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神煩的單片機干擾問題

做了一個產(chǎn)品,在家里測試一切正常,到客戶那里測試一開始也完全正常,開始小批量供貨,第一批沒問題,從第二批開始,故障不斷,癥狀就是:單片機程序跑飛。

本來一直自詡為單片機老鳥,做過的產(chǎn)品也有幾十種了,沒想到在這個問題上栽了跟頭。

簡單描述一下產(chǎn)品:

輸入:有三路外接IO信號,一個由光電開關產(chǎn)生,用于計數(shù),一個急停開關,還有一個按鈕用于手動控制,這三路信號全部經(jīng)光耦隔離后輸入;

輸出:三個繼電器,繼電器輸出控制設備上的中繼繼電器,由中繼繼電器再去控制三個24V電磁閥的通斷,我線路板上的繼電器是單獨供電,與單片機電源不共地,用光耦隔離后再驅(qū)動繼電器的。

其它就是幾個數(shù)碼管、按鍵以及蜂鳴器,沒什么特別的。

PCB布局上,輸入、輸出在線路板邊緣,與單片機距離較遠,單片機周圍覆銅屏蔽。

電源采用雙組輸出的變壓器(帶屏蔽),有硬件看門狗,每個芯片電源端有0.1uf瓷片電容。

不帶負載時,一切功能正常,用白熾燈做負載也完全正常,可到了用戶那兒就不正常。數(shù)次前往用戶現(xiàn)場,均無功而返。

程序結(jié)構(gòu)是:主程序負責將看門狗信號置1,之后就進入空閑方式,等待定時中斷喚醒,除此啥也不干,定時器0產(chǎn)生一4毫秒中斷,每隔4毫秒將看門狗清0,刷新一次顯示輸出,讀取一下按鍵以及外部輸入,根據(jù)輸入狀態(tài)確定輸出信號。

故障發(fā)生時:數(shù)碼管亂閃,但仍可相應外部IO信號以及按鍵信號,大約2秒后,看門狗動作,單片機復位,處于待機狀態(tài)。我判斷就是程序跑到我的程序空間外面去了。

我更換了各種單片機,原來用的是AT89C52,換成AT89S52之后,跑飛的幾率幾乎加大了10倍,換華邦的52,比S52好,但是比C52差,STC的表現(xiàn)和S52差不多,換新茂的也不行。

我用示波器觀察單片機電源,每當外部電磁閥動作時,單片機5V電源上產(chǎn)生一小串毛刺,幅度有正負2V以上,持續(xù)時間在數(shù)十微秒。當時我認為只要將電源上的毛刺解決掉就可以了。

但是,接下來我傻眼了,無論我用什么辦法,5V電源上的毛刺無法消除,包括在產(chǎn)品的電源輸入端加防浪涌濾波器,在5V電源上串電感,并10uf鉭電容,在5V電源上并5.1V穩(wěn)壓管,甚至我單獨再做一個5V電源,只要此電源和設備共用一組交流電,毛刺就是沒辦法消除。

后來我發(fā)現(xiàn),將這個產(chǎn)品用的雙組輸出的變壓器移到殼子外部,程序跑飛明顯減少,但是客戶不允許外置電源。我將變壓器用錫箔紙包裹起來,故障還是一樣,將單片機用金屬屏蔽罩罩住,還是不行。

無意中發(fā)現(xiàn),我的示波器探頭根本不需要接觸到線路板,只要將探頭與接地夾短接,放在設備附近,每次電磁閥動作時,示波器上就能出現(xiàn)一幅度正負2V以上的毛刺信號。

自此,對于這個產(chǎn)品的問題我實在是無能為力了。

煩請各位有什么高招盡管支招吧。

附件含原理圖、pcb、源程序(簡化版)以及實物圖

抗干擾.zip

 

全部回復(68)
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daylight
LV.4
2
2014-02-12 16:34
建議用 P89v51rd2,  看看是什么情況
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btclass
LV.7
3
2014-02-12 22:59

1:根據(jù)癥狀來看,不是電源問題。因為數(shù)碼管閃時候,還會響應按鍵。

2:推斷是判斷按鍵狀態(tài)時用了太多輪詢。按鍵受干擾時候,造成代碼在此處停留太久。造成狗動作,由于MCU復位,數(shù)碼管閃爍,按鍵動作是很慢的,所以感覺操作還會響應。

3:或許IO口受了較強脈沖,使得IO口鎖定。尤其是MCLR腳,會造成復位。

4:建議:每個按鍵IO口并上0.01U貼片電容,靠近MCU。

5:所有輸入IO口串上100歐電阻。

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glzhao
LV.6
4
2014-02-13 08:48
根據(jù)你的描述你的單片機應該是受到干擾導致的,主要的干擾來自于供電,你可以改為使用模塊電源作為供電試一下應該可以解決問題。
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cltwolf
LV.5
5
2014-02-13 09:45

看了您的電路板好暈,看不清楚哪和哪。

一、您是否有把+12V和+5V的電源線路完全的隔開了?

二、兩個電源的電源布線是否過長導致了回路在電磁環(huán)境中形成了天線接收(就無線充電那樣子)?

三、哥們,你的電源后面好歹加個電感吧,電磁環(huán)干擾大,抗干擾電路起碼給它個基本的配置啊。這個干擾你在示波器看起來是2V,那是無負載,無濾波的情況下產(chǎn)生的。那么內(nèi)部是什么樣子大家都不知道。

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dapeng
LV.5
6
2014-02-13 18:36
@cltwolf
看了您的電路板好暈,看不清楚哪和哪。一、您是否有把+12V和+5V的電源線路完全的隔開了?二、兩個電源的電源布線是否過長導致了回路在電磁環(huán)境中形成了天線接收(就無線充電那樣子)?三、哥們,你的電源后面好歹加個電感吧,電磁環(huán)干擾大,抗干擾電路起碼給它個基本的配置啊。這個干擾你在示波器看起來是2V,那是無負載,無濾波的情況下產(chǎn)生的。那么內(nèi)部是什么樣子大家都不知道。

我看估計也是布板的問題

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glzhao
LV.6
7
2014-02-14 09:11

你的整體的板子布局比較混亂,沒有明確的區(qū)分數(shù)字地、模擬地。數(shù)字信號與模擬信號的區(qū)分沒有造成干擾導致單片機受到干擾造成錯誤。

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2014-02-15 16:53
@glzhao
你的整體的板子布局比較混亂,沒有明確的區(qū)分數(shù)字地、模擬地。數(shù)字信號與模擬信號的區(qū)分沒有造成干擾導致單片機受到干擾造成錯誤。
是啊,PCB 布局很重要,但PCB LAYOUT最重要的就是GND處理,如地沒走好,這產(chǎn)品就什么問題都可能發(fā)生。
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2014-02-15 16:55
@btclass
1:根據(jù)癥狀來看,不是電源問題。因為數(shù)碼管閃時候,還會響應按鍵。2:推斷是判斷按鍵狀態(tài)時用了太多輪詢。按鍵受干擾時候,造成代碼在此處停留太久。造成狗動作,由于MCU復位,數(shù)碼管閃爍,按鍵動作是很慢的,所以感覺操作還會響應。3:或許IO口受了較強脈沖,使得IO口鎖定。尤其是MCLR腳,會造成復位。4:建議:每個按鍵IO口并上0.01U貼片電容,靠近MCU。5:所有輸入IO口串上100歐電阻。
上面是PCB高手啊,説很有道理。
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backin
LV.4
10
2014-02-22 20:39
把地線搞好,防止浮電在身
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daylight
LV.4
11
2014-02-22 20:42
液晶顯示應該好不了的,液晶模塊也會受干擾的。干擾確實是頭痛的問題,用開關電源試試看
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backin
LV.4
12
2014-02-22 20:43
現(xiàn)場有什么其他干擾厲害的東西吧,幾個繼電器電磁閥不至于把單片機干擾死的
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金魚1
LV.3
13
2014-02-22 20:45
從樓主的敘述看,應該是傳導干擾,建議樓主加“EMI濾波器”并不是樓主所說加“防浪涌濾波器”,如果問題依舊,建議樓主再修改單片機外圍電路或PCB布局(特別是單片機的電源回路處理)
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cloud7890
LV.2
14
2014-02-22 20:47
你的電磁閥是什么參數(shù)的啊 ?
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heal
LV.3
15
2014-02-22 20:49
是不是PCB板上IC電源引腳的去耦電容離IC電源引腳遠,沒起到作用?
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01夏至
LV.2
16
2014-02-22 20:53
不要老懷疑電源.小心你的地線.....建議找個人考慮幫你布線一下......供電上考慮一下.2v太大了...是不是你電源功率太小啊....唉.我也是胡猜,見諒
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stony_s
LV.3
17
2014-02-22 20:54
“單片機5V電源上產(chǎn)生一小串毛刺,幅度有正負2V以上,持續(xù)時間在數(shù)十微秒”——這個 是用 電容很難 濾去的??紤], 將 變壓器 的 金屬屏蔽罩 接 “大地”。
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elio
LV.2
18
2014-02-22 20:55
怎么會這么脆弱呢?我以前實驗一個產(chǎn)品,用就220V直流接觸器的控制線圈和產(chǎn)品的電源進線,纏繞在一起N圈,并且直流接觸器的線圈不并反向二極管,反復開關直流接觸器都沒關系。不知樓主是否只有一塊板,要是設備有幾塊板子,要注意板子之間的連接線。
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vidas
LV.2
19
2014-02-22 20:57
@elio
怎么會這么脆弱呢?我以前實驗一個產(chǎn)品,用就220V直流接觸器的控制線圈和產(chǎn)品的電源進線,纏繞在一起N圈,并且直流接觸器的線圈不并反向二極管,反復開關直流接觸器都沒關系。不知樓主是否只有一塊板,要是設備有幾塊板子,要注意板子之間的連接線。
建議樓主用個最簡單的閃燈程序,做實驗看看是否一定是硬件問題
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candyman
LV.2
20
2014-02-22 20:58
@elio
怎么會這么脆弱呢?我以前實驗一個產(chǎn)品,用就220V直流接觸器的控制線圈和產(chǎn)品的電源進線,纏繞在一起N圈,并且直流接觸器的線圈不并反向二極管,反復開關直流接觸器都沒關系。不知樓主是否只有一塊板,要是設備有幾塊板子,要注意板子之間的連接線。
電磁閥處理一下看看。二極管什么的。一定要在無看門狗的情況下,把問題解決了,才是正確的思路。電感不行,可以換電阻啊。反正大電容加了。另外,測量電源的時候,示波器的探頭地,應該接同一個最大的電容的兩端。不要到處找地接。
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pirate
LV.4
21
2014-02-22 21:03
@elio
怎么會這么脆弱呢?我以前實驗一個產(chǎn)品,用就220V直流接觸器的控制線圈和產(chǎn)品的電源進線,纏繞在一起N圈,并且直流接觸器的線圈不并反向二極管,反復開關直流接觸器都沒關系。不知樓主是否只有一塊板,要是設備有幾塊板子,要注意板子之間的連接線。
樓主的可能是電磁波串入,可以在繼電器的驅(qū)動電源上想想法,比如降低驅(qū)動前后沿坡度。
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heal
LV.3
22
2014-02-22 21:05
@candyman
電磁閥處理一下看看。二極管什么的。一定要在無看門狗的情況下,把問題解決了,才是正確的思路。電感不行,可以換電阻啊。反正大電容加了。另外,測量電源的時候,示波器的探頭地,應該接同一個最大的電容的兩端。不要到處找地接。
跟第一批比一下看區(qū)別,有時候就一點小細節(jié)問題,沒發(fā)現(xiàn)
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god_father
LV.3
23
2014-02-22 21:07
@pirate
樓主的可能是電磁波串入,可以在繼電器的驅(qū)動電源上想想法,比如降低驅(qū)動前后沿坡度。

LZ說過MCU用銅皮屏蔽了.若此屏蔽完善,那么干擾是從管腳進入的.即傳導進入MCU.對于此問題,用最簡單的辦法就應該行吧:1

1)電源線上磁珠+0.01u電容;

2)復位線上用0.01u并上.

3)各引出腳.....

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god_father
LV.3
24
2014-02-22 21:07
@god_father
LZ說過MCU用銅皮屏蔽了.若此屏蔽完善,那么干擾是從管腳進入的.即傳導進入MCU.對于此問題,用最簡單的辦法就應該行吧:11)電源線上磁珠+0.01u電容;2)復位線上用0.01u并上.3)各引出腳.....
當然78XX的輸入端也要接CLC,再到地并二極管.
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soap泡泡
LV.4
25
2014-02-22 21:09
@heal
跟第一批比一下看區(qū)別,有時候就一點小細節(jié)問題,沒發(fā)現(xiàn)
元器件批次不同,其它完全一樣。
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soap泡泡
LV.4
26
2014-02-22 21:10
@daylight
液晶顯示應該好不了的,液晶模塊也會受干擾的。干擾確實是頭痛的問題,用開關電源試試看
我是考慮液晶不用一直刷新,但受干擾確實也有問題,開關電源裝不下的,體積受限。
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matou
LV.3
27
2014-02-22 21:12
@god_father
LZ說過MCU用銅皮屏蔽了.若此屏蔽完善,那么干擾是從管腳進入的.即傳導進入MCU.對于此問題,用最簡單的辦法就應該行吧:11)電源線上磁珠+0.01u電容;2)復位線上用0.01u并上.3)各引出腳.....
看門狗會起作用的,復位周期是2秒,用的硬件看門狗MAX813L。跑飛后2秒左右必定會重啟,沒有看門狗就一直飛著了。
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soap泡泡
LV.4
28
2014-02-22 21:15
@cltwolf
看了您的電路板好暈,看不清楚哪和哪。一、您是否有把+12V和+5V的電源線路完全的隔開了?二、兩個電源的電源布線是否過長導致了回路在電磁環(huán)境中形成了天線接收(就無線充電那樣子)?三、哥們,你的電源后面好歹加個電感吧,電磁環(huán)干擾大,抗干擾電路起碼給它個基本的配置啊。這個干擾你在示波器看起來是2V,那是無負載,無濾波的情況下產(chǎn)生的。那么內(nèi)部是什么樣子大家都不知道。
修改PCB布局可以考慮,但改動不會太大,因為整機就一塊線路板,上面有數(shù)碼管、按鍵,位置不能變。
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daylight
LV.4
29
2014-02-22 21:17
@god_father
LZ說過MCU用銅皮屏蔽了.若此屏蔽完善,那么干擾是從管腳進入的.即傳導進入MCU.對于此問題,用最簡單的辦法就應該行吧:11)電源線上磁珠+0.01u電容;2)復位線上用0.01u并上.3)各引出腳.....

1.看門狗在中斷里喂確實不好,應在主循環(huán)程序里喂。其實也不一定是看門狗動作,而是復位動作。5V電源的高頻擾動時,MCU的復位腳很容易受干擾,可以加大復位PIN的電容。

2。干擾,要么是串擾,要么是空間輻射干擾。相對來說,空間輻射干擾對數(shù)字電路影響比較小。因此重點放在串擾上面分析。

3。IO已經(jīng)通過光耦隔離,可以暫時排除。重點在電源變壓器上面處理。串擾可以通過初次級繞組的層間分布和耦合電容形成通路。建議先用金屬殼DC/DC隔離模塊嘗試一下。再確定下一步如何處理。

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soap泡泡
LV.4
30
2014-02-22 21:18
@elio
怎么會這么脆弱呢?我以前實驗一個產(chǎn)品,用就220V直流接觸器的控制線圈和產(chǎn)品的電源進線,纏繞在一起N圈,并且直流接觸器的線圈不并反向二極管,反復開關直流接觸器都沒關系。不知樓主是否只有一塊板,要是設備有幾塊板子,要注意板子之間的連接線。
只有一塊線路板,全部是插件,沒有貼片元器件。我現(xiàn)在買了三個老式的交流接觸器作為負載在家里測試,基本上動作1000次,會有5次跑飛。我把接觸器與我的控制器拉開距離到1米以上,差不多1000次跑飛一次。我的控制器外殼是鐵殼子,全封閉的。
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金魚1
LV.3
31
2014-02-22 21:19
@soap泡泡
只有一塊線路板,全部是插件,沒有貼片元器件。我現(xiàn)在買了三個老式的交流接觸器作為負載在家里測試,基本上動作1000次,會有5次跑飛。我把接觸器與我的控制器拉開距離到1米以上,差不多1000次跑飛一次。我的控制器外殼是鐵殼子,全封閉的。
電磁閥和單片機控制電路是一個電源么?懷疑是電源瞬時功率不夠·····電磁閥供電端加個大電容試試
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