IEC 61131、PLC和软PLC

北航何立民教授在本文中全面论述实施单片微机产品平台开发的意义、概念和方法，有助于读者了解国内外电子产业的发展趋势及如何迎接新的挑战；同时，本文亦提出知识产业与“傻瓜”产业的分工现象，希望能引起业界的关注与讨论。

建设单片机应用平台，实施平台开发战略  
 北京航空航天大学 何立民

一、 单片机产品平台开发概述
---- 目前，单片机应用系统开始进入软、硬件平台方式的社会化大生产，以往我国的自然经济模式下的个体方式已不能适应时代要求。  
---- （一） 平台方式是产品开发的唯一正确模式  
---- 1． 什么是平台开发模式  
----在一个设计集团中，实行严格的标准化、系列化、规范化设计，并将某一类产品领域的基本硬件结构及基本软件形成产品的“统一机芯”，即基础平台，并将基础平台相关的周边扩展电路及应用软件进行优化、筛选，形成基础平台的平台库资源。在开发新产品时，利用基础平台，并选择平台库中的相关资源进行。  
----2． 平台方式是集团产业产品开发的唯一模式  
----我国单片机行业中，风行随意性的个体的自然经济的落后方式，即使是有较多产品开发人员的公司，在单片机产品开发中仍在实施“板凳模式”的产品开发方法，大量低水平的重复劳动形成顽症。采用平台开发模式，施行“阶梯模式”从根本上解决了“板凳模式”的弊端，因此平台方式是现代电子产品在现代社会化大生产方式下，产品开发唯一的正确模式。  
---- （二） 平台是现代知识经济的产物  
----平台方式是先进的社会化生产方式，在知识经济下，已形成了一个重要的产业形式。目前许多重要的电子产品领域已分化成软硬件平台的知识产业和电子产品的整机产业。  
----1． 平台是知识集成的产物  
----软、硬件平台将产品软、硬件开发所必须的资源最大限度地集合在平台中，为整机业提供了最傻瓜的应用界面，形成了电子产业中的知识产业与“傻瓜”产业的分工。例如DVD产业中，Intel公司提供“给你DVD软、硬件平台，保你一个月做出完善的DVD产品”。  
----2． 平台走上产业化商品形式  
----平台集合了群体技术人员大量的智能劳动，把许多产品开发中的基础软、硬件工作解决在平台之中。平台严密的标准、规范化设计保证有较好的可靠性与简单的使用界面，形成了供产品开发商使用的商品。  
---- （三） 平台开发模式中的观念转变  
----在许多有技术实力的电子产品开发中，并不需要购买商品平台，但必须构筑企业的产品应用平台，实施平台开发模式，并转变产品开发观念。  
----1． 从个体产品开发模式转变到平台建设基础上的产品开发思路。在这种方式下，个人的技术能力主要表现在平台建设以及使用软硬件平台迅速完成产品开发的能力上。  
----2． 从个人英雄主义转变到团队英雄主义上。企业的技术先进表现在有先进的软、硬件平台，以及在先进的平台上迅速开发出新产品。所有个人的技术贡献完全融化在平台中，即使具体的产品开发人员也只是在集体技术成果（平台）上前进了一步。人人为平台，平台为人人。  
----3． 从个人权威转为平台权威。企业中的所有新来的技术人员必须融入平台、接收平台培训，并在平台的高起点上起步。  
---- （四） 实行平台开发战略的优势  
----1． 技术员工迅速成长，通过平台培训能迅速掌握产品开发技术。  
----2． 彻底根除产品开发中大量低水平重复工作。  
----3． 平台的知识集成减少了对企业个别员工的依附性。员工的正常流动不会影响企业的技术实力。  
----4． 平台最大限度的产品包容性大大缩短了产品开发周期。  
----5． 平台的可靠性积累，保证基于平台开发的产品具有良好的可靠性。  
----6． 平台的标准化、系列化、规范化设计极大地有利于产品的生产、维修与更新。  
二、什么是单片机产品的软硬件平台
---- （一）平台是系列产品的基础资源集合  
----1． N个系列产品有相似的应用软件和硬件，这些软、硬件进行优选及优化形成了该系列产品的应用平台。  
----2． N个系列产品有相似的开发环境，这些开发环境如开发装置、编辑、汇编工具、语言开发工具、RTOS等，构成了系列产品的开发平台。  
----3． 构成系列核心的硬件体系结构和实时多任务操作系统（或规范的操作系统结构）形成了新产品研发的产品基础平台。  
----4． 基于单片机资源所制定的标准化、系列化软硬件电路单元及函数、子程序构成了平台库资源（库电路单元、库函数或子程序库）。  
---- （二）SSN设计是平台建设的基础  
----1． 没有SSN设计就无法形成平台的集合基础。平台有最严格规范化的设计，无论平台的建设和更新维护都要遵循SSN设计方法。  
----2． 平台设计方法本身就是典型的SSN设计。在设计新产品时，要给出基础平台上的标准电路组合，要规定创新电路的软、硬件规范设计要求。  
----3． 平台的建设、更新、维护要严格遵循SSN的设计原则与方法。建立平台软硬件模块标准。平台软硬件资源除性能优选外，就是完善其标准、系列与规范。  
----4． 所有软、硬件资源形成技术成果时，首先要实现标准化规范化设计，才能形成集体共享性资源，例如虚拟I2C总线软件包，虚拟UART方式软件包。  
---- （三）平台是现代电子产品的先进研制方式  
----1． 基于平台的产品研发可形成集团智力优势。  
----2． 平台保证了产品系统的基本可靠性。  
----3． 平台建设和产品研发对平台的维护、更新，可迅速优化基础应用平台和平台库。在产品研发的同时不断地提高软硬件应用平台水平。  
---- （四）平台是通向ASIC解决的捷径  
----1． 现代电子系统的ASIC解决是产品系统的重要方向。  
----2． 基于软、硬件平台设计的产品具有可靠的软硬件基础，这是ASIC解决的重要技术前提。  
----3． 基于软、硬件平台设计的产品系列具有较好的兼容性，易形成规模效益。  
三、应用平台的建设方法
---- （一）要确定平台类型与应用领域  
----1． 软、硬件平台的范围划定。要保证软硬件平台的针对性，减少硬件资源浪费，必须从单片机类型和产品类型出发建设平台。  
----2． 单片机厂家平台  
---- 这是半导体厂家推出新型单片机为开拓市场必须提供的软、硬件平台如：  
---- （1） 单片机功能及资源的演示系统  
---- （2） 单片机的开发环境  
---- （3） 单片机典型应用的参考设计  
---- （4） 新技术新功能的支持技术。  
---- 如ISP（ICP）的下载软件，VP的软件包，I2C总线的状态处理模块、FFU（多域固体更新）应用示例等。  
----3． 用户的应用平台  
---- 这是用户选择好单片机以后，为研制一系列产品而建设的软、硬件平台，如智能仪表、PDA、伺服控制等。应用平台应对该产品领域中的基本软、硬件技术进行彻底研究，建立产品系列的软、硬件基础平台。  
---- （二）单片机厂家平台建设  
----厂家平台建设本应由半导体厂家进行，目前则主要由一级代理商带头，厂家配合进行。厂家平台是单片机销售的重要环节，由代理商的技术部门精心组织，不能以产品研发方式代替。  
----1． 全面、精细地研究单片机的结构原理、创新设计、市场意图，写出单片机的应用指导书。  
----2． 编制、制作能展示单片机全面功能的演示系统。  
----3． 给出本单片机典型应用的一些参考设计，以模块、应用软件及应用说明书形式提供。  
----4． 对专项技术难点、热点给出软、硬件示范。  
----5． 开发环境应用指导。  
----6． 手册与应用指南。  
----根据上述内容，编制厂家平台目录，设计软、硬件文档实物套装，使单片机用户有十分形象与完整的平台概念。买单片机提供平台，在平台上起飞，有了厂家平台，用户就可立即开展产品研发工作。  
---- （三）用户应用平台建设  
----在选择好单片机和产品应用领域后，在开发具体型号产品前，应建设起用户应用平台。在大量产品开发时必须采取基于软、硬件平台的产品研制方法。用户应用平台建设包括基础平台设计、外围扩展规划、软硬件平台库建设与平台文档及应用规范建设。  
----1． 基础平台设计  
----基础平台是系列化产品的“统一机芯”。基础平台设计的前提是产品系列的综合规划，在没有明确的产品系列时，则以单片机最小系统为基础完成基本系统设计与资源规划。基础平台设计内容为：  
---- （1） 单片机系列兼容性设计  
---- （2） 单片机最小系统电路设计  
---- （3） 单片机资源的优先级应用分配规划  
---- （4） 单片机外围扩展的总线配置  
---- （5） 建立基础平台文档及应用规范  
----2． 外围扩展规划  
----根据产品系列要求的系统扩展与系统配置要求，制定外围扩展的典型系列电路。这些典型电路应具有典型性，通用性和系列性。因为作为基础平台，虽然起“统一机芯”作用，但在不同产品中，会有不同的外围电路需求，例如在某个智能仪器的80C51基础应用平台中设置了自适应等精度数字脉冲频率测量接口及虚拟I2C总线接口。  
----3． 软、硬件平台库建设  
----软硬件平台库是以电路单元和软件子程序或库函数的文档形式存在的。  
----所有基础平台、外围扩展的单元电路及相应的配套软件或典型子程序都应形成平台库文件。  
----4． 平台文档及应用规范建设平台文档及应用规范是单片机产品技术开发中的技术传递语言。新产品研发时要用基础平台及平台库组合成新品研发的应用平台；新品研发完成后，技术成果必须以平台文档及应用规范的形式确认。  
四、 应用平台建设中的SSN设计
----SSN设计是应用平台建设的基础。标准化设计是兼容性的基础，系列化是通用性的基础，而规范化设计则是要确定标准化设计、系列化设计的指令性地位。  
---- （一） 标准化设计（Standardization）  
----1．标准的电路连接。例如16键64键行列式键盘的行线序、列线序、键号、器件序号。  
----2．标准文件命名方法。任务名、子程序名、中断服务程序名、符号地址名等。  
----3．单片机外部扩展电路标准化。并行扩展方式，串行扩展方式。  
----只要有两个以上的相同应用就存在标准化问题。  
----标准化是兼容性应用基础。  
---- （二）系列化设计（Seriation）  
----1． 简化繁杂的应用状态。例如将所有的键盘应用用8个独立式键、4×4 16键、8×8 64键标准键盘电路替代，形成8.16.64键键盘系列。  
----2． 针对不同的应用，规划出优选的软、硬件结构。例如智能仪表中，针对不同的精度要求规划出低、中、高、超高精度的优选数据采集模块电路。  
----3． 在产品的系列化设计中则要考虑产品的复盖面分割设计。单片机应用系统的柔性特性要求产品设计时要考虑柔性的系列扩展能力，具有迅速推出系列产品的能力。例如设计热流量计时同时考虑到热水计和流量计的兼容性设计。  
----系列化是对连续、繁杂应用状态的标准化设计；而在标准化设计时又要考虑能满足多种兼容性要求。  
---- （三）规范化设计（Normalization）  
----规范化设计是标准化、系列化设计的指令性文件设计。  
----1． 电路标准化规范。制定具体的电路连接规范。例如键盘电路行线、列线选择、键号与行、列线关系；行列线的画法和称呼。  
----实现电路标准规范，人们能用简练的语言来描述一个标准电路。  
----2． 电路的扩展规范。在标准电路不能直接满足应用要求时，制定出增删性设计原则，例如执行8.16.64键标准电路时，给出使用12键、32键键盘设计的规范。  
----3． 虚拟外围扩展时，应遵循归一化设计原则，形成归一化的操作指令。以规范化的指令操作满足不同的外围扩展要求。  
----4． 技术文档的规范化设计  
----软件标号、文件名、管理标准（色彩、版本号）  
五、 应用平台的使用、维护与更新
----在平台方式的应用产品开发中，要保证应用平台的权威、应用平台的动态性和应用平台更新中的独立预研。  
---- （一） 新品研发中要保证平台的权威性  
----1． 新品必须使用基础平台作为产品的最小系统。  
----2． 新品所需要的外围扩展电路及应用程序必须从平台库中选取。  
----3． 新产品研制过程必须遵循平台的规范化管理要求。  
---- （二） 重视应用平台的动态维护与更新  
----随着器件技术发展以及平台的反复应用，要不断完善与扩展应用平台。  
----1． 每一个新品研发结束时都要对使用的平台软、硬件进行评估，进行确认或提出修改意见，并进行可靠性登录，对修改意见进行测试及评估。  
----2． 确立新品研发产品成果与技术成果并重政策。技术成果体现在对应用平台完善及更新的贡献率。  
---- （三）平台更新中要保持预研的独立性  
----1． 新品研制中，无法从平台获取的新技术新器件应纳入平台更新规划中，并列为该产品必须完成的预研项目，进行彻底研究，不得以产品开发代替技术预研。  
----2． 随着新器件新技术的发展，应用平台主管工程师及时提出平台更新的独立预研项目。  
---- （四）建立平台使用维护与更新管理规范  
----一个优秀的运行中的平台必须有优秀的技术管理，这些技术管理内容主要有：  
----1． 技术文档的版本管理  
----2． 平台库的更新、补充与删除  
----3． 技术成果平台转化中的考核、测评与登录  
----4． 平台软、硬件资源保护  
六、 基于平台方式产品开发的技术管理
----采用平台方式进行产品开发时，平台的技术管理至关重要，是平台模式的成败关键。  
---- （一） 建立总工程师技术责任制  
----总工程师要抓“总”，“总”就是平台，而不是单个产品。总工程师的技术责任在：  
----1． 平台建设的总体规划  
----2． SSN设计的规则制定  
----3． 平台的建设、维护与更新升级  
----4． 平台更新的预研项目拟定及考核  
----5． 产品研制的平台组合、技术成果任务下达、回收与平台回馈  
----6． 平台技术文档管理规章的制定、运行与监督  
---- （二） 平台建设的总体规划  
----在没有厂家提供的半导体厂家平台时，应将厂家平台有关内容纳入应用平台。  
----1． 建立厂家平台目录，最大限度从半导体厂家索取单片机相关资料、手册、应用指南、厂家设计规范、参考设计，以减少产品设计中单片机资源应用的盲目性。  
----2． 建立产品研发的应用平台目录。并以图解方式列出相应关系，并规定好软、硬件的文件名称。  
----3． 平台建设任务的合理分解，制定平台建设任务书。  
----4． 制定平台测评，验收方法。  
---- （三）平台的维护、更新与升级  
----平台维护、更新、升级来源于产品的研发和独立预研课题。  
----1． 产品的软硬件基础来源于平台，产品的创新成果要回馈平台，总工程师要保证产品设计中最大的平台供给和最大的平台回馈。  
----2． 产品研发中建立技术成果档案。产品研发中要以技术成果论英雄。产品中除了技术成果，其余只是工作量。而进入平台的技术成果才是真正的技术成果。  
----3． 对新器件、新技术拟定独立的预研计划，实行彻底研究，彻底研究应包括全面收集该器件的厂家资料和进行全面的实验，尽可能实现归一化的应用环境。例如DS1800的独立预研除了要研究其使用方法，软、硬件接口外，还要完成为单总线的探索，建立单总线的归一化操作指令与通用软件包，以满足其它单总线器件的应用。  
---- （四）制定平台技术文档管理细则并监督实施  
----技术文档的平台的载体。技术文档管理方法是否先进、是否严格是平台健康与生命所在  
----1． 平台技术文档文本的根本形式是文字文本（包括图形）。只有最终实现文字文本才能形成平台技术文档。  
----2． 平台技术文档必须有全面注释。包括原理说明、应用指南、资源占用、入口条件、出口状态等。所有技术交流内容都必须以文字说明。全面注释应以无障碍移植为考核标准。  
----3． 由总工程师制定平台文件的命名管理、版本管理与色彩管理规则。实施严格的命名、版本、色彩管理方法。  
----（1） 文件命名管理。每个平台软件、硬件模块都有唯一的文件名，便于实施按文件名的平台调度管理，包括分地区的远程调度。  
----（2） 文件版本管理。文件版本标志该文件的可靠程度，便于平台文件的动态维护管理。文件版本管理要形成版本台阶。例如V0.5（不含V0.5）以下为自己探索试验版本，无法提供他人使用；V0.5~ V0.9（不含V0.9）可供他人参考，但不保证准确可靠；V0.9以上可进入平台，作为试用文件。在有限的试验条件下保证准确可靠；V1.0可作为平台正式文件。平台正式文件经产品正式使用后无重大修改，只进行小数点后版本升级，重大修改时，可进行整数升级。  
----（3） 文件色彩管理。文件色彩管理用于技术文档的安全、保密管理要求。按技术密级给技术文档以颜色标记，如：  
----红皮文件：技术文档的最详尽描述，是企业的核心技术文件及资料，不得复印，不得携出室外，指定阅读范围。  
----黄皮文件：一般技术文档，有完整的应用指南，不得复印，不得带回家中  
----绿皮文件：一般技术资料，正在研制中的技术资料。  
----进入色彩管理的文件都属公司技术资料，不向外部提供。  
----4． 文档成果登记  
----平台文档是公司最重要的技术成果，是公司的集体财富，由公司有关成员集体创造。对这些成果应进行详尽的登录，是公司奖励的最重要依据。

单片机系统可靠性技术及发展

清华Motorola单片机应用开发研究中心（100084）  
邵贝贝

摘要：本文介绍近年来单片机技术在提供系统可靠性方面所做的努力与发展。提醒用户在单片机选型、单片机应用系统设计以及制造工艺等方面应注意什么，以实现高可靠性的单片机应用系统。

关键词：单片机、可靠性、电磁兼容性
随着半导体技术的飞速发展，单片机本身的设计中不断采用了一些新的抗干扰技术，使单片机的可靠性不断提高。除选择抗干扰能力强的单片机外，单片机系统中其它辅助元器件的可靠性也至关重要，一些抑制干扰的元器件的使用有助于提高系统的可靠性。此外，单片机系统在电路设计、印制电路板的设计、布线与制造工艺、系统安装时有无良好的接地等，都直接影响应用系统的可靠性。

单片机自身的抗干扰措施
为提高单片机本身的可靠性。近年来单片机的制造商在单片机设计上采取了一系列措施以期提高可靠性。这些技术主要体现在以下几方面。  

1.降低外时钟频率
外时钟是高频的噪声源，除能引起对本应用系统的干扰之外，还可能产生对外界的干扰，使电磁兼容检测不能达标。在对系统可靠性要求很高的应用系统中，选用频率低的单片机是降低系统噪声的原则之一。以8051单片机为例，最短指令周期1μs时，外时钟是12MHz。而同样速度的Motorola 单片机系统时钟只需4MHz，更适合用于工控系统。近年来，一些生产8051兼容单片机的厂商也采用了一些新技术，在不牺牲运算速度的前提下将对外时钟的需求降至原来的1/3。而Motorola 单片机在新推出的68HC08系列以及其16/32位单片机中普遍采用了内部琐相环技术，将外部时钟频率降至32KHz，而内部总线速度却提高到8MHz乃至更高。
2.低噪声系列单片机
传统的集成电路设计中，在电源、地的引出上通常将其安排在对称的两边。如左下角是地，右下角是电源。这使得电源噪声穿过整个硅片。改进的技术将电源、地安排在两个相邻的引脚上，这样一方面降低了穿过整个硅片的电流，一方面使外部去耦电容在PCB设计上更容易安排，以降低系统噪声。另一个在集成电路设计上降低噪声的例子是驱动电路的设计。一些单片机提供若干个大电流的输出引脚，从几十毫安到数百毫安。这些大功率的驱动电路集成到单片机内部无疑增加了噪声源。而跳变沿的软化技术可消除这方面的影响，办法是将一个大功率管做成若干个小管子的并联，再为每个管子输出端串上不同等效阻值的电阻。以降低di/dt。
3.时钟监测电路、看门狗技术与低电压复位
监测系统时钟，当发现系统时钟停振时产生系统复位信号以恢复系统时钟，是单片机提高系统可靠性的措施之一。而时钟监控有效与省电指令STOP是一对矛盾。只能使用其中之一。
看门狗技术是监测应用程序中的一段定时中断服务程序的运行状况，当这段程序不工作时判断为系统故障，从而产生系统复位。
低电压复位技术是监测单片机电源电压，当电压低于某一值时产生复位信号。由于单片机技术的发展，单片机本身对电源电压范围的要求越来越宽。电源电压从当初的5V降至3.3V并继续下降到2.7V、2.2V、1.8V。在是否使用低电压复位功能时应根据具体应用情况权衡一下。
4. EFT技术
   新近推出的Motorola M68HC08 系列单片机采用EFT(Electrical Fast Transient)技术进一步提高了单片机的抗干扰能力。当振荡电路的正弦波信号受到外界干扰时，其波形上会叠加一些毛刺。以施密特电路对其整形时，这种毛刺会成为触发信号干扰正常的时钟信号。交替使用施密特电路和RC滤波可以使这类毛刺不起作用，这就是EFT技术。随着VLSI技术的不断发展，电路内部的抗干扰技术也在不断发展之中。
5.软件方面的措施
单片机本身在指令设计上也有一些抗干扰的考虑。非法指令复位或非法指令中断是当运行程序时遇到非法指令或非法寻址空间能产生复位或中断。单片机应用系统程序是事先写好的，不可能有非法指令或寻址。一定是系统受到干扰，CPU读指令时出错了。
   以上提到的是当前广泛使用的单片机应该具有的内部抗干扰措施。在选用单片机时，要检查一下这些性能是否都有，以求设计出可靠性高的系统。
在应用软件设计方面，设计者都有各自的经验。这里要提醒的是最后对不用的ROM要做处理。原则是万一程序落到这里可以自恢复。
用于单片机系统的干扰抑制元件
1.去耦电容
每个集成电路的电源、地之间应配置一个去耦电容，它可以滤掉来自电源的高频噪声。作为储能元件，它吸收或提供该集成电路内部三极管导通、截止引起的电流变化(di/dt)，从而降低系统噪声。要选高频特性好的独石电容或瓷片电容作去耦电容。每块印制电路板电源引入的地方要安放一只大容量的储能电容。由于电解电容的缠绕式结构，其分布电感较大，对滤除高频干扰信号几乎不起作用。使用时要与去耦电容成对使用。钽电容则比电解电容效果更好。
2.抑制高频的电感
用粗漆包线穿入轴向有几个孔的铁氧体芯，就构成了高频扼制器件。将其串入电源线或地线中可阻止高频信号从电源/地线引入。这种元件特别适用于隔开一块印制电路板上的模拟电路区、数字电路区、以及大功率驱动区的供电。应该注意的是它必须放在该区储能电容与电源之间而不能放在储能电容与用电器件之间。
3.自恢复保险丝
   这是用一种新型高分子聚合材料制成的器件，当电流低于其额定值时，它的直流电阻只有零点几欧。而电流大到一定程度，它的阻值迅速升高，引起发热，而越热电阻越大，从而阻断电源电流。当温度降下来以后能自动恢复正常。这种器件可防止CMOS器件在遇到强冲击型干扰时引起所谓“可控硅触发”现象。这种现象指集成电路硅片的基体变得导通，从而引起电流增大，导致CMOS集成电路发热乃至烧毁。
4.防雷击器件
   室外使用的单片机系统或电源线、信号线从室外架空引入室内的，要考虑系统的防雷击问题。常用的防雷击器件有：气体放电管，TVS(Transient Voltage Supervention)等，气体放电管是当电源电压大于某一值时，通常为数十伏或数百伏，气体击穿放电，将电源线上强冲击脉冲导入大地，TVS可以看成两个并联且方向相反的齐纳二极管，当电两端电压高于某一额定值时导通。其特点是可以瞬态通过数百乃至上千安培的电流。这类元器件要和抗共模和抗差模干扰的电感配合使用以提高抗干扰效果。
提高单片机系统抗干扰能力的主要手段
1.接地
这里的接地指接大地，也称作保护地。为单片机系统提供良好的地线，对提高系统的抗干扰能力极为有益。特别是对有防雷击要求的系统，良好的接地至关重要。上面提到的一系列抗干扰元件，意在将雷击、浪涌式干扰以及快脉冲群干扰去除，而去除的方法都是将干扰引入大地，如果系统不接地，或虽有地线但接地电阻过大，则这些元件都不能发挥作用。为单片机供电的电源的地俗称逻辑地，它们和大地的地的关系可以相通、浮空、或接一电阻，要视应用场合而定。不能把地线随便接在暖气管子上。绝对不能把接地线与动力线的火线、零线中的零线混淆。
2.隔离与屏蔽
典型的信号隔离是光电隔离。使用光电隔离器件将单片机的输入输出隔离开，一方面使干扰信号不得进入单片机系统，另一方面单片机系统本身的噪声也不会以传导的方式传播出去。屏蔽则是用来隔离空间辐射的，对噪声特别大的部件，如开关电源，用金属盒罩起来，可减少噪声源对单片机系统的干扰。对特别怕干扰的模拟电路，如高灵敏度的弱信号放大电路可屏蔽起来。而重要的是金属屏蔽本身必须接真正的地。
3.滤波
滤波指各类信号按频率特性分类并控制它们的方向。常用的有各种低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器。低通滤波器用在接入的交流电源线上，旨在让50周的交流电顺利通过，将其它高频噪声导入大地。低通滤波器的配置指标是插入损耗，选择的低通滤波器插入损耗过低起不到抑制噪声的作用，而过高的插入损耗会导致“漏电”，影响系统的人身安全性。高通、带通滤波器则应根据系统中对信号的处理要求选择使用。
印制电路板的布线与工艺
   印制电路板的设计对单片机系统能否抗干扰非常重要。要本着尽量控制噪声源、尽量减小噪声的传播与耦合，尽量减小噪声的吸收这三大原则设计印制电路板和布线。当你设计单片机用印制电路板时，不仿对照下面的条条检查一下。
·印制电路板要合理区分，单片机系统通常可分三区，即模拟电路区(怕干扰)，数字电路区(即怕干扰、又产生干扰)，功率驱动区（干扰源）。
·印刷板按单点接电源、单点接地原则送电。三个区域的电源线、地线由该点分三路引出。噪声元件与非噪声元件要离得远一些。
·时钟振荡电路、特殊高速逻辑电路部分用地线圈起来。让周围电场趋近于零。
·I/O驱动器件、功率放大器件尽量靠近印刷板的边，靠近引出接插件。
·能用低速的就不用高速的,高速器件只用在关键的地方。
·使用满足系统要求的最低频率的时钟，时钟产生器要尽量靠近用到该时钟的器件。
·石英晶体振荡器外壳要接地，时钟线要尽量短，且不要引得到处都是。
·使用450的折线布线，不要使用900折线,以减小高频信号的发射。
·单面板、双面板，电源线、地线要尽量的粗。信号线的过孔要尽量少。
·4 层板比双面板噪声低20dB。6层板比4层板噪声低10dB。经济条件允许时尽量用多层板。
·关键的线尽量短并要尽量粗，并在两边加上保护地。将敏感信号和噪声场带信号通过一条扁带电缆引出的话，要用地线-信号-地线......的方式引出。
·石英振荡器下面、噪声敏感器件下面要加大地的面积而不应该走其它信号线。
·任何信号线都不要形成环路，如不可避免，环路应尽量小。
·时钟线垂直于I/O线比平行于I/O线干扰小，时钟线要远离I/O线。
·对A/D类器件，数字部分与模拟部分宁可绕一下也不要交叉。噪声敏感线不要与高速线、大电流线平行。
·单片机及其它IC电路，如有多个电源、地端的话，每端都要加一个去耦电容。
·单片机不用的I/O端口要定义成输出。
·每个集成电路要加一个去耦电容，要选高频信号好的独石电容式瓷片电容作去耦电容。去耦电容焊在印制电路板上时，引脚要尽量短。
·从高噪声区来的信号要加滤波。继电器线圈处要加放电二极管。可以用串一个电阻的办法来软化I/O线的跳变沿或提供一定的阻尼。
·用大容量的钽电容或聚脂电容而不用电解电容作电路充电的储能电容。因为电解电容分布电感较大，对高频无效。使用电解电容时要与高特性好的去耦电容成对使用。
·需要时，电源线、地线上可加用铜线绕制铁氧体而成的高频扼流器件阻断高频噪声的传导。
·弱信号引出线、高频、大功率引出电缆要加屏蔽。引出线与地线要绞起来。
·印刷板过大、或信号线频率过高，使得线上的延迟时间大于等于信号上升时间时，该线要按传输线处理，要加终端匹配电阻。
·尽量不要使用IC 插座，把IC直接焊在印刷板上，IC座有较大的分布电容。

数字电路抗干扰  
在电子系统设计中，为了少走弯路和节省时间，应充分考虑并满足抗干扰性 的要求，避免在设计完成后再去进行抗干扰的补救措施。形成干扰的基本要素有三个：  
（1）干扰源，指产生干扰的元件、设备或信号，用数学语言描述如下：du/dt， di/dt大的地方就是干扰源。如：雷电、继电器、可控硅、电机、高频时钟等都可 能成为干扰源。  
（2）传播路径，指干扰从干扰源传播到敏感器件的通路或媒介。典型的干扰传 播路径是通过导线的传导和空间的辐射。  
（3）敏感器件，指容易被干扰的对象。如：A/D、D/A变换器，单片机，数字IC， 弱信号放大器等。  

抗干扰设计的基本原则是：抑制干扰源，切断干扰传播路径，提高敏感器件的 抗干扰性能。（类似于传染病的预防）  
1 抑制干扰源  
 抑制干扰源就是尽可能的减小干扰源的du/dt，di/dt。这是抗干扰设计中最优 先考虑和最重要的原则，常常会起到事半功倍的效果。 减小干扰源的du/dt主要是通过在干扰源两端并联电容来实现。减小干扰源的 di/dt则是在干扰源回路串联电感或电阻以及增加续流二极管来实现。  
 抑制干扰源的常用措施如下：  
（1）继电器线圈增加续流二极管，消除断开线圈时产生的反电动势干扰。仅加 续流二极管会使继电器的断开时间滞后，增加稳压二极管后继电器在单位时间内可 动作更多的次数。  
（2）在继电器接点两端并接火花抑制电路（一般是RC串联电路，电阻一般选几K 到几十K，电容选0.01uF），减小电火花影响。  
（3）给电机加滤波电路，注意电容、电感引线要尽量短。  
（4）电路板上每个IC要并接一个0.01μF～0.1μF高频电容，以减小IC对电源的 影响。注意高频电容的布线，连线应靠近电源端并尽量粗短，否则，等于增大了电 容的等效串联电阻，会影响滤波效果。  
（5）布线时避免90度折线，减少高频噪声发射。  
（6）可控硅两端并接RC抑制电路，减小可控硅产生的噪声（这个噪声严重时可能 会把可控硅击穿的）。

按干扰的传播路径可分为传导干扰和辐射干扰两类。  
所谓传导干扰是指通过导线传播到敏感器件的干扰。高频干扰噪声和 有用信号的频带不同，可以通过在导线上增加滤波器的方法切断高频干扰 噪声的传播，有时也可加隔离光耦来解决。电源噪声的危害最大，要特别 注意处理。所谓辐射干扰是指通过空间辐射传播到敏感器件的干扰。一般 的解决方法是增加干扰源与敏感器件的距离，用地线把它们隔离和在敏感 器件上加 蔽罩。  

切断干扰传播路径的常用措施如下：  
（1）充分考虑电源对单片机的影响。电源做得好，整个电路的抗干扰就 解决了一大半。许多单片机对电源噪声很敏感,要给单片机电源加滤波电路 或稳压器，以减小电源噪声对单片机的干扰。比如，可以利用磁珠和电容 组成π形滤波电路，当然条件要求不高时也可用100Ω电阻代替磁珠。  
（2）如果单片机的I/O口用来控制电机等噪声器件，在I/O口与噪声源之 间应加隔离（增加π形滤波电路）。 控制电机等噪声器件，在I/O口与噪声源之 间应加隔离（增加π形滤波电路）。  
（3）注意晶振布线。晶振与单片机引脚尽量靠近，用地线把时钟区隔离 起来，晶振外壳接地并固定。此措施可解决许多疑难问题。  
（4）电路板合理分区，如强、弱信号，数字、模拟信号。尽可能把干扰源（如电机，继电器）与敏感元件（如单片机）远离。  
（5）用地线把数字区与模拟区隔离，数字地与模拟地要分离，最后在一 点接于电源地。A/D、D/A芯片布线也以此为原则，厂家分配A/D、D/A芯片 引脚排列时已考虑此要求。  
（6）单片机和大功率器件的地线要单独接地，以减小相互干扰。 大功率 器件尽可能放在电路板边缘。  
（7）在单片机I/O口，电源线，电路板连接线等关键地方使用抗干扰元件 如磁珠、磁环、电源滤波器，屏蔽罩，可显著提高电路的抗干扰性能。

3 提高敏感器件的抗干扰性能  
提高敏感器件的抗干扰性能是指从敏感器件这边考虑尽量减少对干扰噪声 的拾取，以及从不正常状态尽快恢复的方法。  
提高敏感器件抗干扰性能的常用措施如下：  
（1）布线时尽量减少回路环的面积，以降低感应噪声。  
（2）布线时，电源线和地线要尽量粗。除减小压降外，更重要的是降低耦 合噪声。  
（3）对于单片机闲置的I/O口，不要悬空，要接地或接电源。其它IC的闲置 端在不改变系统逻辑的情况下接地或接电源。  
（4）对单片机使用电源监控及看门狗电路，如：IMP809，IMP706，IMP813， X25043，X25045等，可大幅度提高整个电路的抗干扰性能。  
（5）在速度能满足要求的前提下，尽量降低单片机的晶振和选用低速数字 电路。  
（6）IC器件尽量直接焊在电路板上，少用IC座。
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面向二十一世纪的嵌入式系统综述

北京诺浩数字基因研究所
中国单片机公共实验室(BOL)

吕京建 肖海桥
(http://www.bol-system.com)
   摘要：本文根据应用领域，对计算机分类提出了嵌入式计算机和通用计算机的新定
义，总结了嵌入式系统工业及其开发的特点，概括了嵌入式处理器的发展及现状。实时
多任务操作系统(RTOS)已成为嵌入式系统的热点，本文对RTOS及其与嵌入式开发的关系
进行了详细讨论，提出了当前中国嵌入式系统应用行业面临的困惑和挑战以及建立嵌入
式应用产业化的设想。

关键词：嵌入式软件工业，嵌入式系统，实时多任务操作系统(RTOS)

　  1 计算机工业的分类

   以往我们按照计算机的体系结构、运算速度、结构规模、适用领域，将其分为大型
计算机、中型机、小型机和微计算机，并以此来组织学科和产业分工, 这种分类沿袭了
约40年。近10年来随着计算机技术的迅速发展，实际情况产生了根本性的变化，例如70
年代末定义的微计算机演变出来的个人计算机(PC)，如今已经占据了全球计算机工业的
90  市场，其处理速度也超过了当年大、中型计算机的定义。随着计算机技术和产品对
其它行业的广泛渗透，以应用为中心的分类方法变得更为切合实际，也就是按计算机的
嵌入式应用和非嵌入式应用将其分为嵌入式计算机和通用计算机。
   通用计算机具有计算机的标准形态，通过装配不同的应用软件，以类同面目出现并
应用在社会的各个方面，其典型产品为PC；而嵌入式计算机则是以嵌入式系统的形式隐
藏在各种装置、产品和系统中。

   2 嵌入式系统(Embedded Systems)

   嵌入式系统被定义为：以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适
应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。

   嵌入式计算机在应用数量上远远超过了各种通用计算机，一台通用计算机的外部设
备中就包含了5-10个嵌入式微处理器，键盘、鼠标、软驱、硬盘、显示卡、显示器、网
卡、Modem、声卡、打印机、扫描仪、数字相机、USB集线器等均是由嵌入式处理器控制
的。在制造工业、过程控制、通讯、仪器、仪表、汽车、船舶、航空、航天、军事装备、
消费类产品等方面均是嵌入式计算机的应用领域。

   嵌入式系统是将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术和各个行业的具体应用
相结合后的产物，这一点就决定了它必然是一个技术密集、资金密集、高度分散、不断
创新的知识集成系统。

   今天嵌入式系统带来的工业年产值已超过了1万亿美元，1997 年来自美国嵌入式系
统大会(Embedded System Conference )的报告指出，未来5年仅基于嵌入式计算机系统
的全数字电视产品，就将在美国产生一个每年1500亿美元的新市场。美国汽车大王福特
公司的高级经理也曾宣称，“福特出售的‘计算能力’已超过了IBM” ，由此可以想见
嵌入式计算机工业的规模和广度。1998年11月在美国加州何塞举行的嵌入式系统大会上，
基于RTOS的Embedded Internet成为一个技术新热点。

   美国著名未来学家尼葛洛庞帝99年1月访华时预言，4～5 年后嵌入式智能(电脑)工
具将是PC和因特网之后最伟大的发明。我国著名嵌入式系统专家沈绪榜院士98年11月在
武汉全国第11次微机学术交流会上发表的《计算机的发展与技术》一文中，对未来10年
以嵌入式芯片为基础的计算机工业 辛丝蒲У牟龊驼雇?
   3 嵌入式系统工业(Embedded System Industry, ESI)的特点和要求

   3.1 嵌入式系统工业是不可垄断的高度分散的工业
   从某种意义上来说，通用计算机行业的技术是垄断的。占整个计算机行业90  的PC
产业，80 采用Intel的8x86体系结构，芯片基本上出自Intel，AMD，Cyrix等几家公司。
在几乎每台计算机必备的操作系统和文字处理器方面，Microsoft的Windows及 Word 占
80-90 ，凭借操作系统还可以搭配其它应用程序。因此当代的通用计算机工业的基础被
认为是由Wintel(Microsoft和Intel 90年代初建立的联盟)垄断的工业。

   嵌入式系统则不同，它是一个分散的工业，充满了竞争、机遇与创新，没有哪一个
系列的处理器和操作系统能够垄断全部市场。即便在体系结构上存在着主流，但各不相
同的应用领域决定了不可能有少数公司、少数产品垄断全部市场。因此嵌入式系统领域
的产品和技术，必然是高度分散的，留给各个行业的中小规模高技术公司的创新余地很
大。另外，社会上的各个应用领域是在不断向前发展的，要求其中的嵌入式处理器核心
也同步发展，这也构成了推动嵌入式工业发展的强大动力。

   嵌入式系统工业的基础是以应用为中心的“芯片”设计和面向应用的软件产品开发。

   3.2 嵌入式系统具有的产品特征
   嵌入式系统是面向用户、面向产品、面向应用的，如果独立于应用自行发展，则会
失去市场。嵌入式处理器的功耗、体积、成本、可靠性、速度、处理能力、电磁兼容性
等方面均受到应用要求的制约，这些也是各个半导体厂商之间竞争的热点。

   和通用计算机不同，嵌入式系统的硬件和软件都必须高效率地设计，量体裁衣、去
除冗余，力争在同样的硅片面积上实现更高的性能，这样才能在具体应用对处理器的选
择面前更具有竞争力。嵌入式处理器要针对用户的具体需求，对芯片配置进行裁剪和添
加才能达到理想的性能；但同时还受用户订货量的制约。因此不同的处理器面向的用户
是不一样的，可能是一般用户，行业用户或单一用户。

   嵌入式系统和具体应用有机地结合在一起，它的升级换代也是和具体产品同步进行，
因此嵌入式系统产品一旦进入市场，具有较长的生命周期。嵌入式系统中的软件，一般
都固化在只读存储器中，而不是以磁盘为载体，可以随意更换，所以嵌入式系统的应用
软件生命周期也和嵌入式产品一样长。另外，各个行业的应用系统和产品，和通用计算
机软件不同，很少发生突然性的跳跃，嵌入式系统中的软件也因此更强调可继承性和技
术衔接性，发展比较稳定。

   嵌入式处理器的发展也体现出稳定性，一个体系一般要存在8-10年的时间。一个体
系结构及其相关的片上外设、开发工具、库函数、嵌入式应用产品是一套复杂的知识系
统，用户和半导体厂商都不会轻易地放弃一种处理器。

   3.3 嵌入式系统软件的特征
   嵌入式处理器的应用软件是实现嵌入式系统功能的关键，对嵌入式处理器系统软件
和应用软件的要求也和通用计算机有所不同。

   (1) 软件要求固态化存储
   为了提高执行速度和系统可靠性，嵌入式系统中的软件一般都固化在存储器芯片或
单片机本身中，而不是存贮于磁盘等载体中。

   (2) 软件代码高质量、高可靠性
   尽管半导体技术的发展使处理器速度不断提高、片上存储器容量不断增加，但在大
多数应用中，存储空间仍然是宝贵的，还存在实时性的要求。为此要求程序编写和编译
工具的质量要高，以减少程序二进制代码长度、提高执行速度。

   (3) 系统软件(OS)的高实时性是基本要求
   在多任务嵌入式系统中，对重要性各不相同的任务进行统筹兼顾的合理调度是保证
每个任务及时执行的关键，单纯通过提高处理器速度是无法完成和没有效率的，这种任
务调度只能由优化编写的系统软件来完成，因此系统软件的高实时性是基本要求。

   (4) 多任务操作系统是知识集成的平台和走向工业标准化道路的基础

   3.4 嵌入式系统开发需要开发工具和环境
   通用计算机具有完善的人机接口界面，在上面增加一些开发应用程序和环境即可进
行对自身的开发。而嵌入式系统本身不具备自举开发能力，即使设计完成以后用户通常
也是不能对其中的程序功能进行修改的，必须有一套开发工具和环境才能进行开发，这
些工具和环境一般是基于通用计算机上的软硬件设备以及各种逻辑分析仪、混合信号示
波器等。

   3.5 嵌入式系统软件需要RTOS开发平台
   通用计算机具有完善的操作系统和应用程序接口(API )，是计算机基本组成不可分
离的一部分，应用程序的开发以及完成后的软件都在OS平台上面运行，但一般不是实时
的。嵌入式系统则不同，应用程序可以没有操作系统直接在芯片上运行；但是为了合理
地调度多任务、利用系统资源、系澈约昂妥铱夂涌冢没П匦胱孕醒∨銻TOS
开发平台，这样才能保证程序执行的实时性、可靠性，并减少开发时间，保障软件质量。

   3.6 嵌入式系统开发人员以应用专家为主
   通用计算机的开发人员一般是计算机科学或计算机工程方面的专业人士，而嵌入式
系统则是要和各个不同行业的应用相结合的，要求更多的计算机以外的专业知识，其开
发人员往往是各个应用领域的专家。因此开发工具的易学、易用、可靠、高效是基本要
求。

   结 语
   中国的单片机应用和嵌入式系统开发走过了15年的历程，有超过10万名从事单片机
开发应用的工程师，但95 以上是3~5个人的小组以孤军奋战的封闭方式开发几乎不可重
用的软件。今天面对的是嵌入式系统工业化的潮流，如果我们不能认清嵌入式软件必须
以工业化的方式生产开发，不理解在短时间内装配集成“数百人年”嵌入式产品软件库
固化于芯片之中的方法，那么我们将失去更多“上游”产品的市场机遇；反之在我国大
力推动和建设“嵌入式软件工厂”，使我国的嵌入式软件库(零件)产品化并溶入国际市
场，对加速知识创新和建立面向21世纪的知识经济具有战略意义。

我们在此希望通过http://www.mcu-world.com中文网址与各位长期探索交流。
Comprehensive Survey on MCU & Embedded System Industry
Beijing Open Lab. Lu Jingjian
(P.O.Box 9716 - 401, Beijing, 100101)
[Abstract] The article gives the new definition of embedded computer on basis
of computer’s classification according to the application’s fields. It sums
up the features of the embedded system industry, generalizes the development
and situation of embedded processors. Real Time Operation System ( RTOS ) has
became the hot topic in the field of embedded system. And RTOS and its
relationship with embedded development are also discussed in this article. It
submits the puzzles and challenges faced by microcontroller application
industry of China and how to establish the concepts of embedded application
industrialization.

[Key Words] Embedded Software Industry, Embedded System, RTOS

数字技术中的模拟电路技术

　　由于数字电路是利用上升沿/下降沿很短的脉冲信号，所以会向外部放出包括高频成分的多余电磁波（噪声），而且对外部来的电磁波（噪声）敏感地响应，造成误动作。另外在电路内部也存在线间产生交调失真、数字器件的通/断时电流急骤变化引起电源电压变动等问题。这样就需要在数字电路中考虑布线的电感和寄生电容构成的分布常数电路、防止上冲、下冲造成波形的混乱及信号反射、延迟、衰减、线间电磁干扰的交调失真。而解决这问题的滤波器、屏蔽等都是模拟技术。

　　由于数字电路技术在汽车、火车、收音机控制中的应用，高可靠性地实现了以前用模拟技术无法实现的高功能。但是由于噪声会引起系统及电路误动作，尤其对机器为系统是致命的问题。而模拟电路即使有噪声，也只是暂时降低数据的精度，一旦噪声消失，就具有自我恢复功能的特征。因此将实现高功能的数字电路和具有自我恢复/自我确认能力的模拟电路组合应用，对防止移动控制系统、数字电路噪声引起的误动作将会是一种安全的方案。

电路设计时要特别注意的地方

　　在电路设计后，为了进行工作验证，需要组装电路进行实验。但是结果会经常出现不按设计那样工作。例如设计的放大器却变成了振荡器，在模拟电路中由于混入数字电路来的噪声，使模拟信号的波形失真、工作不稳定、不能顺利得到数据。

　　对低频电路来说，无论谁组装，只要布线不接错，各种不同的安装、布线、电路特性几乎没有差异，可得到相同的数据。但是高频却不同了，由于安装方法不同，一般会得到不同特性的数据。

　　在高频电路及高速数字电路中，如果有一条线就会形成电感成分（寄生），如果有两条线则在线间就会形成寄生电容成分及互感成分（寄生），即所谓三寄生。所形成的三寄生数值是很微小的，因此在低频时几乎不成问题，但是在高频领域却不能忽略该C、L成分的影响。

　　最近为了提高机器的性能，经常将从低频到高频的模拟电路、高速数字电路、微型模拟电路及大电流电路等各种电路混在一起，这样会造成电路的不稳定及频率特性恶化。其中主要原因就是在设计时未充分考虑上述三寄生，而无法维持可靠性和安全性。

　　另外，电路图中只用二维表现半导体器件及R、C、L的集中参数，但这并不能代表实际电路的性能和功能。实际的动作是三维空间，包括频率就是四维空间了。因此，由交调失真、反射、静电、电磁结合形成的微电流电路在高频电路中会对特性、功能造成影响。最近的IC想根据时代的要求，很多是高速动作的器件，对高频噪声的响应很敏感。因此在使用器件时要根据电路功能选择相应的元器件，尽量避免使用高于要求的高速IC。

　　在电路图中通常将电源、地线、信号线的阻抗均按零欧姆考虑的。但是实际上是不存在零欧姆的，而且频率越高，电感和寄生电容的影响越大。结果，电路相互结合及外部电磁场的影响大到不能忽略的程度，造成电路不稳定及频率特性恶化。在模拟电路中应解决误差、噪声及时间延迟问题；而数字电路中解决抗噪声，通过同步使之不受时间延迟的影响，对改善电路特性是非常重要的。

必须注意动态噪声“静电”的影响

　　能引起电气设备误动作的噪声源很多，例如我们周围的日光灯、除尘器、无线电收发信机、变压器、变换器等。这些都是属于电磁场噪声源。除此之外，引起误动作的噪声源是静电放电。

　　由于静电放电电流和瞬间产生的高电压会使IC破坏，从而使系统或设备造成误动作和故障。为了防止静电放电，从元器件的购买到设备的设计、生产和包装都要采取必要的措施。在设计方面可以采取以下措施：

　　（1）避免使用超出要求的高速IC、特别是注意输入电路。在可能的情况下输入电路采用差分方式。滤波电路要紧靠IC连接。

　　（2）对半导体进行输入保护。在连接器的输入部分为了使噪声控制在半导体耐压值以下而加入限幅电路。由于CMOS栅极抗静电噪声性能弱，所以不易用于连接器的输入部分。

　　（3）避免使用边沿解发型IC，而使用选通方式或带门闩的电路。

　　（4）为了抑制误动作的发生率，在控制端、输出端应做成低有效逻辑。

　　（5）对高灵敏度的信号输入要进行滤波。将频带外的高频滤除，这对运算放大器不输入过大的信号是很重要的。还要注意所用电容器的引线电感。

　　（6）在软件方面也要采取了一些措施。由于静电放电是一次性过渡脉冲，所以可通过多次校验检出错误数据。在微机中为了防止意外停止而设置看门狗电路（监视电路）。

　　（7）电子电路及布线要远离放静电的金属机箱。

　　（8）机箱的金属和金属连接部分要除去涂料紧密相接，尽可能加螺钉固定。

　　为了减少由放电电流产生的电磁场影响，在印制电路板上应该采取如下措施：

　　（1）减少环面积。

　　在所形成的环中由于磁通交联，会在该环中感应电流，环的面积越大磁通交联的越多，感应的电流也就越大。因此为了使电源、地线所形成的环面积最小，应使电源和地线尽量接近布线。在电源、地线之间安装高频旁路电容，使环面积减少。为了减小信号线和地线之间形成的环面积，将信号接近地线进行布线。

　　（2）使布线最短。要考虑信号线长度的分配，设计时将低有效信号线加长，而将高有效信号线做成最短。各器件相互间的布线做成最短，并将连接在输入输出线上的器件安装在端子的附近。

　　（3）使用多层线路板，这是在模拟电路及高速数字电路中觉见的。

　　在高速数字电路中，脉冲信号的频谱具有非常宽范围的高次谐波成分。使用的工作频率越高，受寄生电容、电感的影响越大。假设具有电感L的图形上流过高频电流I，则电感L产生的压降为：

　　V=L·di/dt

　　该图形就像一个天线，将辐射噪声发送出去。将地线做成面可减少地线的阻抗，降低放电电流产生的电压降。

　　对接口电缆应采取防静电措施：

　　电缆的屏蔽线两端连接在机壳上。在可能产生地线环的地方为使高频短路而加旁路电容。在无机壳地时也不应该与逻辑地连接。对于扁平电缆可在信号线和信号线之间加入地线。

开关电源用作模拟信号电源时应注意的问题

　　所谓开关电源是通过脉冲调制方式稳定输出电压的电源电路形式。这种方式由于只是开关部分消耗功率，所以开关速度越快电源的效率越高，因此一般使用高速开关器件。这种电源由于效率高，从大功率的机器到小型轻量的机器应用非常广泛。但是伴随着高速开关动作而存在着开关噪声漏出的缺点，这种用作模拟电路的电源，将会产生很多问题。

　　将开关电源用作模拟电路的电源使用时，高频噪声就会进入模拟信号的频带内，使模拟信号的信/噪比变坏。虽然开关噪声一般只是50～100mVpp，相当小，但由于模拟信号的动态范围大，这样的噪声经常会产生问题。特别是用于A/D变换器等机器中时，当在判断变换时的电平时刻信号上重叠了噪声，就会产生变换错误，从而得不到预期的精度。

　　为了解决在模拟电路中使用开关电源存在的问题，可以在选择开关电源时注意以下两个方面：

　　（1）开关电源的噪声电平尽量小；

　　（2）开关噪声成分不进入信号的频带内。

　　由于模拟信号的电平高，开关噪声对信号噪声比就不会产生影响。为了使开关噪声不进入信号频带，最简单的方法是选择比模拟信号的最高频带更高开关频率的电源。

　　在无法按上述办法选择时，就必须想办法减少电源产生的开关噪声。这些方法包括：

　　（1）在外部增加电容器。

　　（2）通过外部电源产生的开关噪声。

　　（3）并用系列调节器。

petri网

　　petri网是一种使用图形方式对系统进行需求规格说明的技术，用来定义多进程、多任务系统的数学模型，易于描述系统的并发、竞争、同步等特征，并可用于评价和改进系统。如今，petri网已经大量应用于各种系统的模型化。与fsm相比，petri网不仅能描述同步模型，更适合于相互独立、协同操作的处理系统。

　　petri网的组成成分包括：

　　(1)一个有限的库所（place）集合，表示系统的状态。

　　(2)一个有限的变迁（transition）集合，表示系统中的事件。

　　(3)一个有限的连接库所到变迁或者反向的有向箭头的集合，又分输入和输出。

　　下面的图为一petri网示例，图中的库所用圆圈表示，变迁由矩形表示。
　　petri网有如下特性：

　　(1)状态

　　通过标记petri网的库所来给出其状态，标记petri网的库所在图形中表现为对库所插入数目不同的令牌。

　　(2)状态变化规则

　　一个变迁可以有多个输入或输出库所，如果一条有向箭头是从库所到变迁，则该库所是该变迁的一个输入库所，反之则为输出库所。如果一个变迁中每一个输入库所都至少有一个令牌，则称该变迁是一个使能变迁。

　　(3)点燃

　　一个使能变迁可以被点燃，即从该变迁的每一个输入库所中移走一个令牌，在该变迁的每一个输出库所中增加一个令牌。


图 petri网示例

　　图中，库所中的星号代表令牌。由(a)中可以看出，变迁t1和t2都是使能的，(b)表示了点燃t1的过程，(c)表示了点燃t2的过程。从这个模型中可以看出，在给定初始令牌后，petri网的发展过程可能是不同的。在petri网中，经常利用变迁来模拟一个事件，而点燃则用来表示事件的发生。这样，如果一个变迁所表示的事件的发生条件是满足的，那么这个变迁就是使能的，库所中的星号标记则说明某个条件是满足的。图2中的petri网可分为两部分，一部分是由变迁t1、t3组成，另一部分由t2、t4组成，这相当于是两个独立的工作流，并且共享了资源p3。开始时，双方可以互不干涉地、异步地进行，因为变迁t1和t2双方互不妨碍。点燃t1后，t3处于使能状态，点燃t2后，t4处于使能状态。在两个变迁都点燃后，两个工作流都有新的变迁处于使能状态，但是这两个变迁的点燃处于竞争状态，两个工作流中只能有一个获得p3的资源从而得以继续变迁。如果资源满足的情况可以解决这种冲突，就可以设p3的令牌有两个，两个工作流就互不干扰，可以并发执行。

[size=4]以上是开发你自己的PLC、SoftPLC或编译器必备的一小部分知识，还有很多......
所以只有国家和大财团组织的开发项目还有意义，个人在车库开发苹果电脑的时代已经过去。[/size]