018b117b216b315b414b513b612b711e19dir1vcc20gnd10u174ls245b1b2b3b4b5b6b7b8b9b10b11b12b13b14b15b16b17b18b19b20b21b22b23b24b25b26b27b28b29b30b31a1a2a3a4a5a6a7a8a9a10a11a12a13a14a15a16a17a18a19a20a21a22a23a24a25a26a27a28a29a30a31pcbuscu10.1uf-m

7、emcs16gndvccpcs1pcensaensa19sa18sa17sa16sa15sa14sa13srdswrvccgndsd8sd9sd10sd11sd12sd13sd14sd15pcd8pcd9pcd10pcd11pcd12pcd13pcd14pcd15pcensrdvccgndpcd15pcd14pcd13pcd12pcd11pcd10pcd9pcd8sa5sa6sa9-smemr-smemwpca1pca2pca3pca4pca5pca6pca7pca8srdswrsa3sa2sa1sa4gndpca19pca18pca17pca16pca15pca14pca13pca12pca

8、11pca10-smemr-smemw-5vgndvccgndgndpca0pca1pca2pca3pca4pca5pca6pca7pca8pca9pcd0pcd1pcd2pcd3pcd4pcd5pcd6pcd7pcaengndvccsa12sa10sa11sa8sa7saensa17sa18sa19sa16sa15sa14sa13srdpcenpcd0pcd1pcd2pcd3pcd4pcd5pcd6pcd7sd0sd1sd2sd3sd4sd5sd6sd7pca9pca13pca14pca15pca16pca19pca18pca17pcaenpca12pca11pca10gnd-memcs16

9、vccreset drvirq9-12v0ws+12vgndirq2-iow-ior-dack 3drq3-dack 1drq1-refreshsysclkirq7irq6irq5irq4irq3-dack 2t/cbaleosc-i/o cs16irq10irq11irq12drq5irq14irq15-dack 0drq0-dack 5-dack 6drq6-dack 7drq7-master-memw-memrla17la18la19la20la21la22la23sbhei/o ch rdyi/o ch ckcel-1r/wl-2a11r45a11l3a10r44a10l4oer-43

10、oel-5a0r42a0l6a1r41a1l7a2r40a2l8a3r39a3l9a4r38a5r37a5l11a6r36a6l12a7r35a7l13a8r34a8l14a9r33i/o0l16i/o7r32i/o6r31i/o1l17i/o3l19i/o4r29i/o4l20i/o3r28i/o5l21i/o2r27i/o6l22i/o1r26a4l10a9l15i/o2l18i/o7l23cer-47r/wr-46i/o5r30i/o0r25pu1idt7134cel-1r/wl-2a11r45a11l3a10r44a10l4oer-43oel-5a0r42a0l6a1r41a1l7a2

11、r40a2l8a3r39a3l9a4r38a5r37a5l11a6r36a6l12a7r35a7l13a8r34a8l14a9r33i/o0l16i/o7r32i/o6r31i/o1l17i/o3l19i/o4r29i/o4l20i/o3r28i/o5l21i/o2r27i/o6l22i/o1r26a4l10a9l15i/o2l18i/o7l23cer-47r/wr-46i/o5r30i/o0r25pu2idt7134sa11sa11a112a111sa12sa12pcs1sa10sa9sa8sa7sd1sd2sd3sd4sd5sd6sd7sd0sa1sa2sa3sa4sa5sa6swrsrd

12、wr1rd1a01a11a21a31a41a51a61a71a81a91a101d01d11d21d31d41d51d61d71dpram1dpram2d72d62d52d42d32d22d12d02a102a92a82a72a62a52a42a32a22a12a02rd2wr2srdswrsa6sa5sa4sa3sa2sa1sd8sd15sd14sd13sd12sd11sd10sd9sa7sa8sa9sa10pcs1二、pc机xt/at总线的16位扩展 pc机16位外部数据的扩展和96单片机一样，外部16位数据总线的地址空间的片选线需要反送一个信号通知pc机以16位方式进行读写。yangtz

13、e normal university三、16位数据总线中的地址总线v用用a1a1a13a13对应两片对应两片8k 27648k 2764的的a0a0a12a12，总线的总线的a0a0不接。不接。v当当1616位寻址（如位寻址（如2000h2000h、2001h2001h）时，对两）时，对两片片27642764来说是同一地址来说是同一地址2000h2000h，但，但2764a2764a的数的数据进入据进入d8d8d15d15（2001h2001h的内容），而的内容），而2764b2764b的数据进入的数据进入d0d0d7d7（2000h2000h的内容）。的内容）。yangtze normal

14、 university四四max691max691电源监控、掉电保护及复位电路电源监控、掉电保护及复位电路cu50.1uf19478614212131110151635u5max691cu5100ufcu5r0.1ufgndwdiceinceoutgndrst-vccvr batterygndvbatpfigndwdooscinoscsellowlinreset-resetpfowdiceinceoutvoutvccbatton图 10.3 max691 连接电路图ceout=cein normalceout=1 nonormalcpu通过wdi在规定的时间内不断给max691复位，否则max

15、691给cpu复位vr=maxvbat,vccyangtze normal university2 .微机系统抗干扰设计v主要内容10.2.1 主要干扰源 （）10.2.2 电源和接地干扰10.2.3 便携仪器的电源设计 （）10.2.4 i/o通道干扰10.2.5 空间静电干扰10.2.6 印刷电路板抗干扰设计10.2.7 软件抗干扰设计yangtze normal university主要干扰源干扰源微机系统电源干扰接地干扰i/o 通道干扰静电干扰电磁干扰图 10.4 微机系统的主要干扰源yangtze normal university电源和接地干扰v一、电源干扰（自学）v二、接地干扰（

16、自学）v三、电源和接地抗干扰设计（自学）v隔离、滤波等v四、dc/dc(ac/dc)模块 （）yangtze normal universitydc/dc电源电源连接图v 1000uf 100uf 0.1ufst ym +vin+vin-vout+vout-+-dc/dcfuse图10.5 dc/dc典型连接电路保险熔断丝自恢复瞬态二级管压敏电阻大于额定值r=0小于则r=大电容输出滤波电容（大小各1个）yangtze normal university便携仪器的电源设计v 便携仪器的供电系统提供大于5v的动态电压，我们需要设计专门的电路来将大于5v动态变化的电压转化成标准的微机电源电压（5v/

17、3v)。例如：如果我们利用9v的电池（6-10v）来提供5v的便携仪器电源，则可用如下电路：yangtze normal university便携仪器仪表的电源设计（续）81236457ic1max73067342518ic4max764c764120uc76440.1uc764168ui147uhd1 in5817d2in5817i233uhc5100ufc668ufc70.01uc8330pfc90.1ur9510kc141ufc151ufgnd9vgndgndgnd-5vgnd-5vgndgnd9v9vgndgndvccgndvccgnd输入612v输出5v输出-5vyangtze no

18、rmal universityv一防止线间串扰措施一防止线间串扰措施1 1、强弱强弱信号、信号、高低频高低频及交直流信号及交直流信号分开走线分开走线2 2、电源电源和和信号分开信号分开走线走线3 3、经过噪声、经过噪声处理后处理后的和的和未处理者分开未处理者分开4 4、传输线传输线应尽量应尽量远离大功率器件远离大功率器件5 5、传输线传输线应尽量应尽量短短v二、二、双绞线双绞线传输传输对外磁场相邻的相反对外磁场相邻的相反受干扰电流方向相反受干扰电流方向相反i/o通道干扰yangtze normal university空间静电干扰抑制静电放电干扰的措施v1 1、cmoscmos器件输入引脚不能

19、浮空器件输入引脚不能浮空，设法，设法降低输入电阻，当用降低输入电阻，当用cmoscmos器件与长线器件与长线连接时，应通过一个连接时，应通过一个ttlttl缓冲门电路后缓冲门电路后再与长传输线相连；再与长传输线相连；v2 2、环境、环境越干燥越干燥，越容易产生静电越容易产生静电；v3 3、机房地板应、机房地板应使用绝缘性差的材料使用绝缘性差的材料；v4 4、采用、采用良好的接地良好的接地。yangtze normal university印刷电路板抗干扰设计v一、地线设计 （） （实例）v二、电源线布置（）v三、去耦电容的配置（）v四、印制板的尺寸与器件布置v五、其他抗干扰措施yangtze

20、normal university软件抗干扰设计v一数字滤波（？）1、通过程序将明显不合理者剔除（）2、算术平均值法（）3、比较舍取法（）4、中值法5、一阶递推数字滤波法（yn=ayn-1+bxn)（）6、加权平均法7、复合法（）yangtze normal university软件抗干扰设计（续）v二、控制失灵的软件对策1、软件冗余(算法冗余，变一次判断为实时循环）2、设置输出状态寄存器（实时输出）3、设自检程序（）yangtze normal university软件抗干扰设计（续）三、防止程序跑飞的措施v1减少中断及中断处理内容，随开随关（判断、清wdi和处理全部在主程序）v2. 设置监

21、视跟踪定时器v3. 设置软件陷井v4开关信号加延时去抖判断v5. 通信中应加同步判断、数据校验等yangtze normal university3. 型式试验与电磁兼容v主要内容10.3.1 型式试验 （）10.3.2 电磁兼容yangtze normal university型式试验v一试验的分类试验分为型式试验、例行试验和研究性试验三类。yangtze normal university1、型式试验（续）v1）新产品定型、投入批量生产前进行全部项目的型式试验，包括外观检查、绝缘试验、工作性能试验、浪涌电压试验、低温试验、高温试验、湿热试验、振动和冲击试验、耐受腐蚀性大气试验、灰尘、湿热和

22、高温综合试验、水密性试验、装车运行试验。yangtze normal university型式试验（续1）v2） 经常生产的定型产品，每隔三年应进行外观检查、绝缘试验、工作性能试验、浪涌电压试验、低温试验、高温试验、湿热试验、振动和冲击试验、耐受腐蚀性大气试验、灰尘、湿热和高温综合试验、水密性试验。yangtze normal university型式试验（续2）v3）不经常生产的定型产品，间隔三年或三年以上再生产时应进行外观检查、绝缘试验、工作性能试验、浪涌电压试验、低温试验、高温试验、湿热试验、振动和冲击试验、耐受腐蚀性大气试验、灰尘、湿热和高温综合试验、水密性试验。yangtze nor

23、mal university型式试验（续3）v4） 定型产品的结构、工艺、材料或生产厂家改变可能影响产品质量时，应进行外观检查、绝缘试验、工作性能试验、浪涌电压试验、低温试验、高温试验、湿热试验、振动和冲击试验、耐受腐蚀性大气试验、灰尘、湿热和高温综合试验、水密性试验中部分项目或全部项目的型式试验；yangtze normal university型式试验（续4）v5） 定型产品用于其它型号机车时，应进行性能试验和浪涌保护检验。v进行型式试验的样品应从例行试验合格的产品中抽取，抽样规则按国家标准gb 2828和gb 2829规定，样品数量不应少于2台。 yangtze normal unive

24、rsity型式试验（续5）v规定的型式试验项目在全部样品上都合格时，该批产品合格；样品中不合格项目超过一种时，该批产品不合格；样品中不合格项目不超过一种时，允许进行一次性修改，然后重新试验原不合格项目，若再有任何不合格品，则该批产品不合格。v 型式试验全部项目应在同一次抽样的样品上进行。yangtze normal university 2例行试验v 对每台出厂的电子装置，制造厂都应进行例行试验。v经用户与制造厂双方协商，用户也可以在交货的产品中进行抽样检查试验，以验证例行试验结果。yangtze normal university3研究性试验v用户与制造厂有特殊要求时可以进行某些项目的研究性

25、试验，以获得某些特殊资料和数据，供设计、制造和使用上参考。研究性试验的结果不能作为评判产品合格与否的依据。yangtze normal university二型式试验举例机车轴承温度检测报警装置检验细则1、总则2、试样3、工作性能试验4、结果判定 (详细）yangtze normal university1）外观检查v外观质量不应有影响使用的缺陷，外形尺寸、安装尺寸、布线、零部件安装、焊接质量应符合图纸要求。电路板的原件安装、表面涂敷、接线和焊接质量应符合图纸要求。 yangtze normal university2） 绝缘电阻测量及介电强度试验v用500v兆欧表分别测量装置的110v电路部

26、分对低压电路（总线插座、通信插座）及机壳间的绝缘电阻不小于2m；低压电路对机壳间的绝缘电阻不小于2 m.v 在110v电路部分与低压电路及机壳间施加工频电压1000v,历时1min，装置应无击穿与闪络现象。v在低压电路与机壳间施加工频电压500v,历时1min，装置应无击穿与闪络现象。yangtze normal university3）工作性能试验v（1）自检v（2）温度循检试验v（3）循环检测周期测试v（4）超温报警试验v（5）开路、短路、复位试验v （6）工作电压范围检查v （7）传感器编码及替换试验v （8）密封性能试验v （9）转储功能试验v （10）记录功能检查yangtze no

27、rmal university4） 浪涌电压试验v按tb/t1394-93第5.5条的规定进行:浪涌电压加在装置上与外部电路直接连接的端子或连线与电源零电位点之间。采用图11.7所示电容放电电路产生的波形进行试验，参数如下：v幅值：u=1.8kv3% 持续时间：d=50s20%v阻抗：z=10020% d=1s20%0.10.50.91.0u(t)/utddyangtze normal university 5) 低温性能试验v按tb/t1394-93第5.6条的规定进行：将装置放入低温试验箱内，装置不接通任何电源。在等于或大于0.5h内将箱温从正常试验环境（2510）逐渐降至-2510,并在

28、此温度下保持2h.v这个期间从低温箱内几个温度测量仪表测得的温度一致时开始计算。在2h之末给装置接通电源，检查其工作性能。v检查完毕切断装置电源，将箱温再降到检查完毕切断装置电源，将箱温再降到-403,在此温度下保持在此温度下保持16h,然后取出被试然后取出被试装置，除去水滴，在正常的大气条件下恢装置，除去水滴，在正常的大气条件下恢复复12h，然后再次检查其工作性能。，然后再次检查其工作性能。v在在-25环境条件下重复本细则工作性能试环境条件下重复本细则工作性能试验中的第验中的第1项和第四项试验。项和第四项试验。v在经在经-40存放恢复后，重复本细则工作性存放恢复后，重复本细则工作性能试验中的

29、第能试验中的第1、2、4项试验。项试验。yangtze normal university6）高温性能试验v按按tb/t1394-93第第5.7条条的规定进行：将装置放入高的规定进行：将装置放入高温试验箱内，给装置接通电源，使之处于工作状态温试验箱内，给装置接通电源，使之处于工作状态。随后在等于或大于。随后在等于或大于0.5h内将箱温从正常试验环境内将箱温从正常试验环境温度（温度（2510）逐渐升高到）逐渐升高到702。达到这个。达到这个温度后装置在箱内保持温度后装置在箱内保持6h。v这个期间应从高温试验箱内几个温度测量仪测得的这个期间应从高温试验箱内几个温度测量仪测得的温度一致时开始计算。这

30、个期间之末，在箱温保持温度一致时开始计算。这个期间之末，在箱温保持702的情况下，检查其工作性能。的情况下，检查其工作性能。v在在70环境条件下各点显示温度应正常，重复本环境条件下各点显示温度应正常，重复本细则第工作性能试验中的第细则第工作性能试验中的第4项试验。项试验。yangtze normal university7）湿热试验v按tb/t1394-93第5.8条的规定进行：v将通过工作性能试验的样品放入湿热试验箱内，装置不接通电源不加包装，将箱温调至253并保持此值，相对湿度调至4575%进行26h稳定温度处理。在最后1h，内，将箱内相对湿度提高到95%,温度仍保持253。v稳定阶段之后

31、循环开始，使箱温在2.53.5h内由253连续升到552,这期间除最后15min内相对湿度不低于90%外，升温阶段相对湿度都不应低于95%，以使试样表面产生凝露。然后在温度为552的高温高湿环境下保持到从循环开始计算起120.5h止。这一阶段的相对湿度，除最初的15min和最后的15min不低于90%外，均应为933%。v然后在36h内，将箱温由552降至253。在开始1.5h内按下述速度降温，即在3h15min内温度从552降至253。这期间的相对湿度除最初的15min内不低于90%外，其它时间均不低于95%。v降温之后，温度保持253，相对湿度不低于95%，直至24h循环结束。v最后将样品放在正常的试验大气条件下恢复12h，恢复后立即进行工作性能试验和绝缘试验，并要进行外观检查。v湿热试验后重复本细则第工作性能试验中的第1、2、4项试验。yangtze norm