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  • 嵌入式控制器的輸入端口設(shè)計(jì)分析
    單片機(jī)及嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用

        一、前言

        制造業(yè)是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)重要的支柱產(chǎn)業(yè),在第二產(chǎn)業(yè)中占據(jù)中心地位。伴隨中國(guó)加入WTO和經(jīng)濟(jì)全球化,中國(guó)正在成為世界制造業(yè)的中心。中國(guó)的制造業(yè)企業(yè)面臨日益激烈的國(guó)內(nèi)外競(jìng)爭(zhēng),如何迅速提高企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力,很重要的一點(diǎn),就是以信息化帶動(dòng)工業(yè)化,加快信息化進(jìn)程,走新型工業(yè)化道路,實(shí)現(xiàn)全社會(huì)生產(chǎn)力的跨越式發(fā)展。

        縱觀我國(guó)制造業(yè)信息化系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀,建設(shè)的重點(diǎn)普遍放在ERP管理系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)(Shop Floor Control System, SFC)兩個(gè)方面。但是,由于產(chǎn)品行銷在這一、二十年間從生產(chǎn)導(dǎo)向快速地演變成市場(chǎng)導(dǎo)向、競(jìng)爭(zhēng)導(dǎo)向,因而也對(duì)制造企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的管理和組織提出了挑戰(zhàn),僅僅依靠ERP和現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)往往無法應(yīng)付這新的局面。

        工廠制造執(zhí)行系統(tǒng)(Manufacturing Execution System, MES)恰好能填補(bǔ)這一空白。工廠制造執(zhí)行系統(tǒng)MES是近10年來在國(guó)際上迅速發(fā)展、面向車間層的生產(chǎn)管理技術(shù)與實(shí)時(shí)信息系統(tǒng)。MES可以為用戶提供一個(gè)快速反應(yīng)、有彈性、精細(xì)化的制造業(yè)環(huán)境,幫助企業(yè)減低成本、按期交貨、提高產(chǎn)品的質(zhì)量和提高服務(wù)質(zhì)量。適用于不同行業(yè)(家電、汽車、半導(dǎo)體、通訊、IT、醫(yī)藥),能夠?qū)我坏拇笈可a(chǎn)和既有多品種小批量生產(chǎn)又有大批量生產(chǎn)的混合型制造企業(yè)提供良好的企業(yè)信息管理。目前國(guó)外知名企業(yè)應(yīng)用MES系統(tǒng)已經(jīng)成為普遍現(xiàn)象,國(guó)內(nèi)許多企業(yè)也逐漸開始采用這項(xiàng)技術(shù)來增強(qiáng)自身的核心競(jìng)爭(zhēng)力。

        1制造執(zhí)行系統(tǒng)MES及其功能

        MES的定義

        MES是美國(guó)管理界90年代提出的新概念。美國(guó)先進(jìn)制造研究機(jī)構(gòu)AMR(Advanced Manufacturing Research)通過對(duì)大量企業(yè)的調(diào)查發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有的企業(yè)生產(chǎn)管理系統(tǒng)普遍由以ERP/MRPII為代表的企業(yè)管理軟件,以SCADA、HMI(Human Machine Inteface)為代表的生產(chǎn)過程監(jiān)控軟件和以實(shí)現(xiàn)操作過程自動(dòng)化,支持企業(yè)全面集成的MES軟件群組成。根據(jù)調(diào)查結(jié)果,AMR于1992年提出三層企業(yè)集成模型(如圖一)。 
     

    amr的三層企業(yè)集成模型


        MESA International (MES國(guó)際聯(lián)合會(huì))是以宣傳MES思想和產(chǎn)品為宗旨的貿(mào)易聯(lián)合會(huì),它為了幫助其成員組織在企業(yè)界推廣MES制定了一系列研究、分析和開發(fā)計(jì)劃。MESA協(xié)會(huì)白皮書(MESA White Paper No.6,1997)對(duì)MES 系統(tǒng)作如下之定義:

    •MES 系統(tǒng)在產(chǎn)品從工票發(fā)出到成品、半成品產(chǎn)出的過程中,扮演生產(chǎn)活動(dòng)最佳化的信息傳遞者。
    •當(dāng)事件發(fā)生變異時(shí),借著實(shí)時(shí)正確的信息、生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)規(guī)范、原始工作情況、資料反應(yīng)及回饋,作出快速的響應(yīng)以減少無附加價(jià)值之生產(chǎn)活動(dòng),提升工廠生產(chǎn)的效率。
    •MES 改善生產(chǎn)條件及準(zhǔn)時(shí)出貨、庫(kù)存周轉(zhuǎn)、生產(chǎn)毛利及現(xiàn)金流量效益,MES 并且也在企業(yè)與供應(yīng)鏈之間提供一個(gè)雙向的生產(chǎn)信息流。

        MESA協(xié)會(huì)白皮書(MESA White Paper No.3,1997)中提出說明企業(yè)資源規(guī)劃(ERP)、MES與控制系統(tǒng)間的作業(yè)互動(dòng)與信息流模式,如圖二所示。 
     

    mes在工廠中的數(shù)據(jù)流


        圖中左邊ERP等系統(tǒng)需隨時(shí)注意產(chǎn)品庫(kù)存量、客戶訂單狀況與材料需求,然后將這些信息傳送至MES,由執(zhí)行系統(tǒng)進(jìn)行生產(chǎn)或安排庫(kù)存以滿足客戶訂單需求。對(duì)MES而言,這一層就是生產(chǎn)的計(jì)劃層。
    中間部分為MES系統(tǒng),負(fù)責(zé)完成產(chǎn)品制造工作,產(chǎn)品的規(guī)格、型號(hào)、參數(shù)等相關(guān)資料儲(chǔ)存于此系統(tǒng)中,MES將此產(chǎn)品相關(guān)資料轉(zhuǎn)化為作業(yè)程序提供給控制系統(tǒng)之作業(yè)人員或機(jī)器設(shè)備來使用。

        2.MES的功能

        由MES的定義可見,MES為一系列管理功能,它完全可以是各種生產(chǎn)管理的功能軟件集合。MESA通過其各成員的實(shí)踐歸納了十一個(gè)主要的MES功能模塊,包括:

    工序詳細(xì)調(diào)度
    資源分配和狀態(tài)管理
    生產(chǎn)單元分配
    過程管理
    人力資源管理
    維護(hù)管理
    質(zhì)量管理
    文檔控制
    產(chǎn)品跟蹤和產(chǎn)品清單管理
    性能分析和數(shù)據(jù)采集

        MES的各功能模型與企業(yè)其它信息化系統(tǒng)的關(guān)系如圖三所示。實(shí)際的MES產(chǎn)品可能同時(shí)包含了其中一個(gè)或幾個(gè)功能模塊。

        二、XX股份制冷車間MES系統(tǒng)的需求分析

        XX制冷機(jī)廠的生產(chǎn)管理系統(tǒng)已經(jīng)運(yùn)行將近兩年時(shí)間,相關(guān)的生產(chǎn)計(jì)劃系統(tǒng)、倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)、采購(gòu)系統(tǒng)等已經(jīng)完成。目前已經(jīng)到了建立MES系統(tǒng)的時(shí)候。建立企業(yè)的MES可以解決企業(yè)目前存在的以下問題:

    1.分廠管理人員,無法及時(shí)知道車間目前的加工狀況;分廠的管理無法做到實(shí)時(shí)控制;
    2.無法及時(shí)統(tǒng)計(jì)生產(chǎn)線每一臺(tái)設(shè)備的加工情況:待加工件、正加工件、已完成件等信息;
    3.無法及時(shí)統(tǒng)計(jì)車間的設(shè)備利用率,設(shè)備空轉(zhuǎn)、停轉(zhuǎn)、運(yùn)行的時(shí)間,分析和統(tǒng)計(jì)形成的原因;
    4.產(chǎn)品因質(zhì)量出現(xiàn)用戶產(chǎn)品投訴的時(shí)候,能否根據(jù)產(chǎn)品號(hào)碼追溯這批產(chǎn)品的所有生產(chǎn)過程信息?能否立即查明它的:原料供應(yīng)商、操作機(jī)臺(tái)、操作人員、經(jīng)過的工序、生產(chǎn)時(shí)間日期和關(guān)鍵的工藝參數(shù)?
    5.無法及時(shí)統(tǒng)計(jì)和監(jiān)控車間每一個(gè)零件的質(zhì)量信息。對(duì)于出現(xiàn)質(zhì)量異常情況的零件,及時(shí)提供監(jiān)控和控制。
    6.同一條生產(chǎn)線需要混合組裝多種型號(hào)產(chǎn)品的時(shí)候,能否自動(dòng)校驗(yàn)和操作提示以防止工人部件裝配錯(cuò)誤、產(chǎn)品生產(chǎn)流程錯(cuò)誤、產(chǎn)品混裝和貨品交接錯(cuò)誤?
    7.不能及時(shí)統(tǒng)計(jì)分析車間加工過程中,出現(xiàn)的質(zhì)量問題,精確區(qū)分產(chǎn)品質(zhì)量的隨機(jī)波動(dòng)與異常波動(dòng),將質(zhì)量隱患消滅于萌芽之中;
    8.無法及時(shí)提供設(shè)備的運(yùn)行態(tài)勢(shì)情況;
    9.無法實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)車間的關(guān)鍵零件的運(yùn)行情況。比如機(jī)體、轉(zhuǎn)子等。
    10.無法實(shí)時(shí)監(jiān)控每一個(gè)訂單的運(yùn)行情況,并且以圖形的方式顯示出來。
    11.如何對(duì)輔料進(jìn)行分類處理,同時(shí)對(duì)每一輔料成本的分?jǐn)偡绞竭M(jìn)行定義。
    12.如何利用信息技術(shù)進(jìn)行車間的二級(jí)成本核算和成本詳細(xì)列表。

        總之,建立企業(yè)實(shí)時(shí)的MES系統(tǒng),不僅可以提高車間的管理水平,而且可以大大提高企業(yè)的管理水平。在同行業(yè)的管理水平始終處于領(lǐng)先地位。

        三、XX股份制冷機(jī)廠車間加工流程圖

        下面描述制冷機(jī)廠生產(chǎn)車間的數(shù)據(jù)流程圖: 
     

    車間加工過程流程圖

    點(diǎn)擊看原圖

    車間加工過程流程圖

     車間現(xiàn)場(chǎng)調(diào)度流程圖

    點(diǎn)擊看原圖


                                                                車間現(xiàn)場(chǎng)調(diào)度流程圖 
     
        該流程圖反應(yīng)車間主要的加工過程,這些過程有的地方需要細(xì)化。具體的功能在以后的功能描述中,均已經(jīng)體現(xiàn)。

        三、車間MES系統(tǒng)的功能描述

        MES系統(tǒng)功能很多,我們前一期的車間系統(tǒng),已經(jīng)有了許多的重疊功能。本方案將給出MES系統(tǒng)需要增加的功能。

        3.1 工藝管理系統(tǒng)的改進(jìn)

        引言

     嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心,以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ),并且軟硬件可裁剪,適用于應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。它一般由嵌入式微處理器、外圍硬件設(shè)備、嵌入式操作系統(tǒng)以及用戶的應(yīng)用程序4部分組成,用于實(shí)現(xiàn)對(duì)其他設(shè)備的控制、監(jiān)視或管理等功能。

     不管是在科研設(shè)備中還是在家用微波爐中,都可以看到嵌入式控制技術(shù)的影子,嵌入式控制技術(shù)已經(jīng)成功的應(yīng)用在各種領(lǐng)域中,并且越來越廣泛的進(jìn)入到人們的生活中。

     在控制電路的設(shè)計(jì)中,數(shù)據(jù)的輸入/輸出端口是控制器完成數(shù)據(jù)輸出和接收功能的關(guān)鍵部分,因此這一部分電路設(shè)計(jì)的好壞關(guān)系到控制器能否正常工作。

     1 數(shù)字輸入端口邏輯設(shè)計(jì)分析
     
     以控制器為中心,按照數(shù)據(jù)的流向分,控制器的端口分為數(shù)字輸入端和數(shù)字輸出端兩種,其中最簡(jiǎn)單的一種I/O形式是數(shù)字輸入。下面從最簡(jiǎn)單的數(shù)字輸入端設(shè)計(jì)來討論在輸入端口設(shè)計(jì)中遇到的實(shí)際問題和解決方法。由于控制器的數(shù)據(jù)輸入輸出引腳數(shù)量少,并且在使用時(shí)要分時(shí)復(fù)用,因此一般控制器和外部設(shè)備之間使用緩沖器或鎖存器連接。如圖1所示,緩沖器74HC244放置在處理器和外部器件之間,當(dāng)處理器要讀取連接在外部接口上的設(shè)備信號(hào)時(shí),處理器通過READ引腳使74HC244輸出引腳有效。這樣,外部設(shè)備數(shù)據(jù)就能夠通過74HC244的A0~A3和B0~B3引腳傳輸?shù)?4HC244的緩沖器中,然后被送到數(shù)據(jù)總線上,微控制器就能夠讀入設(shè)備的數(shù)據(jù)了。

              

    數(shù)字輸入端口邏輯設(shè)計(jì)分析

                       圖1

     圖1所示的接口方式適合于輸入端少的情況,而對(duì)于現(xiàn)在面向便攜式設(shè)備的SoC設(shè)計(jì),不僅要求性能高、體積小,更要求功耗低。一般而言,SoC的靜態(tài)功耗很小,而對(duì)負(fù)載電容充放電的動(dòng)態(tài)功耗很大。如果總線上掛著很多功能設(shè)備,那么會(huì)導(dǎo)致總線的電容負(fù)載很大。如果總線與片外設(shè)備聯(lián)系,那么控制器還要驅(qū)動(dòng)很長(zhǎng)的片外連線以及片外設(shè)備。如果系統(tǒng)設(shè)計(jì)有許多數(shù)字輸入端,那么采用74HC244這種輸入方案就會(huì)有些問題。這是由于74HC244三態(tài)輸出端的最小電容值為20 pF,比SoC內(nèi)部各節(jié)點(diǎn)的電容負(fù)載0.05 pF高出三個(gè)量級(jí),過多的74HC244連接會(huì)使處理器數(shù)據(jù)總線上的電容負(fù)載值比較大,使得數(shù)據(jù)總線無法接收數(shù)據(jù)。

     為了減小電容對(duì)數(shù)據(jù)輸入的影響,可以對(duì)圖1所示的方案改進(jìn)成如圖2所示的方案,采用數(shù)據(jù)選擇器來替代74HC244,比如用74HC257。74HC257輸出端的最大電容值為15 pF,比74HC244的輸出端電容稍小一些。從圖2中可以看到,采用74HC257可以使控制器的一條數(shù)據(jù)總線連接兩條輸入端,這就相當(dāng)于一條數(shù)據(jù)總線的輸入電容值只有7.5 pF。當(dāng)然,也可以采用8選1的數(shù)字邏輯電路,比如74LS138或74HC151,但是它們沒有三態(tài)功能,因此要與74HC244結(jié)合使用,來提供數(shù)字輸入功能。這樣能使處理器每條數(shù)據(jù)總線的輸入電容降為只使用74HC244時(shí)的1/8。

              

    數(shù)字輸入端口邏輯設(shè)計(jì)分析

                        圖2

     如果系統(tǒng)設(shè)計(jì)中不需要對(duì)多于數(shù)據(jù)總線數(shù)量的數(shù)字輸入端進(jìn)行同時(shí)取樣,以上的74HC244和74HC257方案就完全可以適用。如果在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,要求必須同時(shí)取樣大量的數(shù)字輸入端,就必須在電路設(shè)計(jì)中使用鎖存器來鎖存數(shù)據(jù)。在電路設(shè)計(jì)中,經(jīng)常使用的鎖存器是74HC374和74HC574,這兩種鎖存器的功能相當(dāng)。由于74HC574的輸入引腳和輸出引腳分列在集成塊的兩邊,這樣的排列使制作印刷電路板時(shí)的布線比較簡(jiǎn)單;另一方面,74HC574的輸出電容值為15 pF,這個(gè)值與74HC244的輸出電容值幾乎一樣,因此在設(shè)計(jì)中一般選用74HC574,電路連接如圖3所示,使用鎖存器可以同時(shí)取樣大量的數(shù)據(jù)輸入端。

     數(shù)據(jù)選擇器可以降低每條總線的負(fù)載電容值,而不能同時(shí)取樣數(shù)據(jù)輸入端。使用數(shù)據(jù)鎖存器,會(huì)增大數(shù)據(jù)總線的電容負(fù)載,這樣就必須在取樣數(shù)據(jù)線的數(shù)量和采用數(shù)據(jù)選擇器的數(shù)量之間找到一個(gè)恰當(dāng)?shù)狞c(diǎn)。

     圖4給出了一個(gè)較好的解決方案。在電路中,移位寄存器74HC597被級(jí)聯(lián)在一起,并且與控制器的總線相連接, 這樣可以給處理器提供大量的數(shù)字輸入引腳,同時(shí)每條總線上的電容負(fù)載值又可以達(dá)到最小。

     74HC597是移位寄存器,它有8個(gè)觸發(fā)器與輸入引腳相連,這些觸發(fā)器是邊沿觸發(fā)的輸入鎖存器;同時(shí),74HC597有另外的8個(gè)邊沿觸發(fā)的鎖存器串聯(lián)在一起,構(gòu)成移位寄存器。在圖4中,當(dāng)膠粘邏輯一個(gè)上升沿信號(hào)給RCLK時(shí),數(shù)據(jù)輸入引腳的信號(hào)被同時(shí)取樣,接下來處理器通過膠粘邏輯傳送一個(gè)信號(hào)給SRLOAD,使取樣得到的數(shù)據(jù)從輸入鎖存器移入移位寄存器。在移位寄存器內(nèi),處理器通過SRCLK使數(shù)據(jù)每一時(shí)鐘周期移動(dòng)一位,數(shù)據(jù)在READ端允許讀出時(shí),由D0引腳送到數(shù)據(jù)總線上。

     還可以對(duì)這個(gè)電路進(jìn)行簡(jiǎn)單變形,將74HC597的QH信號(hào)引腳通過一個(gè)多路緩沖器連接到每一條數(shù)據(jù)總線上,比如采用74HC244,這樣改進(jìn)后,減少了處理串行數(shù)據(jù)的時(shí)間,并且可以一次讀出。

     2 數(shù)據(jù)輸入端口保護(hù)設(shè)計(jì)分析 

     前面已經(jīng)討論了多種解決微處理器數(shù)據(jù)總線和外部設(shè)備接口的方法,下面將從實(shí)踐的角度討論避免系統(tǒng)外部干擾的方法。

     在電路設(shè)計(jì)中,使CMOS器件的輸入端懸空是一種不良的設(shè)計(jì)習(xí)慣,因?yàn)镃MOS器件是電壓控制,而未被連接的輸入端有靠近CMOS門檻電壓輸入的趨勢(shì),使得芯片內(nèi)部的三極管作不必要的開關(guān)動(dòng)作,這既增加了噪聲干擾,又耗費(fèi)了系統(tǒng)的功率。一般,使用上拉電阻或下拉電阻,把未被連接的輸入引腳與電源或接地點(diǎn)連接,使它們有一個(gè)確定的電壓值。CMOS輸入引腳的最大輸入電流非常小,只有1 μA左右,因此選用1 MΩ作為上拉電阻或下拉電阻。

     在許多嵌入式系統(tǒng)中,輸入引腳的有效電壓一般是5 V以上或?yàn)樨?fù)值(對(duì)地),在這種情況下,使用幾個(gè)電阻就可以防止輸入引腳過壓。如圖5所示,CMOS集成塊內(nèi)部的2個(gè)二極管可以把電壓鉗位在CMOS器件輸入電壓值,這2個(gè)二極管是高速CMOS器件(74HC系列)靜電保護(hù)措施的一部分。

     如圖6所示,在輸入端連接2個(gè)肖特基二極管,這樣可以更安全的保護(hù)輸入端口,但是成本會(huì)高一些。前端電壓降到集成塊內(nèi)部2個(gè)二極管導(dǎo)通電壓的1/3,內(nèi)部的2個(gè)二極管不會(huì)導(dǎo)通,電流全部通過前端正向偏壓的肖特基二極管。這種電壓保護(hù)電路在有些應(yīng)用設(shè)計(jì)中是必須的。在一般設(shè)計(jì)中,沒有輸入引腳需要這樣的額外保護(hù),因?yàn)檫@樣的外部電壓保護(hù)需要使用非常講究的印刷電路板,并且往電路板上安裝這些元件也需要一些制造成本,對(duì)于只采用無源元件的設(shè)計(jì)來說,這個(gè)安裝成本是不能忽略的。

              

    數(shù)據(jù)輸入端口保護(hù)設(shè)計(jì)分析

                          圖3

             

     數(shù)據(jù)輸入端口保護(hù)設(shè)計(jì)分析

                          圖4

           

     數(shù)據(jù)輸入端口保護(hù)設(shè)計(jì)分析

                     圖5               圖6

     圖7給出了另外一種保護(hù)方法,它有兩種作用:一是電容和電阻構(gòu)成一個(gè)低通濾波器,用來減小輸入信號(hào)的尖脈沖,而低頻信號(hào)能夠通過;二是低通濾波器還有靜電保護(hù)的功能。

     下面討論這種設(shè)計(jì),如果是理想電容器,1個(gè)0.1 μF的電容串聯(lián)一個(gè)22 kΩ電阻就能夠提供靜電保護(hù)。但是實(shí)際器件是不會(huì)工作在理想狀態(tài)下的,在電路中,有等效串聯(lián)電阻和等效串聯(lián)電感存在,如圖8所示。

                   數(shù)據(jù)輸入端口保護(hù)設(shè)計(jì)分析
                          圖7

       

    數(shù)據(jù)輸入端口保護(hù)設(shè)計(jì)分析

                          圖8

     電容生產(chǎn)商通常會(huì)給出圖表,用來描述他們生產(chǎn)的電容器的典型ESR(等效串聯(lián)電阻)和ESL(等效串聯(lián)電感),方便設(shè)計(jì)者建立適當(dāng)?shù)碾娐纺P停治鲭娐返墓ぷ髟?。但是建立這樣的模型還是很困難,因?yàn)殡娐纺P椭杏行┢骷膮?shù)是不好確定的。解決這一困難的方法只有通過實(shí)驗(yàn)去驗(yàn)證,這要增加試驗(yàn)設(shè)備的成本。

     電路中的防靜電保護(hù)裝置還有瞬態(tài)電壓抑制器TVS(Transient Voltage Suppressor),它是一種二極管形式的高效能保護(hù)器件。當(dāng)TVS二極管的兩極受到反向瞬態(tài)高能量沖擊時(shí),它能以10-12秒量級(jí)的速度,將其兩極間的高阻抗變?yōu)榈妥杩梗崭哌_(dá)數(shù)kW的浪涌功率,使兩極間的電壓箝位于一個(gè)預(yù)定值,有效地保護(hù)電子線路中的精密元器件,免受各種浪涌脈沖的損壞。由于它具有響應(yīng)時(shí)間快、瞬態(tài)功率大、漏電流低、擊穿電壓偏差小、箝位電壓較易控制、無損壞極限、體積小等優(yōu)點(diǎn),已廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、數(shù)碼相機(jī)等精密電子設(shè)備的保護(hù)電路中。如圖9所示,是一個(gè)在實(shí)踐中被很好保護(hù)的輸入引腳,其中L1是電感線圈,用來減少射頻干擾。

     圖9所示電路對(duì)于大多數(shù)設(shè)計(jì)來說顯得過分復(fù)雜,但如果不使用光電隔離器件,對(duì)于精密的設(shè)計(jì)或者條件要求嚴(yán)格的設(shè)計(jì)來說,圖9所示電路是最好的。在這樣的設(shè)計(jì)中,元件價(jià)格和電路板元件位置的排列也是要考慮的要素。

     由于在制造金屬膜電阻時(shí),金屬線中插入了一些絕緣層來改變金屬線的幾何結(jié)構(gòu)以達(dá)到一個(gè)準(zhǔn)確的電阻值,而這使得靜電容易從絕緣面滲入金屬層。使用這種類型電阻構(gòu)成的電路有兩種后果:第一,當(dāng)有靜電電壓時(shí),實(shí)際有效電阻值會(huì)比其標(biāo)稱值??;第二,容易形成電離通道,改變電阻的實(shí)際值。表面貼片電阻有另外一個(gè)問題,那就是當(dāng)有靜電電壓時(shí),它們與金屬層的焊接點(diǎn)會(huì)形成發(fā)熱點(diǎn),這是由于金屬表面不均勻的電流密度引起的。這樣會(huì)造成貼片電阻被靜電電流燒毀,在電路中選用電阻時(shí),普通的炭膜電阻是最好的選擇。

     圖9光電隔離器件也可以用于數(shù)字輸入引腳靜電保護(hù)和防干擾,它們可以用來隔離幾kV的電壓,而輸入設(shè)備必須提供比CMOS門電路需要的電流大1000倍的輸入電流給光電隔離器件。光電隔離器件轉(zhuǎn)換速度比較慢,并且在設(shè)計(jì)中還要考慮如何保護(hù)光電隔離器件中的LED不受靜電的破壞,設(shè)計(jì)中,要根據(jù)設(shè)計(jì)的需要進(jìn)行合適的選擇。

     結(jié)語(yǔ)

     輸入接口設(shè)計(jì)是嵌入式控制器系統(tǒng)的關(guān)鍵部分,因?yàn)榍度胧娇刂破魍獠繑?shù)據(jù)的接收,外部設(shè)備狀態(tài)的反饋都要通過接口才能交給處理器。設(shè)計(jì)輸入端口時(shí)主要考慮兩個(gè)方面的實(shí)際情況:一是負(fù)載能力,即輸入信號(hào)能否被控制器接收,二是靜電的防護(hù),現(xiàn)在很多處理器采用CMOS工藝封裝,這能夠滿足低功耗的要求,同時(shí)對(duì)靜電防護(hù)要求更高。




     
     
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