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1、第七章单片微机应用系统的实用技术单片微机应用系统设计的三位一体功能性设计是为了满足系统控制、运算等基本运行能力的设计。产品化设计是保证构成实用化产品必须解决的环境适应性、使用条件适应性以及满足使用者人体工程的设计。可靠性设计则是保证正常使用条件下，系统有良好的运行可靠性与安全性。功能性是基础，可靠性是保障，产品化是前途。7.1概述72单片微机应用系统可靠性设计技术7.2.1可靠性概述1.可靠性的定义“产品在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的能力”。规定条件指应用系统工作条件(如操作方式、负载条件等)和环境条件(如温度、湿度、气压、有无腐蚀性气体等)。规定时间由于服务对象的不同和使用条件的不
2、同而不同。而应用系统的可靠性本身就是一个与规定时间密切相关的，使用时间越长则可靠性就越差。“规定功能”是指应用系统的主要性能指标和技术要求(如采样精度、响应时间、输出输入信号等)。可靠性可以用多种指标形式(数学特征量)表示，如可靠度、平均故障间隔时间(MTBF)、有效寿命等。2.现代电子系统的特征现代电子系统具有以下特征：具有嵌入式计算机系统，具有智能化的体系结构。是以计算机为核心的柔性硬件基础，由软件实现其系统功能。硬件系统有微电子工艺及微电子系统集成的有力支持。单片微机应用系统是当前最广泛、最典型的现代电子系统。(2)现代电子系统可靠性定义与古典电子系统以失效为依据的可靠性概念相比，现代电
3、子系统的可靠性则表现为，在规定条件下，系统能否准确无误运行的能力，突出了可靠性的软件保证和运行中的失误概率。可靠性设计则是在产品全过程中，保证运行可靠的全部设计手段，甚至包含了产品出厂后，软件升级中的可靠性设计。(3)现代电子系统的广义可靠性与古典电子系统相比，由于软件的介入，其可靠性问题更加广义，除了两值可靠性的“失效”以外，出现了多值可靠性。所谓多值可靠性是指除“正常”与“失效”以外会出现许多介于其间的“出错”、“失误”、“不稳定”等可靠性问题。例如，软件运行的“死机”问题，时空边界性问题，千年“虫”问题等。可靠性设计贯彻在单片微机应用系统设计的全过程，包括以下环节；总体设计。硬件系统设计
4、。PCB设计。电源系统设计。软件设计。形成电磁干扰必须具备下列三个基本要素：电磁干扰源：指产生电磁干扰的任何元器件、设备或自然现象。耦合途径：指将电磁干扰能量传输到受干扰设备的通路或媒介。敏感设备：指受到电磁干扰影响，或者说对电磁干扰发生响应的设备。1.噪声的来源与传输(1)人为因素，数字电路的开关过程，高频无线电信号的发射，继电器、开关的动作、电机的旋转、汽车火花的放电等。(2)来自大自然的噪声：雷电、太阳黑子爆发等。(3)电子学器件的固有噪声。热噪声。7.2.2.2噪声及抑制减小噪声的耦合1)在印制电路板上按频率和电流开关特性分区，噪声元件与非噪声元件要离得远一些。2)对特殊高速逻辑电路部
5、分用地线圈起来。3)模拟电压输入线、参考电压端要尽量远离数字电路信号线，特别是时钟线。4)对A/D类器件，数字部分与模拟部分宁可绕一下也不要交叉。1.干扰的方式共模干扰是指电源线对大地，或中线对大地之间的电位差。对于三相电路来说，共模干扰存在于任何一相与大地之间。共模干扰有时也称为纵模干扰、不对称干扰或接地干扰，这是载流导体与大地之间的电位差，如图7-2a所示。差模干扰存在于电源相线与中线之间。对三相电路来说，还存在于相线与相线之间。差模干扰有时也称为串模干扰、常模干扰、横模干扰或对称干扰，这是载流导体之间的电位差。如图7-2b所示。差模干扰提示了干扰是源于同一条电源电路当中，而共模干扰则提示了干扰是由辐射或串扰耦合到电路中来的。区分是哪一种干扰模式，然后才能对症下药，采取不同的抗干扰措施。7.2.2.3电源线上的干扰及抑制方法2.电源干扰抑制技术 干扰进入单片微机应用系统的途径一般有三种:电磁耦合；电容耦合；直接进入。对应用系统来说，来自电源线的干扰是瞬态干扰、尖脉冲干扰等。常用的电源干扰抑制设备和产品有瞬变干扰吸收器、电源线滤波器、隔离变压器等。