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单片机实现蓝牙功能

  下面的文字只是关于蓝芽技术的调制算法方面,我认为只需要将蓝芽模块加在单片机上就可以了,而不必通过单片机编程来实现具体的算法,只需要编写使两个模块的接口就可以,也就是单片机发送信号时的激励程序,接受外来信号后的处理程序。置于其余就由作为硬件设备的蓝芽来自行处理。不过我并不确定,我会查查看的.

  蓝牙技术是用于替代电缆或连线的短距离无线通信技术。它需要把数字信号转换成模拟信号以便在空间中传输,它采用的调制方式是高斯频移键控,以下简称GFSK, 要了解GFSK,就要先说说频移键控的原理,以下简称 FSKFSK: 简单的讲,就是用不同的频率来调制不同的码元,比如说二进制,有0和1 两种码元,那么我就需要两个频率f1和f2来调制数字0和1,在接受端根据频率f1代表数字0,频率f2代表数字1的道理把模拟信号还原为数字信号。

  GFSK:就是在进行FSK 调制之前,将原始信号通过一个高斯低通滤波器来限制信号的频谱宽度,这样一来可以获得更加紧凑的频谱,也就是过滤掉高频的信号,但是保留了足够的频带能量以便在收端成功恢复信号。高斯低通滤波器限制了带宽,对基带信号进行了整形,形成高斯脉冲信号。下面说下加入高斯低通滤波器的好处。

  假设我用-1来代表该信号频谱覆盖范围里最低的频率成分;用1来代表该信号频谱覆盖范围里最高的频率成分。一旦信号从-1跳变到1,或者从1跳变到 -1的时候,那么被调制的信号的波形变换太快了,很有可能会导致在原始信号的频率范围里出现新的频率成分,那么我们的信号就已经失真了,这是我们最不想看到的结果。而这正是FSK的一个隐忧。高斯低通滤波器使得信号变得平滑,同样的从-1到1,因为滤波器限制了带宽,于是实际效果是 -1,-98,-93,--- 96,99,1那么用这些变化平滑的数字脉冲信号去调制载波,就会减少上述出现的多余频率成分的现象。

  那么为什么在蓝牙技术中采用了GFSK而不是FSK?因FSK技术对于信号的频谱宽度没有什么限制,频率间的范围可能很大,导致跳变实在太快,这样就造成了失真的可能和频谱的利用率不高(这句话是我从一英文网上看到的,不过现在还不明白),而蓝牙传输的频谱并不大,所以采用GFSK技术。还有,有限的带宽可以节省电流,那么对于手机和单片机的寿命是有好处的。

  我认为不必深究高斯低通滤波的原理,因为该滤波器是一个硬件设备,作为组件是直接加在蓝芽模块之中的。如果真的要对算法进行编程,那么我们就只需要对滤波器里出来的信号进行处理,也就是如何用程序来表示FSK算法。

  下面我结合具体的蓝芽模块来说下GFSK调制在其中的应用蓝芽的载波选用全球公用的2.4GHz实际射频通道为f=2402 k×1mhz,k=0,1,2,…,78 共79个频带,并采用跳频方式来扩展频带,跳频速率为1600跳/s。可得到79个1mhz带宽的信道。蓝牙设备采用gfsk调制技术,通信速率为1mbit/s,实际有效速率最高可达721kbit/s,通信距离为10m,发射功率为1mw;当发射功率为 100mw时,通信距离可达100m对于短距离的数据传输,当前最普遍的传输方法是有线传输、红外传输和蓝牙传输。有线传输是较为传统的数据传输方法,需要传输电缆。当设备为移动设备或设备数目较多时这将带来很大的不便;红外传输经常受到温度、辐射等干扰,且无法穿过实体进行传输;使用蓝牙技术可以很好地摒弃这两个缺点,但目前蓝牙技术一般被用于高端的电子设备中。对于低端的电子设备,如何使用蓝牙技术还是一个有待解决的问题。针对这个问题,单片机学习网设计了一个基于蓝牙技术和单片机的数据传输系统,为嵌入式电子厂商提供一种技术参考.

  1 系统的整体架构

  该系统由键盘、单片机、LED显示器、固化了电缆通信协议(RFCOMM)的蓝牙模块和PC机组成。

  2 系统的工作原理

  系统的核心是单片机和蓝牙模块。系统上电后,单片机初始化自身和所有外围接口,蓝牙模块主动寻找其它设备并自动建立连接,然后系统进入就绪等待状态。按照数据传输方向,可以把系统分为发送和接收两个子系统。

  对于发送子系统,单片机接收由键盘传来的键值,按照一定的协议规则对其进行转换,再显示到显示器上。同时,单片机调用自身的键值分析程序,分析用户要输入数据还是要发送数据。在输入状态下,单片机记下用户所输入的每一个数据并将其打包、存储,直到用户按下“发送”键。此时单片机转变为发送状态,控制蓝牙模块将刚才存储的数据发送出去。

  对于接收子系统,单片机按照事先约定的协议接收从蓝牙模块传来的数据,直到遇到数据结束符。而后单片机对数据进行分析、解包,并将其显示在显示器上为了增强可操作性,本数据传输系统考虑了单片机和PC机两种情况。每一个子系统既可以使用单片机和蓝牙模块接口,也可以使用PC机和蓝牙模块接口。采用这样的技术后,不仅单片机之间可以互传数据,而且单片机还可以和PC机互传数据。

  3 系统的程序设计

  单片机上电后,首先要初始化自身。在本系统中,使用了键盘扫描和LED显示接口芯片8279。因此在主程序中还要对8279进行初始化:
COM8279 = 0xd1; //总清除

COM8279 = 0x00; //8*8字符显示,左边输入,编码扫描键盘, 双键封锁
COM8279 = 0x50; //读FIFO RAM命令
COM8279 = 0x90; //写显示RAM(数码管选择)

之后,可以把程序分为接收、发送和显示三个主要部分。

  3.1 接收部分

  系统采用查询的方法采集蓝牙模块传送过来的串行数据。对键盘的按键值进行设定由个人的习惯来进行设定。以C语言的形式的伪代码来表示,接收函数的伪代码如下:

void RcvData(void){
while(DataReceivingNotDone){
ReceiveNextBit;
}
}

  3.2 发送部分

  键盘数据经过处理后,转化为串行数据发送到蓝牙模块,再由蓝牙模块发送出去。发送函数的C语言形式的伪代码为:

void SendData(void){
if( KeyValue < 10 ){ //如果数据是一位数
SendOneByte(); //发送这一位
}
else{ //如果数据是两位数
SendTwoBytes(); //分成两位发送,先发送高位再发送低位
}
}

3.3 显示部分

系统中使用的是八位LED显示,通过控制显示的接口芯片8279,可以控制LED显示的内容。显示函数如下:

void DispLong(unsigned int dat,unsigned char addr){
COM8279 = 0x90 + addr;
DAT8279 = disp_tab[0];
COM8279 = 0x90 + addr;
while(dat){
DAT8279 = disp_tab[dat % 10];
dat /= 10;
}
}

  4 结束语

  短距离通信的发展趋势是无线通信。蓝牙技术在当前已经应用得比较普遍,但是这种应用往往局限于高端的电子产品中。本文的设计采用低成本的单片机来和蓝牙模块进行技术集成,使得蓝牙技术也可以应用在低端电子产品中。如果您有需要可以与51hei.com联系,本文所设计的数据传输系统在实际中运行良好,可以为嵌入式电子厂商提供一种技术参考。

通过单片机编程实现蓝牙技术在低端电子产品中的应用

下面的文字只是关于蓝芽技术的调制算法方面,我认为只需要将蓝芽模块加在单片机上就可以了,而不必通过单片机编程来实现具体的算法,只需要编写使两个模块的接口就可以,也就是单片机发送信号时的激励程序,接受外来信号后的处理程序。置于其余就由作为硬件设备的蓝芽来自行处理。不过我并不确定,我会查查看的.

蓝牙技术是用于替代电缆或连线的短距离无线通信技术。它需要把数字信号转换成模拟信号以便在空间中传输,它采用的调制方式是高斯频移键控,以下简称GFSK, 要了解GFSK,就要先说说频移键控的原理,以下简称 FSK

FSK: 简单的讲,就是用不同的频率来调制不同的码元,比如说二进制,有0和1 两种码元,那么我就需要两个频率f1和f2来调制数字0和1,在接受端根据频率f1代表数字0,频率f2代表数字1的道理把模拟信号还原为数字信号。

GFSK:就是在进行FSK 调制之前,将原始信号通过一个高斯低通滤波器来限制信号的频谱宽度,这样一来可以获得更加紧凑的频谱,也就是过滤掉高频的信号,但是保留了足够的频带能量以便在收端成功恢复信号。高斯低通滤波器限制了带宽,对基带信号进行了整形,形成高斯脉冲信号。下面说下加入高斯低通滤波器的好处。

假设我用-1来代表该信号频谱覆盖范围里最低的频率成分;用1来代表该信号频谱覆盖范围里最高的频率成分。一旦信号从-1跳变到1,或者从1跳变到 -1的时候,那么被调制的信号的波形变换太快了,很有可能会导致在原始信号的频率范围里出现新的频率成分,那么我们的信号就已经失真了,这是我们最不想看到的结果。而这正是FSK的一个隐忧。高斯低通滤波器使得信号变得平滑,同样的从-1到1,因为滤波器限制了带宽,于是实际效果是 -1,-98,-93,--- 96,99,1那么用这些变化平滑的数字脉冲信号去调制载波,就会减少上述出现的多余频率成分的现象。

那么为什么在蓝牙技术中采用了GFSK而不是FSK?因FSK技术对于信号的频谱宽度没有什么限制,频率间的范围可能很大,导致跳变实在太快,这样就造成了失真的可能和频谱的利用率不高(这句话是我从一英文网上看到的,不过现在还不明白),而蓝牙传输的频谱并不大,所以采用GFSK技术。还有,有限的带宽可以节省电流,那么对于手机和单片机的寿命是有好处的。

我认为不必深究高斯低通滤波的原理,因为该滤波器是一个硬件设备,作为组件是直接加在蓝芽模块之中的。如果真的要对算法进行编程,那么我们就只需要对滤波器里出来的信号进行处理,也就是如何用程序来表示FSK算法。

下面我结合具体的蓝芽模块来说下GFSK调制在其中的应用

蓝芽的载波选用全球公用的2.4GHz

实际射频通道为f=2402 k×1mhz,k=0,1,2,…,78 共79个频带,并采用跳频方式来扩展频带,跳频速率为1600跳/s。可得到79个1mhz带宽的信道。蓝牙设备采用gfsk调制技术,通信速率为1mbit/s,实际有效速率最高可达721kbit/s,通信距离为10m,发射功率为1mw;当发射功率为 100mw时,通信距离可达100m

对于短距离的数据传输,当前最普遍的传输方法是有线传输、红外传输和蓝牙传输。有线传输是较为传统的数据传输方法,需要传输电缆。当设备为移动设备或设备数目较多时这将带来很大的不便;红外传输经常受到温度、辐射等干扰,且无法穿过实体进行传输;使用蓝牙技术可以很好地摒弃这两个缺点,但目前蓝牙技术一般被用于高端的电子设备中。对于低端的电子设备,如何使用蓝牙技术还是一个有待解决的问题。针对这个问题,单片机学习网设计了一个基于蓝牙技术和单片机的数据传输系统,为嵌入式电子厂商提供一种技术参考.

1 系统的整体架构

该系统由键盘、单片机、LED显示器、固化了电缆通信协议(RFCOMM)的蓝牙模块和PC机组成。

2 系统的工作原理

系统的核心是单片机和蓝牙模块。系统上电后,单片机初始化自身和所有外围接口,蓝牙模块主动寻找其它设备并自动建立连接,然后系统进入就绪等待状态。按照数据传输方向,可以把系统分为发送和接收两个子系统。

对于发送子系统,单片机接收由键盘传来的键值,按照一定的协议规则对其进行转换,再显示到显示器上。同时,单片机调用自身的键值分析程序,分析用户要输入数据还是要发送数据。在输入状态下,单片机记下用户所输入的每一个数据并将其打包、存储,直到用户按下“发送”键。此时单片机转变为发送状态,控制蓝牙模块将刚才存储的数据发送出去。

对于接收子系统,单片机按照事先约定的协议接收从蓝牙模块传来的数据,直到遇到数据结束符。而后单片机对数据进行分析、解包,并将其显示在显示器上为了增强可操作性,本数据传输系统考虑了单片机和PC机两种情况。每一个子系统既可以使用单片机和蓝牙模块接口,也可以使用PC机和蓝牙模块接口。采用这样的技术后,不仅单片机之间可以互传数据,而且单片机还可以和PC机互传数据。

3 系统的程序设计

单片机上电后,首先要初始化自身。在本系统中,使用了键盘扫描和LED显示接口芯片8279。因此在主程序中还要对8279进行初始化:

COM8279 = 0xd1; //总清除

COM8279 = 0x00; //8*8字符显示,左边输入,编码扫描键盘, 双键封锁

COM8279 = 0x50; //读FIFO RAM命令

COM8279 = 0x90; //写显示RAM(数码管选择)

之后,可以把程序分为接收、发送和显示三个主要部分。

3.1 接收部分

系统采用查询的方法采集蓝牙模块传送过来的串行数据。对键盘的按键值进行设定由个人的习惯来进行设定。以C语言的形式的伪代码来表示,接收函数的伪代码如下:

void RcvData(void){

while(DataReceivingNotDone){

ReceiveNextBit;

}

}

3.2 发送部分

键盘数据经过处理后,转化为串行数据发送到蓝牙模块,再由蓝牙模块发送出去。发送函数的C语言形式的伪代码为:

void SendData(void){

if( KeyValue < 10 ){ //如果数据是一位数

SendOneByte(); //发送这一位

}

else{ //如果数据是两位数

SendTwoBytes(); //分成两位发送,先发送高位再发送低位

}

}

3.3 显示部分

系统中使用的是八位LED显示,通过控制显示的接口芯片8279,可以控制LED显示的内容。显示函数如下:

void DispLong(unsigned int dat,unsigned char addr){

COM8279 = 0x90 + addr;

DAT8279 = disp_tab[0];

COM8279 = 0x90 + addr;

while(dat){

DAT8279 = disp_tab[dat % 10];

dat /= 10;

}

}

4 结束语

短距离通信的发展趋势是无线通信。蓝牙技术在当前已经应用得比较普遍,但是这种应用往往局限于高端的电子产品中。本文的设计采用低成本的单片机来和蓝牙模块进行技术集成,使得蓝牙技术也可以应用在低端电子产品中。

单片机系统的电磁兼容性设计技巧

单片机的电磁兼容设计技巧

本文中所提到的对电磁干扰的设计我们主要从硬件和软件方面进行设计处理,下面就是从单片机的PCB设计到软件处理方面来介绍对电磁兼容性的处理。

一、影响EMC的因数

1、电压:电源电压越高,意味着电压振幅越大,发射就更多,而低电源电压影响敏感度。

2、频率:高频产生更多的发射,周期性信号产生更多的发射。在高频单片机系统中,当器件开关时产生电流尖峰信号;在模拟系统中,当负载电流变化时产生电流尖峰信号。

3、接地:在所有EMC题目中,主要题目是不适当的接地引起的。有三种信号接地方法:单点、多点和混合。在频率低于1MHz时,可采用单点接地方法,但不适宜高频;在高频应用中,最好采用多点接地。混合接地是低频用单点接地,而高频用多点接地的方法。地线布局是关键,高频数字电路和低电平模拟电路的接地电路尽不能混合。

4、PCB设计:适当的印刷电路板(PCB)布线对防止EMI是至关重要的。

5、电源往耦:当器件开关时,在电源线上会产生瞬态电流,必须衰减和滤掉这些瞬态电流。来自高di/dt源的瞬态电流导致地和线迹“发射”电压,高di/dt产生大范围的高频电流,激励部件和线缆辐射。流经导线的电流变化和电感会导致压降,减小电感或电流随时间的变化可使该压降最小。

二、对干扰措施的硬件处理方法

1、印刷线路板(PCB)的电磁兼容性设计

PCB是单片机系统中电路元件和器件的支撑件,它提供电路元件和器件之间的电气连接。随着电子技术的飞速发展,PCB的密度越来越高。PCB设计的好坏对单片机系统的电磁兼容性影响很大,实践证实,即使电路原理图设计正确,印刷电路板设计不当,也会对单片机系统的可靠性产生不利影响。例如,假如印刷电路板的两条细平行线靠的很近,会形成信号波形的延迟,在传输线的终端形成反射噪声。因此,在设计印刷电路板的时候,应留意采用正确的方法,遵守PCB设计的一般原则,并应符合抗干扰的设计要求。要使电子电路获得最佳性能,元器件的布局及导线的布设是很重要的。

2、输入/输出的电磁兼容性设计

在单片机系统中输进/输出也是干扰源的传导线,和接收射频干扰信号的拾检源,我们设计时一般要采取有效的措施:

①采用必要的共模/差模抑制电路,同时也要采取一定的滤波和防电磁屏蔽措施以减小干扰的进进。

②在条件许可的情况下尽可能采取各种隔离措施(如光电隔离或者磁电隔离),从而阻断干扰的传播。

3、单片机复位电路的设计

在单片机系统中,看门狗系统对整个单片机的运行起着特别重要的作用,由于所有的干扰源不可能全部被隔离或往除,一旦进进CPU干扰程序的正常运行,那么复位系统结合软件处理措施就成了一道有效的纠错防御的屏障了。常用的复位系统有以下两种:①外部复位系统。外部“看门狗”电路可以自己设计也可以用专门的“看门狗”芯片来搭建。然而,他们各有优缺点,大部分专用“看门狗”芯片对低频“喂狗”信号不能响应,而高频“喂狗”信号都能响应,使其在低频“喂狗”信号下产生复位动作而在高频的“喂狗”信号下不产生复位动作,这样,假如程序系统陷进一个死循环,而该循环中恰巧有着“喂狗”信号的话,那么该复位电路就无法实现它的应有的功能了。然而,我们自己可以设计一个具有带通的“喂狗”电路和其他复位电路构成的系统就是一个很有效外部监控系统了。

②现在越来越多的单片机都带有自己的片上复位系统,这样用户就可以很方便的使用其内部的复位定时器了,但是,有一些型号的单片机它的复位指令太过于简单,这样也会存在象上述死循环那样的“喂狗”指令,使其失往监控作用。有一些单片机的片上复位指令就做的比较好,一般他们把“喂狗”信号做成固定格式的多条指令依顺序来执行,假如有一定错误则该“喂狗”操纵无效,这样就大大进步了复位电路的可靠性。

4、振荡器

大部分的单片机都有一个耦合于外部晶体或陶瓷谐振器的振荡器电路。在PCB上,要求外接是电容、晶体或陶瓷谐振器的引线越短越好。RC振荡器对干扰信号有潜伏的敏感性,它能产生很短的时钟周期,因而最好选晶体或陶瓷谐振器。另外,石英晶体的外壳要接地。

5、防雷击措施

室外使用的单片机系统或从室外排挤引进室内的电源线、信号线,要考虑系统的防雷击题目。常用的防雷击器件有:气体放电管、TVS等。气体放电管是当电源的电压大于某一数值时,通常为数十V或数百V,气体击穿放电,将电源线上强冲击脉冲导进大地。TVS可以看成两个并联且方向相反的齐纳二极管,当两端电压高于某一值时导通。其特点是可以瞬态通过数百乃上千A的电流。

三、对干扰措施的软件处理方法

电磁干扰源所产生的干扰信号在一些特定的情况下(比如在一些电磁环境比较恶劣的情况下)是无法完全消除的,终极将会进进CPU处理的的核心单元,这样在一些大规模集成电路经常会受到干扰,导致不能正常工作或在错误状态下工作。特别是像RAM这种利用双稳态进行存储的器件,往往会在强干扰下发生翻转,使原来存储的“0”变为“1”,或者“1”变为“0”;一些串行传输的时序及数据会因干扰而发生改变;更严重的会破坏一些重要的数据参数等;造成的后果往往是很严重的。在这种情况下软件设计的好坏直接影响到整个系统的抗干扰能力的高低。

1、程序会由于电磁干扰大致会一下几种情况:

①程序跑飞。这种情况是最常见的干扰结果,一般来说有一个好的复位系统或软件帧测系统即可,对整个运行系统的不会产生太大的影响。

②死循环或不正常程序代码运行。当然这种死循环和不正常程序代码并非设计职员有意写进的,我们知道程序的指令是由字节组成的,有的是单字节指令而有的是多字节指令,当干扰产生后使得PC指针发生变化,从而使原来的程序代码发生了重组产生了不可猜测的可执行的程序代码,那么,这种错误是致命的,它会有可能会往修改重要的数据参数,有可能产生不可猜测的控制输出等一系列错误状态。

2、对重要参数储存的措施

一般情况下,我们可以采用错误检测与纠正来有效地减少或避免这种情况的出现。根据检错、纠错的原理,主要思想是在数据写进时,根据写进的数据天生一定位数的校验码,与相应的数据一起保存起来;当读出时,同时也将校验码读出,进行判决。假如出现一位错误则自动纠正,将正确的数据送出,并同时将改正以后的数据回写覆盖原来错误的数据;假如出现两位错误则产生中断报告,通知CPU进行异常处理。所有这一切动作都是靠软件设计自动完成的,具有实时性和自动完成的特点。通过这样的设计,能大大进步系统的抗干扰能力,从而进步系统的可靠性。

检错与纠错原理:

首先来看看检错和纠错的基本原理。进行差错控制的基本思想是在信息码组中以一定规则加进不同方式的冗余码,以便在信息读出的时候依靠多余的监视码或校码码来发现或自动纠正错误。针对误码发生的特点,即错误发生的随机性和小概任性,它几乎总是随机地影响某个字节中的某一位(bit),因此,假如能够设计自动纠正一位错误,而检查两位错误的编码方式。就可以大大进步系统的可靠性。

3、对RAM和FLASH(ROM)的检测

在编制程序时我们最好是写进一些检测程序来测试RAM和FLASH(ROM)的数据代码,看有无发生错误,一旦发生要立即纠正,纠正不了的要及时给出错误指示,以便用户往处理。

最后,我们在编制程序时加进程序冗余是不可缺少的。在一定的地方加进三条或三条以上NOP指令对程序的重组有着很有效防止作用。同时,在程序的运行状态中要引进标志数据和检测状态,从而及时发现和纠正错误产生。

单片机设计过程中如何摆脱电磁干扰?

单片机设计过程中如何摆脱电磁干扰?

对于新手来说,在单片机的电路设计中可能不会很注意电路设计中电磁干扰对设计本身的输入输出的影响,但是对于一个电子工程师来说其中的厉害关系就不言而喻了,它不仅关系了单片机在控制在中的能力和准确度,还关系到企业在行业中的竞争。

对电磁干扰的设计我们主要从硬件和软件方面进行设计处理,下面就是从单片机的PCB设计到软件处理方面来介绍对电磁兼容性的处理。

一、影响EMC的因数

1.电压

电源电压越高,意味着电压振幅越大,发射就更多,而低电源电压影响敏感度。

2.频率

高频产生更多的发射,周期性信号产生更多的发射。在高频单片机系统中,当器件开关时产生电流尖峰信号;在模拟系统中,当负载电流变化时产生电流尖峰信号。

3.接地

在所有EMC题目中,主要题目是不适当的接地引起的。有三种信号接地方法:单点、多点和混合。在频率低于1MHz时,可采用单点接地方法,但不适宜高频;在高频应用中,最好采用多点接地。混合接地是低频用单点接地,而高频用多点接地的方法。地线布局是关键,高频数字电路和低电平模拟电路的接地电路尽不能混合。

4.PCB设计

适当的印刷电路板(PCB)布线对防止EMI是至关重要的。

5.电源往耦

当器件开关时,在电源线上会产生瞬态电流,必须衰减和滤掉这些瞬态电流。来自高di/dt源的瞬态电流导致地和线迹“发射”电压,高di/dt产生大范围的高频电流,激励部件和线缆辐射。流经导线的电流变化和电感会导致压降,减小电感或电流随时间的变化可使该压降最小。

二、对干扰措施的硬件处理方法

1.印刷线路板(PCB)的电磁兼容性设计

PCB是单片机系统中电路元件和器件的支撑件,它提供电路元件和器件之间的电气连接。随着电子技术的飞速发展,PCB的密度越来越高。PCB设计的好坏对单片机系统的电磁兼容性影响很大,实践证实,即使电路原理图设计正确,印刷电路板设计不当,也会对单片机系统的可靠性产生不利影响。例如,假如印刷电路板的两条细平行线靠的很近,会形成信号波形的延迟,在传输线的终端形成反射噪声。因此,在设计印刷电路板的时候,应留意采用正确的方法,遵守PCB设计的一般原则,并应符合抗干扰的设计要求。要使电子电路获得最佳性能,元器件的布局及导线的布设是很重要的。

2.输入/输出的电磁兼容性设计

在单片机系统中输进/输出也是干扰源的传导线,和接收射频干扰信号的拾检源,我们设计时一般要采取有效的措施:

①采用必要的共模/差模抑制电路,同时也要采取一定的滤波和防电磁屏蔽措施以减小干扰的进进。

②在条件许可的情况下尽可能采取各种隔离措施(如光电隔离或者磁电隔离),从而阻断干扰的传播。

3.单片机复位电路的设计

在的单片机系统中,看门狗系统对整个单片机的运行起着特别重要的作用,由于所有的干扰源不可能全部被隔离或往除,一旦进进CPU干扰程序的正常运行,那么复位系统结合软件处理措施就成了一道有效的纠错防御的屏障了。常用的复位系统有以下两种:

①外部复位系统。外部“看门狗”电路可以自己设计也可以用专门的“看门狗”芯片来搭建。然而,他们各有优缺点,大部分专用“看门狗”芯片对低频“喂狗”信号不能响应,而高频“喂狗”信号都能响应,使其在低频“喂狗”信号下产生复位动作而在高频的“喂狗”信号下不产生复位动作,这样,假如程序系统陷进一个死循环,而该循环中恰巧有着“喂狗”信号的话,那么该复位电路就无法实现它的应有的功能了。然而,我们自己可以设计一个具有带通的“喂狗”电路和其他复位电路构成的系统就是一个很有效外部监控系统了。

②现在越来越多的单片机都带有自己的片上复位系统,这样用户就可以很方便的使用其内部的复位定时器了,但是,有一些型号的单片机它的复位指令太过于简单,这样也会存在象上述死循环那样的“喂狗”指令,使其失往监控作用。有一些单片机的片上复位指令就做的比较好,一般他们把“喂狗”信号做成固定格式的多条指令依顺序来执行,假如有一定错误则该“喂狗”操纵无效,这样就大大进步了复位电路的可靠性。

4.振荡器

大部分的单片机都有一个耦合于外部晶体或陶瓷谐振器的振荡器电路。在PCB上,要求外接是电容、晶体或陶瓷谐振器的引线越短越好。RC振荡器对干扰信号有潜伏的敏感性,它能产生很短的时钟周期,因而最好选晶体或陶瓷谐振器。另外,石英晶体的外壳要接地。

5.防雷击措施

室外使用的单片机系统或从室外排挤引进室内的电源线、信号线,要考虑系统的防雷击题目。常用的防雷击器件有:气体放电管、TVS(Transient Voltage Suppression)等。气体放电管是当电源的电压大于某一数值时,通常为数十V或数百V,气体击穿放电,将电源线上强冲击脉冲导进大地。TVS可以看成两个并联且方向相反的齐纳二极管,当两端电压高于某一值时导通。其特点是可以瞬态通过数百乃上千A的电流。

三、对干扰措施的软件处理方法

电磁干扰源所产生的干扰信号在一些特定的情况下(比如在一些电磁环境比较恶劣的情况下)是无法完全消除的,终极将会进进CPU处理的的核心单元,这样在一些大规模集成电路经常会受到干扰,导致不能正常工作或在错误状态下工作。特别是像RAM这种利用双稳态进行存储的器件,往往会在强干扰下发生翻转,使原来存储的“0”变为“1”,或者“1”变为“0”;一些串行传输的时序及数据会因干扰而发生改变;更严重的会破坏一些重要的数据参数等;造成的后果往往是很严重的。在这种情况下软件设计的好坏直接影响到整个系统的抗干扰能力的高低。

1. 程序会由于电磁干扰大致会一下几种情况:

①程序跑飞。

这种情况是最常见的干扰结果,一般来说有一个好的复位系统或软件帧测系统即可,对整个运行系统的不会产生太大的影响。

②死循环或不正常程序代码运行。

当然这种死循环和不正常程序代码并非设计职员有意写进的,我们知道程序的指令是由字节组成的,有的是单字节指令而有的是多字节指令,当干扰产生后使得PC指针发生变化,从而使原来的程序代码发生了重组产生了不可猜测的可执行的程序代码,那么,这种错误是致命的,它会有可能会往修改重要的数据参数,有可能产生不可猜测的控制输出等一系列错误状态。

2.对重要参数储存的措施

一般情况下,我们可以采用错误检测与纠正来有效地减少或避免这种情况的出现。根据检错、纠错的原理,主要思想是在数据写进时,根据写进的数据天生一定位数的校验码,与相应的数据一起保存起来;当读出时,同时也将校验码读出,进行判决。假如出现一位错误则自动纠正,将正确的数据送出,并同时将改正以后的数据回写覆盖原来错误的数据;假如出现两位错误则产生中断报告,通知CPU进行异常处理。所有这一切动作都是靠软件设计自动完成的,具有实时性和自动完成的特点。通过这样的设计,能大大进步系统的抗干扰能力,从而进步系统的可靠性。

检错与纠错原理:

首先来看看检错和纠错的基本原理。进行差错控制的基本思想是在信息码组中以一定规则加进不同方式的冗余码,以便在信息读出的时候依靠多余的监视码或校码码来发现或自动纠正错误。

针对误码发生的特点,即错误发生的随机性和小概任性,它几乎总是随机地影响某个字节中的某一位(bit),因此,假如能够设计自动纠正一位错误,而检查两位错误的编码方式。就可以大大进步系统的可靠性。

3.对RAM和FLASH(ROM)的检测

在编制程序时我们最好是写进一些检测程序来测试RAM和FLASH(ROM)的数据代码,看有无发生错误,一旦发生要立即纠正,纠正不了的要及时给出错误指示,以便用户往处理。

另外,在编制程序时加进程序冗余是不可缺少的。在一定的地方加进三条或三条以上NOP指令对程序的重组有着很有效防止作用。同时,在程序的运行状态中要引进标志数据和检测状态,从而及时发现和纠正错误产生。