ENCYCLOPEDIA VỀ ĐIỆN TỬ TRUYỀN THANH VÀ KỸ THUẬT ĐIỆN Tại sao một số bộ vi điều khiển lại đáng tin cậy hơn những bộ vi điều khiển khác. Bách khoa toàn thư về điện tử vô tuyến và kỹ thuật điện Bách khoa toàn thư về điện tử vô tuyến và kỹ thuật điện / Bộ vi điều khiển Trong bài viết, tác giả xem xét một số khía cạnh mà các nhà phát triển cần lưu ý khi lựa chọn một bộ vi điều khiển cho các ứng dụng đáp ứng các yêu cầu về độ tin cậy và an toàn cao. Theo bản chất của hoạt động chuyên nghiệp của mình trong công ty phân phối "Eltech" LLC, tác giả phải thảo luận về các vấn đề phát triển thiết bị với nhiều nhà sản xuất điện tử trong nước. Trong các cuộc thảo luận này, hóa ra các nhà phát triển Nga sử dụng bộ vi điều khiển từ tất cả các nhà sản xuất có mặt trên thị trường điện tử để giải quyết vấn đề của họ. Đối với một số nhà sản xuất, bộ vi điều khiển có thiết kế được gọi là "thương mại" khá phù hợp. Nhưng có những nhà sản xuất mà một trong những tiêu chí quan trọng nhất để lựa chọn linh kiện điện tử là độ tin cậy của nó. Trước hết, đây là những chuyên gia làm việc trong lĩnh vực sản xuất thiết bị y tế, thiết bị thang máy, điện tử ô tô. Thí nghiệm Năm 2006, Mikhail Cherepanov, nhà phát triển của công ty Svey, đã nộp đơn vào công ty chúng tôi (Svey là nhà sản xuất thiết bị điện tử công nghiệp của Nga). Đây là nội dung bức thư của anh ấy: "Câu chuyện bắt đầu với những lời phàn nàn từ khách hàng rằng các bộ số hóa của chúng tôi (được xây dựng trên MSP430F148IPM) liên tục "đóng băng" và không phản hồi các yêu cầu cho đến khi chúng được thiết lập lại bằng cách tháo và cấp lại điện áp nguồn. Đã có ý kiến cho rằng hiện tượng "treo" là do nhiễu xung (hiện tượng này thường xảy ra ở các trạm biến áp điện). Để tái tạo tình huống, tôi đã tạo một bộ tạo tiếng ồn (Hình 1).
Do thử nghiệm, bộ chuyển đổi của chúng tôi đã được sửa đổi như sau:
Sau đó, các vụ va chạm không xảy ra nữa. Sau đó, các sản phẩm của chúng tôi đã vượt qua thành công các bài kiểm tra EMC (đối với các sản phẩm phải công bố hợp quy bắt buộc) theo:
Đối với bản thân tôi, tôi đã xác định các yêu cầu tối thiểu cho bộ vi điều khiển được sử dụng: 1) Kiểm tra bộ tạo nhiễu.
Vì vậy, khách hàng của chúng tôi đã yêu cầu giúp đỡ chọn một bộ vi điều khiển có khả năng chống lại trường điện từ mạnh. Chúng tôi đã đề xuất các thiết bị NEC biết rằng các bộ vi điều khiển này được sử dụng rộng rãi trong điện tử ô tô, nơi môi trường điện từ rất khó khăn. Một số bộ dụng cụ đánh giá đã được trình bày. Sau đó, khách hàng nói rằng anh ta muốn kiểm tra chúng bằng máy phát tia lửa điện. Thành thật mà nói, chúng tôi hơi lo lắng về việc các bài kiểm tra này sẽ vượt qua như thế nào, nhưng những điều kiện như vậy khá phù hợp với các tình huống ô tô thực tế khi xảy ra sự cố đứt dây điện cao thế. Trong trường hợp này, các thiết bị điện tử sẽ tiếp tục hoạt động bình thường. Phương pháp kiểm tra này khá thô vì bộ công cụ đánh giá không được thiết kế cho các kiểm tra như vậy. Chúng tôi hiểu rằng có một số rủi ro nhất định trong thử nghiệm này và có lẽ những "người đánh giá" của chúng tôi thậm chí có thể thất bại sau một thử nghiệm như vậy. Tuy nhiên, có đủ kinh nghiệm với các thiết bị này và có tính đến trải nghiệm của khách hàng, chúng tôi quyết định rằng chúng được sản xuất đúng cách và sẽ hoạt động như mong đợi. Chúng tôi đã cung cấp hai bộ công cụ đánh giá:
Việc phóng tia lửa điện được thực hiện gần với bộ dụng cụ đánh giá. Quá trình thử nghiệm được thể hiện bằng sơ đồ trong Hình. 2.
Cả hai bộ dụng cụ đánh giá đều hoạt động hoàn hảo, ngay cả khi tia lửa cách xa gần 5 cm.Khách hàng báo cáo rằng anh ta đã thử nghiệm hơn 10 bộ dụng cụ đánh giá khác nhau theo cách này. Chúng tôi đã yêu cầu anh ấy cung cấp kết quả của những thí nghiệm này. Hơn nữa, chúng sẽ được đưa ra mà không có bình luận, "nguyên trạng". Sau một thời gian, khách hàng đã tiến hành một thí nghiệm khác, có thể nói là "man rợ" hơn. Tuy nhiên, kết quả của anh ấy cũng rất thú vị. Anh ta chạm tay vào các cực của một bộ dao động thạch anh đang hoạt động. Trong những điều kiện như vậy, trong số tất cả các bộ vi điều khiển được liệt kê được tạo xung nhịp từ một bộ tạo bên ngoài, chỉ có một bộ hoạt động - uPD70F3707 (NEC). Tuy nhiên, công bằng mà nói, cần lưu ý rằng khi chạm vào, chương trình demo đã làm chậm đáng kể tốc độ thực hiện của nó. Lý do cho "hành vi" này của vi điều khiển uPD70F3707 sẽ được giải thích sau. Hãy thử tìm hiểu tại sao dòng V850ES/HG2 (thuộc bộ vi điều khiển uPD70F3707) lại "bền bỉ" đến vậy. Nếu bạn xem xét cẩn thận một số nút ngoại vi, thì mọi thứ sẽ dần đâu vào đấy. Bộ đếm thời gian giám sát và bộ tạo đồng hồ Các sự cố mà khách hàng của chúng tôi gặp phải là do khi tiếp xúc với nhiễu điện từ mạnh, quá trình tạo bộ tạo dao động tinh thể có thể bị gián đoạn và do bộ định thời giám sát trong bộ vi điều khiển MSP430F148 được tạo xung nhịp từ cùng một bộ tạo dao động tham chiếu, khi bộ tạo dao động tham chiếu bị dừng, bộ định thời giám sát không thể "đánh thức" bộ vi điều khiển được nữa [1]. Để ngăn chặn tình trạng này, trong tất cả các bộ vi điều khiển của NEC, bộ đếm thời gian theo dõi được tạo xung nhịp từ một bộ tạo dao động vòng bên trong riêng biệt. Bộ tạo vòng là một số lẻ bộ biến tần được kết nối trong một vòng sao cho đầu ra của một bộ biến tần đi đến đầu vào của bộ biến tần tiếp theo. Thực tế không thể làm gián đoạn quá trình tạo máy tạo vòng. Cần lưu ý rằng trong tất cả các bộ vi điều khiển thuộc họ NEC V850, lõi bộ xử lý được khởi động từ bộ tạo dao động vòng tích hợp bổ sung và chỉ sau khi đảm bảo rằng bộ tạo dao động tinh thể đã khởi động, bạn mới có thể chuyển đồng hồ sang "thạch anh". Màn hình đồng hồ (Đồng hồ Màn Hình) Màn hình đồng hồ theo dõi quá trình tạo bộ tạo dao động đồng hồ bằng bộ tạo dao động tinh thể bên ngoài. Nếu quá trình tạo không thành công, tín hiệu đặt lại bên trong RESCLM sẽ được tạo và cờ RESF.CLMRF [2] được đặt. Sau khi rời khỏi chế độ đặt lại, bộ vi điều khiển sẽ phân tích cờ này và "hiểu" rằng có vấn đề với bộ tạo xung nhịp bên ngoài, sau đó lõi được khởi động từ một trong các bộ tạo xung nhịp bên trong. Tùy thuộc vào họ, có thể có 1 hoặc 2 bộ tạo dao động, nhưng theo quy luật, tần số của chúng luôn nhỏ hơn tần số của bộ tạo dao động sử dụng bộ cộng hưởng bên ngoài. Đó là lý do tại sao, sau khi bị một ngón tay chạm vào, bộ vi điều khiển uPD70F3707 vẫn tiếp tục hoạt động, nhưng đã "chậm" hơn rất nhiều, đó là tuyên bố của Mikhail Cherepanov từ công ty Sway. Điều thú vị là, ở mức độ này hay mức độ khác, thiết bị này được triển khai trong các bộ vi điều khiển khác. Tuy nhiên, nếu đồng hồ được sử dụng được đặt trong quá trình lập trình FLASH và không thể thay đổi bằng phần mềm, thì kịch bản khởi động bộ tạo dao động nội thay thế được mô tả ở trên không thể thực hiện được. Ngoài dòng V850ES/Hx2, các dòng được thiết kế đặc biệt cho các ứng dụng điều khiển động cơ (V850E/IA3, IA4, IF3, IG3; V850ES/IK1, IE2), cho bảng điều khiển ô tô (V850E/Dx3), cho thiết bị điện tử tích hợp CAN (V850ES/Sx2, Sx2-H, Sx3, Fx2, Fx3, Fx3-L), cũng như V850ES/Kx1+, Jx2, Jx3, Jx3-L, Hx2 và Hx3. Cần lưu ý rằng trong một số bộ vi điều khiển khác (thường là 8 và 16 bit), các kỹ sư của NEC sử dụng bộ đếm thời gian theo dõi cửa sổ thay vì màn hình đồng hồ. Nó có nguyên lý hoạt động hoàn toàn khác, tuy nhiên thiết bị ngoại vi này có thể được sử dụng cho cùng một mục đích như màn hình đồng hồ, nghĩa là nó có thể theo dõi sự biến mất của đồng hồ dao động tham chiếu "bên ngoài" và cho phép bộ vi điều khiển chuyển sang bên trong. dao động. Tách đường ray điện Tất cả các bộ vi điều khiển NEC 32 bit đã đề cập trước đó và nhiều bộ vi điều khiển 8 bit đều có đường ray nguồn riêng cho các thiết bị ngoại vi bên trong, lõi bộ xử lý và mạch cổng I/O. Trên hình. Hình 3 và 4 biểu thị sơ đồ sự tách biệt như vậy.
Với việc tách rời đúng cách giữa bus nguồn lõi và các cổng I/O, tiếng ồn gây ra trên các cổng I/O không đi vào các mạch nguồn ngoại vi và lõi, đồng thời cải thiện khả năng miễn nhiễm điện từ (EMS). Vì vậy, ví dụ, cả hai danh sách (Bảng 1, 2) đều bao gồm các bộ vi điều khiển có lõi AWP. Bảng 1. Bộ dụng cụ đánh giá hoạt động hoàn hảo trong quá trình thử nghiệm
Bảng 2. Bộ công cụ đánh giá có lỗi chương trình thử nghiệm khi thử nghiệm
Bộ vi điều khiển ADUC7026BSTZ62 hoạt động trơn tru, trong khi bộ vi điều khiển có lõi APM từ NXP (LPC2148) bị đưa vào "danh sách đen". Nếu kiểm tra mạch nguồn của lõi, thiết bị ngoại vi và cổng I/O, chúng ta có thể thấy rằng bộ vi điều khiển từ Analog Devices, cũng "đứng" trước tia lửa [3], có cấu trúc nguồn tương tự như V850ES/Hx2 từ NEC. Cụ thể, các bus nguồn tách rời cho lõi và cổng I / O (Hình 5, 6).
Khi tạo LPC2148FBD64 [4], các kỹ sư của NXP chỉ giới hạn ở việc tách các mạch nguồn analog và kỹ thuật số (Hình 7).
Ngay cả những bộ vi điều khiển được quảng cáo cho các ứng dụng ô tô như AT90CAN32/64/128; ATmega164P/324P/644P và ATmega32M1/64M1/32C1/64C1, không cung cấp sự tách biệt giữa đường ray nguồn cổng I/O và đường ray nguồn lõi. Do đó, khả năng hỏng hóc do nhiễu gây ra dọc theo các mạch I/O trong các ứng dụng quan trọng tăng lên. Bộ vi điều khiển MSP430F148, được sử dụng trong quá trình phát triển do Mikhail mô tả, cũng không có sự tách biệt giữa đường ray nguồn lõi và cổng I / O. Bạn cũng có thể nhớ lại một nhà sản xuất chip rất nổi tiếng khác - Microchip. Không có nghiên cứu nào được thực hiện với các bộ vi điều khiển từ nhà sản xuất này, tuy nhiên, nếu bạn nhìn chúng từ quan điểm tách các bus nguồn, thì theo một nghĩa nào đó, khái niệm tách cổng I/O và thiết bị ngoại vi được triển khai trong PIC24FJ64GA /128GA/256GA gia đình. Trên hình. 8 cho thấy các mạch nguồn của lõi VDDCORE và các cổng I/O của VDD được tách biệt. Tuy nhiên, dây chung VSS vẫn không được cách ly về mặt điện cho hai mạch nguồn này. Theo ước tính sơ bộ, khả năng chống nhiễu của các bộ vi điều khiển này sẽ thấp hơn so với ADUC7026 của ADI hoặc V850 của NEC.
Bộ tạo đồng hồ trải phổ (SSCĐ) Cũng cần chú ý đến khả năng sử dụng bộ tạo đồng hồ trải phổ. Một máy phát điện như vậy có dao động điều chế tần số. "Đỉnh" của đặc tính đáp ứng tần số của máy phát dao động điều hòa, dưới tác động của điều tần, bị "bôi nhọ" và biến thành "kệ". Có thể thay đổi độ sâu và chu kỳ điều chế tần số của tín hiệu SSCG. Các bộ vi điều khiển thuộc họ V850E / ME2, Dx3, V850ES / Hx3, Fx3, V850E2 / ME3 của NEC được trang bị một bộ tạo như vậy. Ứng dụng của nó cho phép giảm hơn 10 dB phát xạ điện từ (EME) do máy phát phát ra và do đó, giảm độ nhạy đối với nhiễu điện từ bên ngoài (EMS) ở tần số của máy phát đồng hồ (Hình 9).
Ứng dụng của mạch PLL Một cách khác để giảm EMS là sử dụng bộ tổng hợp tần số dựa trên PLL. Trên hình. Hình 10 cho thấy các tín hiệu tần số cao giả tạo ra ở các cực của bộ cộng hưởng thạch anh được lọc khi đi qua bộ lọc thông thấp của PLL. Trên hình. Hình 11 cho thấy dữ liệu cho phép bạn đánh giá mức độ EMS của bộ vi điều khiển được cải thiện khi sử dụng PLL.
Cung cấp hiệu điện thế Có thể chỉ ra rằng điện áp cung cấp càng cao thì khả năng chống nhiễu của mạch vi xử lý càng cao. Cũng đúng là điện áp cung cấp càng thấp thì vi điều khiển sẽ càng ít "nhiễu". Vì vậy, LPC2129 [5] từ NXP và AT91SAM7S128 [6] từ Atmel, nằm trong "danh sách đen", có sự tách rời cần thiết của bus nguồn lõi và bus nguồn cổng I/O. Tuy nhiên, điện áp cung cấp lõi quá thấp (1,8 V) ảnh hưởng xấu đến khả năng chống nhiễu của bộ vi điều khiển này. Đôi khi cần phải "liên kết" logic 3 và 5 volt. Trong trường hợp này, khả năng chịu đựng của các cổng đầu vào/đầu ra đối với các mức tín hiệu logic khác nhau, nghĩa là khả năng của vi điều khiển hỗ trợ các điện áp khác nhau của các cổng đầu vào/đầu ra với điện áp cung cấp không đổi của lõi vi điều khiển và các thiết bị ngoại vi [7 ] (Hình 12).
Hỗ trợ của nhà sản xuất chip có thể bao gồm các tài nguyên như đề xuất định tuyến PCB, phân tích của nhà sản xuất chip về khu vực PCB liên quan đến định tuyến vi điều khiển và các thành phần bổ sung có đề xuất cải thiện khả năng tương thích điện từ (EMC) (Hình 13), tài liệu về bức xạ điện từ (EME) của vi điều khiển [8] (cung cấp theo yêu cầu từ nhà phân phối). Trên hình. Hình 14 cho thấy phòng thí nghiệm của NEC để tiến hành nghiên cứu về EMC [8]. Điểm đặc biệt của nó là nó phải được đặt ở vùng núi cao, cách xa các nguồn bức xạ điện từ.
Hỗ trợ nhà phân phối bao gồm cung cấp mẫu và bộ dụng cụ đánh giá để thử nghiệm, hỗ trợ kỹ thuật và các dịch vụ khác. Trong một số trường hợp, như đã trình bày ở trên, nhà phân phối chấp nhận rủi ro để dự án được triển khai. Theo quy luật, công việc "dày đặc" hơn với nhà phân phối luôn có lợi cho nhà phát triển và nhà sản xuất cuối cùng. Bảng 3 liệt kê một số họ vi điều khiển NEC được khuyến nghị sử dụng trong các ứng dụng có yêu cầu cao về độ tin cậy và một số đặc điểm cho phép bạn đánh giá mức độ tin cậy của một thiết bị được xây dựng trên các bộ vi điều khiển này. Bảng 3. Các thông số ảnh hưởng đến độ tin cậy của một số họ vi điều khiển NEC Electronics
Kết luận Các khía cạnh chính liên quan đến việc lựa chọn bộ vi điều khiển cho các ứng dụng chịu trách nhiệm được xem xét. Các thử nghiệm được thực hiện theo một phương pháp khá "khắc nghiệt" được đưa ra trong bài báo cho phép người đọc giải quyết vấn đề chọn bộ vi điều khiển cho ứng dụng của mình, có tính đến các yêu cầu về độ tin cậy của thiết bị đang được phát triển, cũng như dịch vụ nhận được cả trong quá trình phát triển và ở tất cả các giai đoạn sản xuất tiếp theo. Trong một trong những bước phát triển mới của mình, công ty Sway đã sử dụng bộ vi điều khiển 8 bit UPD78F9212GR do NEC Electronics sản xuất. Văn chương 1 focus.ti.com/lit/ds/symlink/msp430f148.pdf
Tác giả: Gennady Goryunov, gennady.gr@eltech.spb.ru; Xuất bản: cxem.net Xem các bài viết khác razdela Bộ vi điều khiển. Đọc và viết hữu ích bình luận về bài viết này. Tin tức khoa học công nghệ, điện tử mới nhất: Máy tỉa hoa trong vườn
02.05.2024 Kính hiển vi hồng ngoại tiên tiến
02.05.2024 Bẫy không khí cho côn trùng
01.05.2024
Tin tức thú vị khác: ▪ Lưu trữ năng lượng trong vi mạch ▪ Mean Well's Ngân sách mỏng Nguồn cung cấp điện DIN Rail ▪ Khảo sát cấu trúc của benzen ▪ Bo mạch chủ ASRock Rack TRX40D8-2N2T Nguồn cấp tin tức khoa học và công nghệ, điện tử mới
Tài liệu thú vị của Thư viện kỹ thuật miễn phí: ▪ phần của trang web Thông số của các thành phần vô tuyến. Lựa chọn các bài viết ▪ Bài Xuân! Khung đầu tiên được hiển thị. biểu hiện phổ biến ▪ bài viết Liên hợp quốc là gì? đáp án chi tiết ▪ bài báo Đầm lầy Sabelnik. Truyền thuyết, canh tác, phương pháp áp dụng ▪ bài viết Máy thu bỏ túi để câu cá. Bách khoa toàn thư về điện tử vô tuyến và kỹ thuật điện
Để lại bình luận của bạn về bài viết này: Tất cả các ngôn ngữ của trang này Trang chủ | Thư viện | bài viết | Sơ đồ trang web | Đánh giá trang web www.diagram.com.ua |