用現場電磁兼容性理論剖析單片機系統設計解析方案

單片機系統在軍事、工業、民用產品中的應用越來越廣。它將許多以往用硬件實現的功能由軟件來完成，體積小巧、功能豐富、智能化程序度，但在可靠性方面也面臨許多新問題。用現場電磁兼容性(EMC)理論剖析單片機系統設計中的某些傳統觀念，會發現許多誤區，并且有些誤區至今還在工程界廣為存在。

1 誤區之一：有了看門狗就不會死機

死機是指CPU的程序指針進入一個死循環，無法執行正常的程序流程。其外在表現常常是：正常功能喪失，按鍵無響應，顯示凝固。單片機死機后，只有復全才能走出死循環，執行正常的程序流程。眾所屬知，克服死機的最有效手段是加看門狗(WatchDog)。

目前用得最廣泛的看門狗實際上是一個特殊的定時器DogTimer。DogTimer按固定速率計時，計滿預定時間就發出溢出脈沖使單片機復位。如果每次在 DogTimer溢出前強行讓DogTimer清零，就不會發出溢出脈沖。清零脈沖由CPU發出，在單片機程序中每隔一段語句放一個清DogTimer的語句——FeedDog語句，以保證程序正常運行時DogTimer不會溢出。一旦程序進入一個不含FeedDog語句的死循環，DogTimer將溢出，導致單片機復位，跳出這個死循環。本文稱這種看門狗為典型看門狗，典型看門狗已被集成比，如MAX706、MAX791等[1];還有許多單片機本身集成了這種看門狗，如PIC16C57、MC68HC705等，具體電路可參閱這些芯片的技術資料[2]。

有一個錯誤觀點：加了看門狗，單片機就不會死機。實際上，看門狗有時間會完全失效。當程序進入某個死循環，而這個死循環中又包含FeedDog語句，這時 DogTimer始終不會溢出，單片機始終得不到復位信號，程序也就始終跳不出這個死循環。針對這一弊端，筆者設計了雙對限看門狗和定時復位看門狗。

雙時限看門狗有兩個定時器;一個為短定時器，一個為長定時器。短定時器定時為T1，長定時器定時為 T2，0

這樣，當程序進入某個死循環，如果這個死循環包含短定時器FeedDog語句而不包含長定時器 FeedDog語句，那么長定時順終將溢出，使單片機復位。巧妙安排長定時器FeedDog語句的位置，可保證出現死機的概率根低。在水輪發電機組微機控制裝置中的對比應用證明了這一點[3]。

目前幾乎所有的看門狗都是依賴于CPU(依賴于CPU FeedDog)。這可以比作：一個保險設備能否起到保險作用還依賴于被它保護的對象的行為。顯然，依賴于CPU的看門狗是不能保證單片機在分之百不死機的。

在絕對不允許死機的裝置中，筆者設計了一種完全不依賴于CPU的看門狗——定時復位看門狗。定時復位看門狗的主體也是一個定時器，到預定時間就發出溢出脈沖，此溢出脈沖使單片機強行復位。定時復位看門狗不需要CPU FeedDog。

簡言之，定時復位看門狗就是定時地讓單片機強行復位。這樣，即使裝置死機，其最大死機時間也不會大于定時器定時時間。顯然，只要硬件完好，這種看門狗百分之百地保證了單片機不會長時間死機。在智能電表(包括IC卡電能表、復費率電能表、多功能電能表 [4])中采用了定時復位看門狗，每1秒讓CPU強行復位，迄今數十萬電表運行了近五年，無一例死機報告。

必須指出，采用這種看門狗，CPU的編程要適應定時復位的環境，保證定時復位不打斷那些不能打斷的程序，不造成任何誤動作。

2 誤區之二：加電源濾波器能提高EMC性能

在單片機系統中，為了抑制電磁干擾(EMI)，常常在交流電源進線與電源變壓器之間加電磁濾波器。常用電源濾波器如圖1。

圖1都是雙II型LC濾波器，其中C0專用于旁路差模干擾。兩者的不同之處在于：圖1(b)兩個電容接大地。設電感的電阻為R，它們的隔頻特性分別是：

當R很小時，上述兩個濾波器的諧振頻率分別為：