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单片机系统设计的误区与对策

作者:时间:2012-02-23来源:网络收藏

双时限有两个定时器;一个为短定时器,一个为长定时器。短定时器定时为T1,长定时器定时为 T2,0T1T2;长、短公平时器的FeedDog是各自独立的。短定时器象典型那样工作,它保证一般情况下有快的反应速度;长度时器的定时T2大于CPU执行一个主循环程序的时间,并且每一个主循环才FeedDog一次,用来防止看门狗失效。

这样,当程序进入某个死循环,如果这个死循环包含短定时器FeedDog语句而不包含长定时器 FeedDog语句,那么长定时顺终将溢出,使复位。巧妙安排长定时器FeedDog语句的位置,可保证出现死机的概率根低。在水轮发电机组微机控制装置中的对比应用证明了这一点[3]。

目前几乎所有的看门狗都是依赖于CPU(依赖于CPU FeedDog)。这可以比作:一个保险设备能否起到保险作用还依赖于被它保护的对象的行为。显然,依赖于CPU的看门狗是不能保证在分之百不死机的。

在绝对不允许死机的装置中,笔者设计了一种完全不依赖于CPU的看门狗——定时复位看门狗。定时复位看门狗的主体也是一个定时器,到预定时间就发出溢出脉冲,此溢出脉冲使强行复位。定时复位看门狗不需要CPU FeedDog。

简言之,定时复位看门狗就是定时地让单片机强行复位。这样,即使装置死机,其最大死机时间也不会大于定时器定时时间。显然,只要硬件完好,这种看门狗百分之百地保证了单片机不会长时间死机。在智能电表(包括IC卡电能表、复费率电能表、多功能电能表 [4])中采用了定时复位看门狗,每1秒让CPU强行复位,迄今数十万电表运行了近五年,无一例死机报告。

必须指出,采用这种看门狗,CPU的编程要适应定时复位的环境,保证定时复位不打断那些不能打断的程序,不造成任何误动作。

2 误区之二:加电源滤波器能提高EMC性能

在单片机系统中,为了抑制(EMI),常常在交流电源进线与电源变压器之间加电磁滤波器。常用电源滤波器如图1。

图1都是双II型LC滤波器,其中C0专用于旁路差模干扰。两者的不同之处在于:图1(b)两个电容接大地。设电感的电阻为R,它们的隔频特性分别是:

当R很小时,上述两个滤波器的谐振频率分别为:

可见,它们的幅频特性相似,谐振频率不同。从滤波效果来看,两者对于降低来自交流电的差模干扰效果差不多,但是后者对于降低共模干扰效果更好。不过同,对于采用浮地方式的装置,由于电容不可能直正接到大地,所以只能用者。

设计滤波器时必须注意让谐振频率远小于干扰频率,处理不好不仅不能衰减干扰,反而放大干扰。以图 1(a)的双II型滤波器为例,如果取L=1mh,R= 1Ω,C=0.47μF(这是许多资料推荐的参数),可计算出f0=5.2kHz。而EMC测试中的快速脉冲群频率是5.0kHz(2kV)或 2.5kHz(4kV);5.0kHz刚好谐振,2.5kHz也不会被衰减,如图2虚线的示。可见,不是所有的电源滤波器都能提高EMC性能。工程中,许多装置尽管采用了成本不菲的滤波器,但EMC测试仍难过程,原因大多在此。

实际上,如果取L=30mh,R=5Ω,C=0.47μF,可计算出f0=0.95kHz,5.0kHz脉冲群幅值减为3.73%,2.5kHz脉冲群幅值衰减为16.78%。这时,电源滤波器确实提高了系统的EMC性能。图2实线是相庆的幅频特性。

3 误区之三:光偶器件隔离干扰很彻底

光偶器件是最常用的隔离干扰器件。例如现场的开关量引到测控装置后都要加光隔,以切断来自现场的传导干扰;RS485通讯口经光隔再与外部通讯线连接,防止来自外部通讯线的传导干扰。

有不少人认为:光偶器件隔离干扰很彻底,用了光偶隔离干扰就过不去了。其实,光电隔离并非万全之策。

首先,光偶器件本身只能隔离传导干扰,它隔离不断幅射、感应干扰。幅射来自空间,感应来自相邻的导体。最常见的败笔是:设计PCB时将光偶器件的输入和输出电路布在了一起,这时干扰从光偶器件是过不去了,但却很容易输入电路感应到输出电路。

其次,光偶器件隔离传导干扰的能力也只有1kV左右,1kV以上的干扰或浪涌一般是力所不的及的。比如EMC的快速脉冲群测试,施加的干扰信号幅值是2kV、4kV、8kV,光偶器件是无法隔离的。



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