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单片机系统的优化设计

作者：a12345678　栏目：新手园地

单片机系统的优化设计
这是去年写的，没有校对，可能存在错误，若读者发现，请指正。

单片机系统的优化设计

提纲

前  言                            1
1．单片机最小系统的组成：            1
2．单片机系统硬件的优化设计              2
2．1．元器件                            2
2．1．1　器件的工作寿命和器件的极限工作温度范围  2
2．1．2　器件的实际工作范围              3
2．1．2．1 元器件的实际可以工作范围        3
2．1．2．2  元器件指标的变化              5
2．1．3  器件的降额使用                  12
2．2．电路设计                            12
2．3．电源选型与设计                       16
2．3．1　电源波动和干扰对模拟电路的影响      16
2．3．2　电源波动和干扰对数字电路的影响      16
2．3．3  线性电源                          17
2．3．4  开关电源                          18
2．4．PCB设计                             22
2．4．1　电源线的分配问题                   22
2．4．2　信号线的分布问题                   23
2．4．3　模拟电路布线问题                  24
2．4．4　数字电路布线问题                  24
2．4．5　线径问题                         25
2．4．6　线间距离问题                     25
2．4．7  手动布线                         25
3．单片机系统软件的优化设计。              25
3．1．总体设计与模块设计                   25
3．2．可靠的编程方式                      26
3．3．简单多任务方式                      27

* - 本贴最后修改时间：2005-11-10 1:33:15 修改者：a12345678

2楼：

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作者： a12345678 于 2005/11/8 19:33:00 发布：

单片机系统的优化设计（续）
单片机系统的优化设计

关键词：单片机系统优化设计

前言
由于当今单片机集成度大大提高，一个单片机内部一般集成了算术逻辑计算单元、寄存器堆、振荡器、多个定时计数器、内部总线、IO单元、异步通讯口（UART）、容量不大的静态存储器和一定容量的程序存储器，部分单片机内部甚至集成了E２PROM、I2C接口、SPI接口、ISP／JTAG接口、8～12位AD转换器、PWM接口等等。因此现在的单片机只需要很少的外围器件，就可以独立完成一定的任务，不需要象以前的Z80－CPU那样，需要扩展大量的外围器件。这种以单片机为核心，扩展少量外围器件的单片机系统称为单片机最小系统。由于单片机最小系统具有运用灵活、体积小、成本低的特点，得到广泛的应用，不论在冰箱、空调、汽车或是其它地方。
由于技术的进步，单片机编程语言由汇编语言过渡到Ｃ语言，单片机编程的难度大大降低；同时，单片机调试和仿真环境也由最初的手工翻译的机器码（这里需要感谢原来的启东计算机厂，是它推动了单片机技术在中国最初的普及，虽然该厂的产品现在已经被淘汰了），进步为Ｃ语言与汇编程序直接仿真调试、自动发现语法错误.....这样，单片机系统设计的门槛降到很低的程度，现在从理论上说，学过电子技术的人几乎都可以做单片机系统的设计，这可以从大学生找工作的应聘资料中可以得到证实。
实际上，单片机程序的设计、仿真调试只是单片机系统的设计一部分，单片机系统的优化设计才是单片机系统的设计的核心和难点。由于很多人没有认识到这个问题，导致了单片机系统不能工作、或是工作不稳定、成本过高等问题。
单片机系统的优化设计包括单片机系统硬件的优化设计和单片机系统软件的优化设计。本文以最普通的AT89S52组成的最小系统为例，说明如何进行优化设计。
本文将尽可能用最通俗的语言进行描述，避免数学公式的推导，便于读者理解。有关精确的计算方法，详见参考文献。[1][2]

3楼：

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作者： a12345678 于 2005/11/8 19:41:00 发布：

单片机系统的优化设计（续）
1．单片机最小系统的组成：
本文中，单片机最小系统由CPU（AT89S52）、复位电路、串行E２PROM、AD转换器、铂电阻温度传感器和放大器、控制输出、RS485接口、以及电源组成，见图1-1。

温度传感器   ＡＤ转换器  ＣＰＵ  控制输出     电源
和放大器                         串行E2PROM
             复位电路            键盘/显示
                                 RS485接口

图1-1  单片机最小系统总体框图
（由于原图使用word文本框绘制，没法帖，只好这样贴了，抱歉）

4楼：

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作者： a12345678 于 2005/11/8 19:43:00 发布：

单片机系统的优化设计（续）
2．单片机系统硬件的优化设计
单片机系统硬件优化设计涉及很多方面，这里主要讨论热设计、寿命设计、电磁兼容设计和保证设计指标时的经济化设计问题。为了控制本文篇幅，限定讨论范围局限于电路板级。
以下分别在硬件设计中的元器件选型、电路设计、电源选型与设计、PCB设计中，分别对上述问题进行讨论。

5楼：

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作者： a12345678 于 2005/11/8 19:43:00 发布：

单片机系统的优化设计（续）
2．1．元器件
器件的优化设计包含器件可靠性指标、器件的工作温度范围、器件的实际工作范围、器件的降额使用、器件的优化选型等问题。
2．1．1　器件的工作寿命和器件的极限工作温度范围
器件可靠性指标是以小时为单位的负指数次方。这个指标用于说明单个器件出故障的几率，同时可以用来估算多个元件构成的电路的的可靠性。
由于诸多原因，时至今日，中国的元器件生产企业对于器件的可靠性认识仍然不足，很多器件仍然没有可靠性指标。这给器件的选型带来较大的困难，民用品设计中还过分依赖经验。
为了表示器件的适用范围，一般对器件进行分级。中国对于器件的分级较简单，一般分为商业级、工业级和军用级。
商业级器件是最低级别，成本最低，可靠性能够满足一般的要求，用于对可靠性没有明确要求的场合，例如家电等消费品。商业级器件的工作温度范围是0～70℃，储藏温度为-55～+125℃。
工业级器件应用于有一定可靠性要求的场合，例如工业自动控制等。工业级器件的工作温度范围是-40～+85℃℃，储藏温度为-55～+125℃。工业级器件的成本略高于商业级器件。
军用级器件是为了满足严格的军用环境和可靠性要求而规定的。军用级器件的工作温度范围是-55～+125℃℃，储藏温度为-55～+125℃℃。军用级器件需要认证。军用级器件的成本是商业级器件的数十倍。
实际上，对于不同级别的元件，可靠性指标是有一定区别的，只是国内的指标不规范，还没有统一标准。
在国外，例如美国，元器件的分级较细，并且还需要认证和发放授权书。

6楼：	>>参与讨论
作者： maychang 于 2005/11/8 21:43:00 发布：不错，请继续。

7楼：	>>参与讨论
作者： songfei002 于 2005/11/8 23:30:00 发布：老大，牛气呀！看了之后顿悟！

8楼：	>>参与讨论
作者： yinjikang 于 2005/11/9 11:35:00 发布：怎么就没有下文了啊！老大？怎么就没有下文了啊！老大？能不能传完呢，谢谢！！！

9楼：	>>参与讨论
作者： zouweitao 于 2005/11/9 14:12:00 发布：顶ING!

10楼：

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作者： a12345678 于 2005/11/9 19:39:00 发布：

单片机系统的优化设计（续）
2．1．2　器件的实际工作范围
（为简化讨论起见，这里仅仅考虑温度对元器件的影响，不考虑实际环境纬度、大气压、湿度和盐度等等的变化对元器件的影响。）
2．1．2．1 元器件的实际可以工作范围
器件的实际工作范围包含两层含义，一层是指实际的工作温度范围，另一层是指在实际的工作温度范围内，元器件指标的变化。
实际的电路，必然工作在一定的环境中。使用环境的受地球一年四季气候变化的影响，还受安装位置的影响。例如工作在室外，若在东北地区，冬季最低环境温度可以达到-30℃以下，而在夏季最高环境温度可以达到40℃以上；若在南方地区，冬季最低环境温度可以达到0℃以下，而在夏季太阳直射下最高环境温度可以达到60℃以上。即使是在实验室中，也存在一定的温度变化范围，一般在20～25℃的变化。
元器件的实际工作温度范围还受元器件实际功耗、元器件的封装热阻、环境散热能力影响。
在实际电路中，元器件必然会有一定的功耗，实际功耗的大小与电路设计有很大关系。元器件的工作频率较高、输出负载较重、电源电压较高时，元器件的功耗将大大增加。以某厂家生产的FPGA为例，当空载时，功耗仅仅几十mW；当部分电路工作在100MHZ，而且部分输出电路带有负载后，芯片的功耗立即上升到1W以上，功耗上升数十倍。
元器件的功耗自然转化为元器件的发热，这些热量需要通过一定的途径散发到自然环境中。这个途径一般可以简化为芯片内部发热节点到芯片的晶片表面、芯片的晶片表面到芯片的封装外表面、芯片的封装外表面到散热器、散热器到机箱内空气、机箱内空气到自然环境的热传导过程。这个途径中的每个环节内部和每个环节之间，需要存在一定的温度梯度才能实现热量的传递。这个温度梯度可以看作是热传导的阻力，简称为热阻。由于热阻的存在，使得芯片的热量不能快速的散发出去，造成芯片内核的温度远远高于环境温度，大大劣化了芯片的工作环境。合理选用适当的封装、增加散热片、增加空气流动速度都有利于降低热阻。例如对于常用的LDO稳压器SPX1117（兼容LM1117）的热阻见表2-1。

11楼：

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作者： a12345678 于 2005/11/9 20:02:00 发布：

单片机系统的优化设计（续）
抱歉，没法帖图，SPX1117（兼容LM1117）的热阻表请参看SPX1117.pdf

从表2-1（SPX1117（兼容LM1117）的热阻表）可以看出，在不加散热器时，TO-220封装的SPX1117直接到环境的热阻是60℃/W，这说明SPX1117每1W功耗会导致芯片内核温度升高60℃。
若电路中，SPX1117用于将8V电压降低为3.3VDC输出，输出电流为0.5A，则自身功耗为2.35W。若SPX1117芯片内核温度最高允许150℃，则可以进行如下计算：
RT =（Tjmax - Ta）/ P
式中：RT -- 总热阻；
Tjmax -- 最高结温，SPX1117芯片内核温度最高允许150℃
Ta -- 当前环境温度
P -- 器件的功耗
若取环境温度为0℃时，可以计算出此时最高热阻必须低于63.8℃/W；若取环境温度为50℃时，可以计算出此时最高热阻必须低于42.6℃/W。这里没加散热片，取SPX1117直接到环境的热阻60℃/W，可见当环境温度为0℃时，SPX1117可以正常工作；当环境温度升高到50℃时，SPX1117已经不能工作了。可见环境对于芯片工作状态的影响。
同样是上述SPX1117，若增加散热片，则SPX1117到环境的热阻由SPX1117内核到焊片的热阻、焊片到散热片的热阻、散热片到环境的热阻组成。这是可以从表2-1中查到SPX1117内核到焊片的热阻为3℃/W；SPX1117与散热器之间加硅脂，这时SPX1117焊片到散热片的热阻可大致认为不高于0.5℃/W。这时可以计算环境温度为50℃时的总热阻和散热器的热阻：
RT =（Tjmax - Ta）/ P = （150 - 50 ）/ 2.35 = 42.6（℃/W）
散热器热阻RTf计算：
RTf = RT - RTj - RTc = 42.6 - 0.5 - 3 = 39 （℃/W）
根据散热器热阻RTf，就可以通过散热器资料选择合适的散热器。实际上由于这里RTf = 39 （℃/W），散热器比较容易选择。
可见，热阻对于芯片的工作同样有很大的影响。不重视环境温度的变化，就不能设计出在一年四季中正常工作的电路。同样，不重视元器件实际功耗、元器件的封装热阻、环境散热能力影响，同样不能设计出可以正常运行的产品。
总之，元器件的实际可以工作范围是由环境温度、元器件实际功耗、元器件的封装热阻、环境散热能力限制的。
设计实践中发现，元器件的温度上升，会导致元器件的寿命缩短，一般情况下每提高10℃，元器件的寿命减半；在接近极限温度附近，由于热应力破坏作用，高温能够导致元器件的快速损坏。

* - 本贴最后修改时间：2005-11-9 20:05:19 修改者：a12345678

12楼：

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作者： a12345678 于 2005/11/10 1:35:00 发布：

单片机系统的优化设计（续）
2．1．2．2 元器件指标的变化
元器件指标的一般都受元器件的温度变化影响，其中对于早期元器件的影响更大。这里仅仅以LM324、OP07、7650等运放为例进行说明，实际上温度变化同样对电阻、电容、电感等无源元件有很大影响。
对于运放，温度变化最明显的影响是对输入失调电压和输入失调电流的影响，增加误差；当电路不对称时，温度变化可以通过对输入偏置电流影响，造成新的误差。
从表2-2中可以看出，在环境温度25℃时，LM324的输入失调电压为2mV（典型值），输入失调电压温飘为7uV/℃；输入失调电流为5nA（典型值），输入失调电流温飘为7pA/℃；输入偏置电流为40nA（典型值），输入偏置电流温飘为50pA/℃。
若用LM324放大100mV信号时，若采用差分电路，输入电阻10KΩ，工作温度范围为10～30℃时，由于电路对称，可以消除输入偏置电流温飘的影响。为了降低温度造成的影响，可以采用中间温度调零办法，这样温度就将温度的变化范围减小了一半，这时的误差可以估算如下：
输入失调电压误差= 7uV/℃ × 10℃ = 70uV
输入失调电流温飘误差= 7pA/℃ ×10KΩ × 10℃ = 0.7uV
合计误差=70.7uV
相对误差= (70.7uV / 100mV) × 100% = 0.071%
若输入信号降低为40mV时，相对误差增加到0.18%，若输入信号降低为10mV时，相对误差增加到0.71%。
若电路采用单端同相放大，而且反相端接地时，会增加输入偏置电流温飘引起的误差，这个误差= 50pA/℃ ×10KΩ × 10℃ = 5uV。这时的总误差=75.7uV，相对误差= (75.7uV / 100mV) × 100% = 0.076%。
以上计算可以知道，LM324可以用于放大40mV以上的直流信号。

13楼：

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作者： a12345678 于 2005/11/10 1:38:00 发布：

单片机系统的优化设计（续）
实际上，温度变化还会影响其它参数，例如开环增益等，只是由于运放工作在深度负反馈方式，影响较小罢了。
另外运放手册上给出的指标都是最理想的指标，实际元器件的指标会大打折扣，例如输入失调电压一般是5mV以上，其它指标也会相应的打折扣。

表2-2 LM324运放的直流参数(+5VDC,25℃)

14楼：	>>参与讨论
作者： a12345678 于 2005/11/10 1:42:00 发布：单片机系统的优化设计（续） http://http://www.21icsearch.com/buzi/upimage/upfile2005/img/200511/200511101493377947.jpg

15楼：

>>参与讨论

作者： a12345678 于 2005/11/10 1:43:00 发布：

单片机系统的优化设计（续）
从表2-3中可以看出，在环境温度25℃时，OP07D的输入失调电压为60uV（典型值），输入失调电压温飘为0.7uV/℃；输入失调电流为0.8nA（典型值），输入失调电流温飘为12pA/℃；输入偏置电流为2nA（典型值），输入偏置电流温飘为18pA/℃。
若用OP07D放大100mV信号时，若采用差分电路，输入电阻10KΩ，工作温度范围为10～30℃时，由于电路对称，可以消除输入偏置电流温飘的影响。为了降低温度造成的影响，可以采用中间温度调零办法，这样温度就将温度的变化范围减小了一半，这时的误差可以估算如下：
输入失调电压误差= 0.7uV/℃ × 10℃ = 7uV
输入失调电流温飘误差= 12pA/℃ ×10KΩ × 10℃ = 1.2uV
合计误差=8.2uV
相对误差= (8.2uV / 100mV) × 100% = 0.008%
若输入信号降低为40mV时，相对误差增加到0.021%，若输入信号降低为10mV时，相对误差增加到0.082%。
若电路采用单端同相放大，而且反相端接地时，会增加输入偏置电流温飘引起的误差，这个误差= 18pA/℃ ×10KΩ × 10℃ = 1.8uV。这时的总误差=10uV，相对误差= (10uV / 100mV) × 100% = 0.01%。
以上计算可以知道，OP07D可以用于放大10mV以上的直流信号。

16楼：

>>参与讨论

作者： a12345678 于 2005/11/10 1:44:00 发布：

单片机系统的优化设计（续）
实际上，温度变化还会影响其它参数，例如开环增益等，只是由于运放工作在深度负反馈方式，影响较小罢了。
另外运放手册上给出的指标都是最理想的指标，实际元器件的指标会大打折扣，例如输入失调电压一般是200uV以上，其它指标也会相应的打折扣。

表2-3 OP07运放的直流参数(±15VDC,25℃)

17楼：	>>参与讨论
作者： a12345678 于 2005/11/10 21:26:00 发布：单片机系统的优化设计（续）表2-3 OP07运放的直流参数(±15VDC,25℃) http://www.21icsearch.com/buzi/upimage/upfile2005/img/200511/2005111021335439569.jpg

18楼：	>>参与讨论
作者： a12345678 于 2005/11/10 21:30:00 发布：单片机系统的优化设计（续）表2-4 ICL7650运放的直流参数(±5VDC,25℃) http://www.21icsearch.com/buzi/upimage/upfile2005/img/200511/2005111021335439569.jpg

19楼：

>>参与讨论

作者： a12345678 于 2005/11/10 21:31:00 发布：

单片机系统的优化设计（续）
从表2-4中可以看出，在环境温度25℃时，ICL7650的输入失调电压为0.7uV（典型值），输入失调电压温飘为0.02uV/℃；输入失调电流为20pA（典型值），估计输入失调电流温飘不大于为0.2pA/℃；输入偏置电流为4pA（典型值），估计输入偏置电流温飘不大于0.04pA/℃。
若用ICL7650放大100mV信号时，若采用差分电路，输入电阻10KΩ，工作温度范围为10～30℃时，由于电路对称，可以消除输入偏置电流温飘的影响。为了降低温度造成的影响，可以采用中间温度调零办法，这样温度就将温度的变化范围减小了一半，这时的误差可以估算如下：
输入失调电压误差= 0.02uV/℃ × 10℃ = 0.2uV
输入失调电流温飘误差= 0.2pA/℃ ×10KΩ × 10℃ = 0.02uV
合计误差=0.22uV
相对误差= (0.22uV / 100mV) × 100% = 0.00022%
若输入信号降低为10mV时，相对误差增加到0.0022%，若输入信号降低为1mV时，相对误差增加到0.022%。
若电路采用单端同相放大，而且反相端接地时，会增加输入偏置电流温飘引起的误差，这个误差= 0.04pA/℃ ×10KΩ × 10℃ = 0.004uV。这时的总误差=0.224uV，相对误差= (0.224uV / 100mV) × 100% = 0.000224%。
以上计算可以知道，ICL7650可以用于放大0.2mV以上的直流信号。
实际上，温度变化还会影响其它参数，例如开环增益等，只是由于运放工作在深度负反馈方式，影响较小罢了。
另外运放手册上给出的指标都是最理想的指标，实际元器件的指标会大打折扣，例如输入失调电压一般是5uV左右，其它指标也会相应的打折扣。

20楼：

>>参与讨论

作者： a12345678 于 2005/11/10 21:32:00 发布：

单片机系统的优化设计（续）
LM324是普通运放，主要解决单电源、低功耗、低电压和低成本放大的问题。它的单价极低。
OP07D是为了解决热电偶小信号放大而推出的低飘移运放。它采用输入级补偿、激光校准、对称结构的办法将普通运放精度提高了一个数量级。它的单价是LM324的数倍。
ICL7650是为了解决更小信号放大推出的高精度放大器。ICL7650采用新一代的CMOS数字/模拟混合集成技术，在运放内部集成一个主放大器、一个误差放大器和数字控制电路，采用数字控制技术在输出端以200Hz轮流输出混合放大信号与运放误差补偿信号，通过输出滤波实现补偿功能。将直流信号放大技术提升到一个接近理想化的水平。它的单价是OP07D的数倍。

对三种运放的分析，是为了说明合理设计电路，能够利用较廉价的元件满足设计要求，而尽量不采用昂贵的元件，例如动则数十/数百元的数控运放等元件。

21楼：

>>参与讨论

作者： a12345678 于 2005/11/10 21:33:00 发布：

单片机系统的优化设计（续）
2．1．3 器件的降额使用
器件的允许工作范围，是指能够保证较长时间的可靠工作的器件的工作范围。器件手册中，一般给出器件的最大工作范围和典型工作范围。
实际上，由于实际应用与理论指标有很大出入，器件实际的工作范围远小于器件的最大工作范围。例如，当采用滤波电源供电时，电源的电压波动范围较大，器件耐压必须按照实际最大电源电压波动范围选取，而实际大部分时间的工作电压并不高。
还例如，对于功率器件，随着管壳温度的上升，器件必须降低允许使用的额定功率，否则会损坏器件。

22楼：

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作者： a12345678 于 2005/11/10 21:34:00 发布：

单片机系统的优化设计（续）
2．2．电路设计
单片机最小系统由CPU（AT89S52）、复位电路、串行E２PROM、AD转换器、铂电阻温度传感器和放大器、控制输出、RS485接口、以及电源组成，工作任务比较简单。
这里的单片机一般采用内部的程序存储器就够用了，临时参数存入内部SRAM中，设置参数保存在外部的I2C接口SE2PROM中，避免扩展总线占用过多的IO口。
单片机一定要采用专用的复位芯片，例如MAX810L等。简单的RC复位能够保证80%以上的可靠上电复位，至少但是不能保证电源纹波造成的死机问题。虽然单片机内部的WD可以解决一些问题，但是电源纹波可能造成单片机在错误的死循环不断刷新WD，造成WD失效。
WD可以考虑使用单片机内部的WD，不过这个WD仅仅计数8096个时钟，在12MHZ时，最多能够达到8ms，所以使用这个WD时需要提高刷新频率。
串行E2PROM可以选用最廉价的24Cxx，只要满足容量要求即可。
键盘一般采用IO口用矩阵方式扫描即可；
显示一般采用串行输出动态扫描显示；
控制输出一般采用PWM做连续PID或是断续PID，注意隔离输出，避免干扰。
RS485接采用普通的MAX485即可

23楼：	>>参与讨论
作者： wangmable 于 2005/11/10 21:51:00 发布：好楼主，鄙人对你的文章很感兴趣，觉得收获颇多，能否把你全文发给我，不胜感激！

24楼：	>>参与讨论
作者： Mark_Jr 于 2005/11/11 16:48:00 发布：楼主辛苦了！！楼主辛苦了！！不过，做成个.pdf文件多好啊！

25楼：

>>参与讨论

作者： a12345678 于 2005/11/11 21:30:00 发布：

单片机系统的优化设计（续）
    由于铁图十分麻烦，这里省略一部分图。
    由于铂电阻温度传感器的信号较大，一般输出数十到数百mV，对运放的要求不高，若采用OP07D做放大器时，可以简化调零设计。铂电阻温度传感器在较宽的温度范围上，信号不是线性的，需要线性化处理。铂电阻温度传感器的信号线性化处理由2种办法，一种是由模拟电路实现，这可以降低成本，但是需要增加调试量，另一种是采用数字化校正，这需要采用较高精度的AD转换器。
这里，若强调经济性时，建议采用模拟电路校正；若强调快速调整时，建议采用数字化校正。两者最大的差异是AD转换器的成本。14位以上精度的AD转换器成本较高一些，而12位以下精度的AD转换器成本较低。而软件上的开销相差不大。
AD的种类及特点：VF转换型LM331
图2-2-4  LM331应用电路参考图

FIGURE 1. Simple Stand-Alone Voltage-to-Frequency Converter with ±0.03% Typical Linearity (f = 10 Hz to 11 kHz)

图2-2-5  LM331改进线性应用电路参考图

FIGURE 4. STANDARD TEST CIRCUIT and Applications CIRCUIT, PRECISION Voltage-to-Frequency Converter
LM331可以实现将输入直流信号转换为0～100KHZ的频率信号，最好线性度可以做到±0.03%，相当于真实11位半的精度。若需要更高的输出频率，可以考虑使用AD650～AD654，最高输出频率可以做到2MHZ。

ADS1110 廉价16位Σ-Δ转换AD

* - 本贴最后修改时间：2005-11-11 21:32:25 修改者：a12345678

26楼：	>>参与讨论
作者： a12345678 于 2005/11/11 21:33:00 发布：单片机系统的优化设计（续） 2．3．电源选型与设计在整机电路设计中，电源是极为重要的一个部件。电源的设计好坏，直接关系到整机的可靠性。在形式试验中的电源范围测试和静电放电测试，实际上主要是对电源和隔离的要求。

27楼：

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作者： a12345678 于 2005/11/11 21:34:00 发布：

单片机系统的优化设计（续）
2．3．1　电源波动和干扰对模拟电路的影响
模拟电路，例如运算放大器，对于电源波动和干扰有一定的抑制能力，反映在运算放大器的指标上就是电源抑制比。一般情况下，运算放大器的电源抑制比不太高，一般只能达到60db左右。若运算放大器是处理大信号时，较低电源抑制比不会成为大问题；若运算放大器是处理小信号时，较低电源抑制比就会成为大问题。
电源抑制比是以折合到输入端的变化来等效计算的。例如以OP07D为例，它的电源抑制比典型指标为：10uV／V。若电源电压变化1V，折合到输入端就有10uV。
若用OP07D放大100mV信号时，在10～30℃温度范围内，调零后的差分电路的温度误差（折合到输入端）=8.2uV，这时10uV的电源干扰信号会造成误差增加一倍。

28楼：

>>参与讨论

作者： a12345678 于 2005/11/11 21:36:00 发布：

单片机系统的优化设计（续）
2．3．2　电源波动和干扰对数字电路的影响
电源波动对数字电路的影响也很大。若电源波动不超过允许的范围时，当电源电压降低的瞬间，如果PCB地电压同时升高，就可能造成数字元器件的电源电压瞬间过低。这瞬间过低的电源电压对于低速数字器件影响仅仅是将增加一点延迟罢了，但是对于单片机以及高速数字元器件，就可能造成信号错误，甚至造成单片机或是高速处理器死机。
实际上，电源波动对高速数字元器件的影响更大一些，一方面是由于高速数字元器件的电源电压普遍较低，特别是内核电压一般在1V左右，对于电源电压的波动范围要求较高。例如对于5V电源的波动允许±10%，折合±500mV；对于3.3V电源的波动允许±5%，折合160mV；对于1.2V电源的波动允许±3%，折合40mV。

29楼：	>>参与讨论
作者： DXH1820 于 2005/11/15 9:04:00 发布：好文受教，好文，得慢慢看。

30楼：

>>参与讨论

作者： a12345678 于 2005/11/15 19:38:00 发布：

单片机系统的优化设计（续）
2．3．3 线性电源
这里的线性电源一般是串联稳压电源。串联稳压电源分为普通串联稳压电源，例如LM7805；低压降串联稳压电源，例如AS1117等。
串联稳压电源有一个共同的缺点，就是调整管上必须有一定的电压降。例如LM7805，最少需要3VDC的电压降，然后再考虑输入电源波动和干扰，至少还需要预留2VDC以上（即使这样还不一定可靠），这样最少输入电压必须达到10VDC。这时电源的效率至多50%，实际上需要预留的压降更多，实际效率远远低于50%。即使改用LDO，仅仅降低了调整管上的电压降，从LM7805最少3VDC的电压降，改进为AS1117等最少需要1VDC的电压降（大电流时），这样电源的效率有所提高。
另外，串联稳压电源的输入电流等同于输出电流，它必须用很快的响应速度来跟踪输出电压的波动，这样就限制了滤波电路的参数选择范围，降低了抗干扰性能。
典型电路分析，例如标准LM78XX电路、带LC/RC滤波的LM7805电路。

图2-3-3-1 LM78XX基本电路图

图2-3-3-2 LM78XX/79xx 做的±15VDC电路图

图2-3-3-3 LM78XX 做的±15VDC跟踪电路图

图2-3-3-4 LM78XX 扩展外部晶体管的电路图

31楼：	>>参与讨论
作者： aihe 于 2005/11/16 12:56:00 发布：好东西，大家一起看最好做成pdf文档下载后慢慢品味

32楼：	>>参与讨论
作者： spingwei 于 2005/11/17 21:31:00 发布：看不到电路呀，搂住能否给咱提供一份完整的，谢谢！看不到电路呀，搂住能否给咱提供一份，谢谢！王,spring_wei@163.com 小弟不胜感激！

33楼：	>>参与讨论
作者：玩者于 2005/11/18 14:14:00 发布：谢谢,楼主,能否发个有电路的文章TO(cj@hisbridge.net

34楼：	>>参与讨论
作者： xukong 于 2005/11/18 16:55:00 发布：索取资料 a12345678的朋友：请问可否将《单片机系统的优化设计》的完整版发到我的邮箱里面？在下先在此谢过了。我的邮箱是：wangqianfa@126.com

35楼：	>>参与讨论
作者： EMERYTAO 于 2005/11/19 10:26:00 发布：好啊

36楼：	>>参与讨论
作者： wolfererer 于 2005/11/20 16:37:00 发布：楼主真是辛苦了~

37楼：	>>参与讨论
作者： chenglcd 于 2005/11/20 19:53:00 发布： RE单片机系统的优化设计好东西真是太多了，顶

38楼：	>>参与讨论
作者： wolfererer 于 2005/11/21 15:55:00 发布：楼主真是辛苦了，可惜我们都看不到图。。。。能发整份资料给我吗？谢谢 foreverwolfer@163.com

39楼：	>>参与讨论
作者： XIAOYAN 于 2005/11/21 17:06:00 发布：真受益不小。能发整份资料给我吗？谢谢！

40楼：	>>参与讨论
作者： stonejust 于 2005/11/23 11:07:00 发布：有图就更好了。能发整份资料给我吗？谢谢! stonejust@sina.com

41楼：	>>参与讨论
作者： liqiangln 于 2005/11/23 12:18:00 发布：给我发一份，谢谢 liqiangln@263.net

42楼：	>>参与讨论
作者： sayring 于 2005/11/23 14:20:00 发布：能不能把整个文档发给我学习学习能不能把整个文档发给我学习学习啊？先谢谢了！ sayring@126.com

43楼：	>>参与讨论
作者： lxpshine 于 2005/11/23 16:09:00 发布：我也想要，谢谢 lxp_mail@163.com

44楼：	>>参与讨论
作者： wgc204 于 2005/11/23 16:50:00 发布：这就叫做资深受益非浅！请问a12345678 ：可否给我上述完整的文档。（wgc204@163.com）非常感谢！

45楼：	>>参与讨论
作者： wgc204 于 2005/11/23 16:58:00 发布：老大，可否给我一份完整的档案老大，可否给我一份完整的档案？ wgc204@163.com 谢谢了！

46楼：	>>参与讨论
作者： sgz800 于 2005/11/24 20:08:00 发布：大大真是强也给我一份好吗sgz800@mail.china.com

47楼：	>>参与讨论
作者： sambie 于 2005/11/24 20:32:00 发布： Please Send to: bie_csh@yahoo.com.cn Thanks alot!

48楼：	>>参与讨论
作者： foxbeyond 于 2005/11/24 20:51:00 发布：你好受益非浅！请问a12345678 ：可否给我上述完整的文档。（foxbeyond007@163.com）非常感谢！

49楼：	>>参与讨论
作者： wanyiba 于 2005/11/26 20:42:00 发布： zhichi 111!1111！！！！

50楼：	>>参与讨论
作者：谢红晨于 2005/11/27 13:28:00 发布：老大，牛…………

51楼：

>>参与讨论

作者： 457878 于 2005/11/27 18:40:00 发布：

急需补课，楼主能否快些帖完啊？

* - 本贴最后修改时间：2005-11-27 18:43:04 修改者：457878

特别是

52楼：	>>参与讨论
作者： lyd2345 于 2005/11/28 15:39:00 发布：受益非浅！请问a12345678 ：可否给我上述完整的文档。（lyd2345@21cn.com）非常感谢！

53楼：	>>参与讨论
作者： huanchen 于 2005/11/28 22:25:00 发布：为什么后面没有了阿？

54楼：	>>参与讨论
作者： sgz800 于 2005/12/1 21:25:00 发布：顶！谢

55楼：	>>参与讨论
作者： 457878 于 2005/12/3 15:07:00 发布：搂主什么时候继续呀？等待中... 你还没贴完呢！ * - 本贴最后修改时间：2005-12-3 15:09:05 修改者：457878

56楼：

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作者： a12345678 于 2005/12/18 11:34:00 发布：

单片机系统的优化设计（续）
2．3．4  开关电源
开关电源是通过对输入的直流电源进行再调制，再利用储能元件进行能量的转换，最后通过低通滤波器恢复为直流电源。由于采用对输入的电源进行再调制，使得输入干扰信号的频率被提升，然后被输出部分的低通滤波器滤除，所以抗干扰性能大大提升。
同时开关电源采用理论上输入能量等于输出能量的办法，进行能量的转换传输，输入输出之间较大的电压差不再像串联稳压电源那样严重的降低电源的效率。
虽然开关电源的效率远远高于串联稳压电源，但是在当今追求高速度、小体积的情况下，电源的效率、体积和频率成为电路设计中的重要问题。
开关电源的效率、体积和频率是一个矛盾的统一体，由于材料的限制，开关电源在直到100KHZ附近有最高的效率，超过这个频率时，普通材料的效率急剧降低，需要改用较昂贵的材料，例如昂贵的钽低内阻电容。目前开关电源的频率已经达到数MHz，不久将达到10MHZ。随着开关电源的频率的提高，电源的体积大大缩小。但是开关电源的频率较高的频率，正在成为一个新的干扰源。如何协调好开关电源的效率、体积和频率是电路设计和PCB设计中的一个问题。
下面以最常见的MC34063为例，说明开关电源的电路设计。
图2-3-4-1  MC34063内部结构图

图2-3-4-2  MC34063外形图

图2-3-4-3  MC34063典型升压电路参考图

图2-3-4-4  MC34063典型降压电路参考图

图2-3-4-5  MC34063典型扩展外部晶体管降压电路参考图

图2-3-4-6  MC34063典型电压翻转电路参考图

图2-3-4-7  MC34063典型扩展外部晶体管电压翻转参考图

57楼：	>>参与讨论
作者： c_j82 于 2005/12/19 9:29:00 发布：有图就更好了。能发整份资料给我吗？谢谢! king01061304@yahoo.com.cn

58楼：	>>参与讨论
作者： hebquzhou 于 2005/12/20 9:57:00 发布：贴图用拷屏功能，在画图里面将需要的剪贴出来。

59楼：	>>参与讨论
作者： uwo 于 2005/12/20 11:04:00 发布：能发整份资料给我吗？谢谢!（uwo@21cn.com)

60楼：	>>参与讨论
作者： hnzsj 于 2005/12/20 17:48:00 发布：好好

61楼：	>>参与讨论
作者： fry 于 2005/12/22 17:14:00 发布：这么好的基础性资料这么好的基础性资料,对以前没学好,基础不太扎实的我太有价值了. 顶!!!!!!!!!!!!!!!!!!

62楼：	>>参与讨论
作者： SUNAINUO 于 2005/12/26 10:15:00 发布：楼主辛苦了好文章，能发给我整套资料吗？ EMAIL：SUN.WENJUAN@163.COM 非常感谢！另外有个问题请教：运放放大小信号时，放大相对误差最大为多大时，认为可以接受？

63楼：	>>参与讨论
作者：酋长于 2005/12/29 9:35:00 发布：辛苦啦支持

64楼：	>>参与讨论
作者： zqz198312 于 2006/1/8 20:42:00 发布：支持支持类似的帖子多发点

65楼：	>>参与讨论
作者：古道西风于 2006/1/10 10:37:00 发布：可以转载吗

66楼：	>>参与讨论
作者： ihoooo118 于 2006/1/10 16:57:00 发布：谢谢楼主！楼主能不能把图搞成压缩包上传啊？谢谢（打不开啊）

67楼：	>>参与讨论
作者： hehuading 于 2006/1/11 21:48:00 发布：顶好文章，能发给我整套资料吗？ EMAIL：hhd1980@126.COM 非常感谢！

68楼：	>>参与讨论
作者： foxqiu 于 2006/1/21 12:54:00 发布：楼主读了你的文章很感动啊！怎么不继续了呢？真是很受益啊，谢谢搂住。

69楼：	>>参与讨论
作者： valkyrie 于 2006/1/22 22:03:00 发布： 74HC164这样连有什么问题按照图上这样连好后,显示总是乱码,不知道为什么 http://file.21ic.com.cn/upload/img/200511/20061222285578323.jpg

70楼：	>>参与讨论
作者： jacksonhzh 于 2006/1/23 23:14:00 发布： GOOD It's very GOOD.

71楼：	>>参与讨论
作者： foxqiu 于 2006/1/25 4:04:00 发布：怎么不接着写完呢？楼主。

72楼：	>>参与讨论
作者： lshmy 于 2006/3/17 11:16:00 发布：交个朋友! 你好!我想请问一下如何用LM324做一个四声道的功放电路出来! leishouhong@126.com

73楼：	>>参与讨论
作者： ruojiruoli 于 2006/4/7 15:14:00 发布：可以把单片机系统的优化设计发给我吗? a12345678: 可以把单片机系统的优化设计发给我吗? 非常感激！我的邮箱是juwuyan@yahoo.com.cn

74楼：	>>参与讨论
作者：何以解忧于 2006/4/7 16:12:00 发布：好东西，大家一起看，最好做成pdf文档下载后慢慢品味

75楼：	>>参与讨论
作者：平常人于 2006/8/24 21:31:00 发布：斑竹强人也，使劲顶一个收藏！

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