C8051f064在电力监控仪中抗干扰设计

c8051f064是cygnal(现为siliconlab)公司在2000年左右推出的新型单片机，具有运行速度快，与8051指令系统兼容的优点，刚一推出就受到国内广大8031使用者的欢迎，纷纷学习使用，并有一定的商业应用，但在具体的使用中也发现了很多问题，抗干扰能力便是其中之一。下面我将在文章中详细讨论。先说明一下我的系统。

　　在本设计中系统构成为：1.电力监控仪---负责采集三项交流电的电压、电流，LCD显示，包括键盘操作，数据记录等功能，并根据电压、电流的变化控制执行机构调节电网的电压、电流，从而达到节电的功能，并具有modbus联网远传数据的能力。2.上位机数据库系统----检测并记录个终端的状态和电量数据。

　　显然电力监控仪在本系统中具有核心地位，是系统正常运行的关键。核心器件选用了C8051F064单片机，应用了其内部集成的AD和EEPROM等外设。在刚开始设计时只考虑功能的实现，对抗干扰问题并没有太多的在意，考虑到此产品的功能也不是很复杂，就主要是以前用AT89C51完成产品设计的经验，随便画了PCB，把主要精力放在了软件的编写上，很快完成了样机的开发，进入到调试阶段。

　　在试验室单独调试时也是一帆风顺，感觉很得意。随着项目的推进要到系统联调了，这时意外的情况出现了，在第一次将电力监控仪装入电力调节柜时，静态工作很正常，三项电压电流显示正常，数据通信正常，计量准确，可是当接通主回路测试电网补偿功能时，出现执行机构频繁跳动，电力监控仪屏幕时亮时暗，蜂鸣器长鸣，执行机构在频繁的反复调节下不堪重负冒出了白烟。

　　紧急停机!感觉很奇怪，为甚麽呢?不死心再来一次，这次也先不接主回路，空载测试，开机后一切正常，随即并入主回路，又发生了上次的情况，这次电力监控仪彻底不工作了，决定不能再盲目测试了，将控制器拆下，进行详细分析，连接上IDE调试线，发现监控仪不工作的原因是内部的EEPROM和存储程序的FLASH不能进行写入，IDE调试软件不能正常接入。换了一片单片机再重新下载程序，又能正常工作。证实了单片机已经损坏，那么是什么原因造成单片机的FLASH和片内EEPROM的损坏呢?，经反复查找DATASHEET，发现FLASH大约有1000次的察写寿命，而程序中为了在本地存储随即参数，有烧写片内EEPROM的代码，在正常情况下是足够了，是不是由于程序跑飞，变量被改变造成过度擦写造成呢?有很大的可能。为了证实在程序中加入了随机写入次数的限制，再进行试验故障依旧，但EEPROM没有损坏，可以确认上述的假设成立。那么是什么造成的干扰呢?经与电力工程师的讨论发现最大的可能来自大功率的交流接触器，在主回路接通的瞬间主交流接触器上电工作，会产生巨大的电磁脉冲，由于监控仪与交流接触器空间距离很小，有可能感应到空间的电磁干扰，同时C8051F系列单片机又是3V系统在线可擦写，抗干扰能力很弱，另外单片机的AD接口有PT,CT互感器，虽然具有隔离作用，但在并网的瞬间具有巨大的电压电流跳变(di/dt,du/dt)也可能有干扰进入。

　　针对初次试验和分析结果对电路做如下更改：

　　1.在PCB尽可能加宽单片机的电源线宽并尽量缩短长度。

　　2.在单片机的电源线上尽可能多地使用大容量的滤波电容。

　　3.在单片机电源线上对地并接瞬态抑制二极管。

　　4.尽可能扩大地线的面积，在两层版之间打比较多的过孔，增大接地效果。

　　5.在3V电源的两层版之间也大量打孔同样增大接触效果。

　　6.将单片机的IO都同过光藕控制外设，并使单片机IO脚到光藕的连线尽可能地短，并在实在不能短的线上并入瞬态抑制二极管。

　　7.对AD接口也并入瞬态抑制二极管处理。

　　8.使用单片机内部的时钟，不用外部时钟，并将外部时钟脚接地。

　　9.将C8051F064的IDE接口MSO,MSI等调试信号线在不使用时，用跳线接地。

　　按照上面的几条，经过很长时间的LAYOUT和反复的修改确认达到满意的程度了，再制版。

　　经过实际联机调试一切OK!,后又经过老化高低温、震动等试验都能正常运行。再经过现场的实际运行2年没有出现任何故障。

　　经验总结：

　　1.在功能相对简单的产品设计时，在考虑到工程实际使用中可能出现的各种复杂情况，其设计并不简单。

　　2.3V供电的单片机在不仔细的设计中抗干扰能力可能不如5V供电的单片机。

　　3.FLASH的单片机在不仔细的设计中可能不如OTP型的单片机。

　　4.随着单片机技术的进步，其硬件集成度越来越高，这就要求设计人员有比较高的综合运用能力，要将模拟和数字设计综合运用才能设计出稳定可靠的产品。