集成电路可靠性设计

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集成电路可靠性设计范文第1篇

【关键词】单片机；硬件电路；可靠性

1 单片机及其相关元器件的选择

为提高单片机系统的抗电磁干扰能力，使产品能适应恶劣的工作环境，满足电磁兼容性方面更高标准的要求，各个单片机厂家在设计单片机内部电路时均采取一些新的技术措施。一些新兴的单片机还在单片机内部增加了看门狗定时器，如AT89C51的换代产品AT89S51。有的单片机还内置电源检测和复位电路，如微芯公司的某些型号的PIC单片机，这些措施大大增强了单片机自身的抗干扰能力。因此从选型上来看，可以考虑选择一些新型的单片机，如ATMEL公司推出的AT89S51，不但内含看门狗定时器，而且可以关闭ALE信号以提高系统的可靠性。除了MCU的选择外，其他元器件的选择也很重要，如半导体二极管、三极管以及集成电路各项电气参数应能满足系统性能的基本要求。在集成电路的选择上也有一个基本的原则，一般情况下，CMOS数字集成电路的抗干扰能力要强于TTL集成电路，这是因为CMOS数字集成电路的噪声容限较TTL的高，因而比较而言其抗干扰能力也强。对于常用的TTL门电路，其抗干扰能力也有区别，54系列集成电路的工作温度和电源电压都比74系列的高，一般应用于环境较为恶劣的场合，抗干扰能力也高于74系列。在使用CMOS芯片时，由于CMOS芯片的输入电阻极大，因此对于干扰信号比较敏感，因此电路不用的输入引脚不可开路，可以根据实际情况将输入端接电源或直接接地，否则的话很容易增加CMOS芯片的功耗，严重的会导致芯片被静电击穿。

2 电路板PCB布线的可靠性设计

2.1 布线:PCB导线的布设应尽可能的短，印制导线的拐弯如能成圆角则不采用直线形式，以减小高频信号对外的发射与耦合。布置双面板时，正反两面的导线应采用垂直布线，避免相互平行，以减小寄生耦合。走线的宽度应能满足电气性能要求，导线宽度在大电流情况下还要考虑其温度。通常情况下（经验值），1mm宽度走线的最大承载电流在1~2A之间（根据板材而定），信号线可选择在10~12mil（约0.25~0.3mm）。在高密度、高精度的印制线路中，导线宽度和间距一般可取12mil（0.3mm）。为了提高系统的抗干扰能力，应采取线路板全局性环形屏弊，并尽可能让地线和电源线宽一些。走线导线的间距必须能满足电气安全要求，最小间距至少要能满足所能承受的电压，如条件允许，间距应尽量宽些。由于电路板的一个过孔会带来大约10PF的电容效应，这对于高频电路，将会引入太多的干扰，所以在布线的时候，应尽可能地减少过孔的数量。

2.2 接地:在地线的布置上，数字地和模拟地要分开布置，最后都要接到电源地上，尤其是在设计A/D、D/A转换电路时一定要遵守该规则，否则可能会大幅度降低A/D采样的精度。其次，地线应尽量加宽加粗，若线径很细，接地电位则随电流的变化而变化，会造成系统的抗噪声性能变坏。因此应将接地线尽量加粗，如有可能，接地线的宽度应大于3mm。最后，接地线最好构成闭环路，这是因为印制线路板上的集成电路元件在流过大电流时，因受接地线粗细的限制，会在地线上产生较大的电位差，引起抗噪声能力下降，若将接地线构成环路，则会缩小电位差值，提高电子设备的抗噪声能力，在设计数字电路时更应如此。

3 抗干扰措施

集成电路可靠性设计范文第2篇

【关键词】可靠性；故障率；可靠性设计

随着市场经济的发展，人们对产品的使用性能要求不断提高，同时也更加重视产品的可靠性和安全性。我国在20世纪70年代在电子工业和航空工业中初步形成可靠性研究体系，并应用于军工产品，与先进国家差距20～30年。目前我国在用的可靠性标准是国家军用标准《GJBZ299C-2006电子设备可靠性预计手册》，此标准为电子设备和系统的可靠性预计提供了基本数据和方法。本文简述电子产品可靠性预计理论，对电子产品的可靠性设计方法提出参考性建议。

1.可靠性的技术指标

产品在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的能力称为可靠性。“规定条件”指使用时的环境条件和工作条件；“规定时间”指产品规定的任务时间；“规定功能”指产品规定的必须具备的功能及其技术指标。

衡量产品可靠性水平标准有定量的，也有定性的，最常用的有可靠度、可靠寿命、故障率（失效率）λ（t）、有效寿命与平均寿命、平均无故障工作时间MTBF，本文只介绍常用的两种评价方式。

1.1平均无故障时间MTBF

在规定条件下、规定时间内完成规定功能的概率；平均故障间隔时间MTBF的计算方法有两种。

（1）元器件计数法：该方法适用于产品设计开发的早期。它的优点是不需要详尽了解每个元器件的应用及它们之间的逻辑关系就可迅速估算出产品的故障率，但预计结果比较粗糙，本文不做具体说明。

（2）应力分析法：适用于电子产品详细设计阶段，产品具备了详细的元器件清单、电应力比、环境温度等信息，这种方法比元器件计数法准确，是产品在定型和批量生产时进行可靠性分析实际应用的方法。

首先求出每个元器件的工作故障率λpi=λbπEπTπQ

式中：λpi―第i种元器件的工作故障率；

λb―元器件基本故障率； πE―环境系数；

πT―温度系数；πQ―质量系数。

然后计算产品的工作故障率λs：

λs=Nλpi

式中：λpi―第i中元器件的工作故障率；

N―第i种元器件的数量； n―产品中元器件的种类数。

最后计算产品的平均无故障时间MTBF=1/λs。

1.2产品故障率λ（t）

产品在规定的使用条件下使用到时刻t后，产品失效的概率。

λ（t）可用下式进行计算：

λ（t）=

式中：Δr（t）―t时刻后，Δt时间内的发生故障的产品数；

Δt―时间间隔；Ns（t）―在t时刻没有发生故障的产品数。

1.3浴盆曲线

大多数产品的故障率随时间的变化曲线形似浴盆，故将故障率曲线称为浴盆曲线。产品故障机理虽然不同，但产品的故障率随时间的变化大致可分为三个阶段：

（1）早期故障阶段：在产品投入使用的初期，产品的故障率较高，且存在迅速下降的特征。

（2）偶然故障阶段：在产品投入使用一段时间后，产品的故障率可降到一个较低的水平，且基本处于平衡状态，可以近似认为故障率为常数。

（3）耗损故障阶段：在产品投入使用相当长时间后，产品进入耗损故障期，产品的故障率迅速上升，出现大量的产品故障或报废。

2.可靠性设计技术

可靠性设计包括对产品的可靠性进行预计、分配、技术设计、评定等工作。为提高电子产品的可靠性，产品设计时应注意结构尽量简单化、插件化，尽量选用成熟的结构和典型的电路，还要对产品的性能、可靠性、经济性综合考虑。

常采用的可靠性设计技术有元器件的降额设计、冗余化设计、热设计、电磁兼容设计等。

2.1降额设计

降额设计是使元器件在低于额定值的应力状态下工作。为了提高元器件的使用可靠性，延长产品的寿命，降低施加在器件上的工作应力（如：电、热、机械应力等），以保证电路既能可靠地工作，又能保持所需的性能。通常电阻降额是降低其使用功率与额定功率之比，电容降额是使工作电压低于额定电压，半导体分立器件降额是使功耗低于额定值，接触元件则降低张力、扭力等。

电子元器件通常有一个最佳的降额范围，在这个范围内，元器件工作应力的变化对其失效率有显著的影响。设计时应综合考虑降额的条件及降额的量值，使降额时设备的可靠性增长效益最大，设计上实现困难最小。

2.2热设计

由于现代电子设备所用的电子元器件的密度越来越高，这将使元器件之间通过传导、辐射和对流产生热耦合。因此热应力是影响电子元器件失效率的一个最重要的因素。对于某些电路来说，可靠性几乎完全取决于热环境。有资料表明环境温度每提高10℃，元器件寿命约降低1/2，这就是有名的“10℃法则”。为了达到预期的可靠性目的，必须将元器件的温度降低到实际可以达到的最低水平。

热设计包括散热、加装散热器和制冷三类技术， 最常采用的方法是加散热器方式，如在计算机机箱的电源附近加上风扇，以达到物理散热。

2.3冗余设计

冗余设计是用一台或多台相同单元（系统）构成并联形式，当其中一台发生故障时，其它单元仍能使系统正常工作的设计技术。这种设计技术通常应用在比较重要，而且对安全性及经济性要求较高的场合，如锅炉的控制系统、程控交换系统等。

2.4电磁兼容性设计

电磁兼容性问题可以分为两类：是指设备或系统在其电磁环境中符合要求运行并不对其环境中的任何设备产生无法忍受的电磁干扰的能力。因此，EMC包括两个方面的要求：一方面是指设备在正常运行过程中对所在环境产生的电磁干扰不能超过一定的限值；另一方面是指器具对所在环境中存在的电磁干扰具有一定程度的抗扰度，即电磁敏感性。

为了使产品达到电磁兼容状态，通常采用印制电路板设计、电源线滤波、信号线滤波、接地等技术。印制电路板应尽量采用大板或多层板以减少接插点，元器件布局时发热元件远离关键集成电路，布线尽量避免直角走线。对噪声干扰特别敏感的器件应重点隔离。频率大于10兆赫的高速器件走线尽可能短。对于常插拔的部件，设计成单面走线，尽量避免从两侧引出电缆，以便减小共模电流辐射。电源线应尽可能的靠近地线，数字地与模拟地分开。低频电路的地采用单点并联接地，高频电路采用多点串联接地，接地线加粗构成闭环路。

3.结束语

随着电子产品的技术革新和广泛应用，产品可靠性已成为衡量企业产品质量的关键技术指标。近年来，国家电网招标文件中就明确规定了投标企业必须提供包括产品设计方案、主要元器件性能、可靠性计算过程及结果、可靠性相关工艺等内容的可靠性预计报告，这也促进了企业在设计开发、生产和试验中开展可靠性设计和分析工作，为产品质量的可靠性管理工作建立了良好的基础。

【参考文献】

[1]钱振宇.开关电源的电磁兼容性设计、测试和典型案例.电子工业出版社ISBN，2011-07-01.

集成电路可靠性设计范文第3篇

【关键词】开关电源 可靠性 三防设计

随着科学技术的进步，开关电源已经应用于人们生活的方方面面，人们对开关电源的的可靠性要求也在不断的提高，开关电源的可靠性是保证设备正常运行的关键。为此如何设计出可靠性性能高的开关电源成为相关研究者重点研究的方向。

1 开关电源可靠性设计

1.1 供电方式的选择

集中式供电系统和分布式供电系统是开关电源主要两种供电方式，其中集中式供电系统会由于输出间和传输距离不同的偏差，容易造成压差，给整个供电的质量造成影响，另外，集中式供电系统采用一台电源集中供电，一旦该电源发生故障就会影响整个供电系统，分布式供电系统相比集中式供电系统供电质量具有一定的优势，其供电电源和负载距离比较近，能够有效改善动态响应特性，除此之外，还具有能源损耗小，传输效率高，节约能源的优点，因此分布式供电星相比集中式供电具有一定的可靠性。在设计开关电源时，出于可靠性的考虑，通常都应用分布式供电系统，

1.2 电路拓扑选择

开关电源的拓扑的结构非常多，有推挽式、半桥、全桥、单端正激式，单段反激式，双管正激式，双单端正激式、双正激式等八种拓扑结构，双桥或者半桥正激式电路开关能够满足电源最大的输入电压，所以在选择开关管时比较容易，单端反激式、单端正激式、推挽式双端正激式、电路拓扑，其开关管的承受电压大约是2倍的输入电压，给开关管选择带来很大的困难。全桥拓扑结构和推挽式拓扑结构容易出现单向偏磁饱和现象，容易造成开关管损坏，半桥电路本身具有自动抗不平衡的特点，可以有效改善开关管损坏的现象。所以根据拓扑结构的特点，为了保证开关电源的可靠性通常选用双管正激式电路或者半桥电路。

1.3 控制策略

电流型PWM控制主要是中小功率电源中应用的方法，其在电压控制方面具有以下优势：

（1）比电压型控制速度快，并且不出出现电流过大损坏开关管的现象，降低了短路故障和过载现象；

（2）比电压型纹波稳定；

（3）容易补偿，环路稳定；

（4）快速的瞬态响应和优良的电网电压调整率。经过实践证明50W开关电源采用电流控制，输出纹波大约为25mV，远远比电压控制型优良。

硬开关技术往往会受到开关损耗的影响，一般情况下，其开关频率都在350kHZ之下，利用谐振原理的软开关技术，可以将开关的损耗降低到零。软开关技术具有谐振变换器和PWM变换器的优点，可以应用于大功率带能源中。

1.4 元器件

元器件能够直接影响开关电源的可靠性，通常开关电源中元器件失效主要有以下几种原因。

1.4.1 质量问题

制造质量出现问题，解决的方法只有一个就是严格的选择元器件，避免不成熟、劣质的元器件投入使用，选择有知名度的厂家，最大限度的避免因元器件质量问题影响开关电源的可靠性。

1.4.2 器件可靠性问题

器件可靠性是常见的基本失效问题，主要和元器件的工作应力水平有关，因此需要选择可靠性良好的元器件，在选择元器件时将早期失效。密封性能不合格。稳定性差、电参数不合格、外观不合格的元器件剔除。在应用元器件之前进行非破坏性试验进行筛选，通过非破坏性试验可以明显降低元器件可靠性的问题，在进行非破坏性试验时需要让普通电容器和电阻在室温条件下，严格按照技术要求进行测试。

1.4.3 设计问题

为了有效降低设计问题导致的元器件失效，因此在选择元器件时最好选用硅半导体，尽量少用褚半导体或者避免使用褚半导体，；最好使用集成电路，尽可能降低分离器件的数目；尽量使用玻璃封装或者金属封装、陶瓷封装的器件，杜绝使用塑料封装的器件；设计的原则一般是不使用电位器，但是如果无法避免，就需要对电位器最好封装措施，对于在恶劣环境下。例如潮湿、烟雾等，在设计时不要选用率电解电容，由于铝电解电容自身的特性，导致其容易在恶劣的环境中发生腐蚀，进而影响设备的正常运行。在航天设备中应用的元器件因为常常受到空间粒子的影响，容易导致铝电解电容发生分解。因此在选择时尽量不要选用率电解电容。

1.4.4 能源损耗问题

能源损耗问题和元器件的工作应力没有关系，主要和元器件的工作的时间有关，例如铝电解容易如果长时间运行，铝电解电容的电容液就会会被破坏，相应的电电容容量就会降低，电解液没损失40%，电容量就会下降20%。如果点容易的芯子出现干涸，就无法在继续运行，因此为了避免这种情况的发生，在设计开关电源时，最好注明率电解电容的更换时间，在使用达到更换时间时，强制对其进行跟换。

1.5 安全设计和三防设计

安全性是开关电源重要的一项性能指标，如果开关电源不具有安全性就不可能实现预定的功能，还特别容易发生安全事故，从而导致发生无法挽回的重大损失。因此开关电源必须要具有很高的安全性，那么在设计开关电源时，需做好防止触电烧伤的措施，对于防触电可以将输出端设计为空，对于防烧伤控制其暴露在外面的机壳以及散热性等零件不要让去其温度超过60度。在开关设计时，密封的要求也非常高，因此对于要求密封的器件做好相应的密封措施了对于暴露在空气中的结构，不要设计凹陷的结构，做好防潮防腐蚀措施，对于开关的电源结构可以应用密封或者半密封的形势隔绝不利的因素，在组建表面涂覆准用的防潮、防霉菌、防盐雾氢气，避免任何对开关电源不利的因素，保证开关电源的可靠性。

2 结束语

开关电源的可靠性和开关电源设备的性能息息相关，因此保证开关电源的可靠性保证开关电源的设备的正常运行，选择合适的元器件，合适的拓扑电路没做好安全设计和三防设计可以有效提高开关电源的可靠性。

参考文献

[1]姚洪平，刘亿文，薛晨光.开关电源可靠性设计研究[J].电子制作，2013，17：39.

[2]刘志雄.开关电源可靠性设计探讨[J].现代商贸工业，2010，09：325-326.

[3]黄永俊，张居敏，胡月来.开关电源可靠性的设计[J].农机化研究，2005，02：147-148.

集成电路可靠性设计范文第4篇

国奇科技以“最优设计，助造最优中国芯！”为使命，以“一次量产成功”为承诺，以“最优面积、最优性能、最优功耗、最优质量和最优良率”为目标来达到并超越客户对产品质量、信实服务、生产成本、快速量产的期望，促进其产品快速为市场所广泛接受，并使国奇科技成为其最为信赖的设计生产服务合作伙伴。

记者:谷总您好!非常荣幸有机会对您进行采访.能否请您先介绍一下贵公司的具体情况？

谷总:国奇科技2009年9月注册，去年才开始真正意义上的经营, 营业收入2200多万人民币，今年会到5000万左右。目前，公司员工约一百人，近期还在招兵买马，人员结构很完善：研发人员大部分有海外或海外公司背景，平均学历硕士；设计技术覆盖180nm到28nm范围，到现在为止生产性流片代表案例为55nm，一次性量产成功或直接量产成功可以保证。我们集中力量追求成功，目前也实际达到了百分之百成功。我们坚决不作恶性竞争，曲高和寡，能否真正做到百分之百成功可能会遭质疑，所以国内外没有人这样承诺。我们郑重做出这样的承诺――保证直接一次性量产成功，也是作为市场区隔的一种武器。

记者:在前不久召开的“通信集成电路会议”上，您向业界做了一个题为“有直接量产成功保证的集成电路设计服务“的专题演讲，请您阐述一下确保一次流片量产成功与一次流片功能实现两者之间有什么区别？

谷总:实现一次流片成功、做个试验片好多人都能做到，通常这一步只为实现功能，设计目的达到就可以了。而确保一次流片量产成功是直接要满足市场上各种具体要求，是要拿到市场上销售的。做到一次性流片量产成功具体看以下几项：（1）芯片面积是否足够小。（2）每一个芯片的功能、性能是否完全达到，是否完全满足这款产品在市场的适用性。（3）功耗是否做到了足够低。对于一款新片而言,在同样的芯片面积、同样的功能与性能保证下,谁做的功耗越低就越具有竞争性。（4）可靠性问题。业界普遍不太关心这个问题，而我们不同，我们认为这也是设计问题，量产成功一定要有确定的可靠性指标。（5）芯片的良率。工艺没有意外波动的情况下，好的设计是可以保证比较高的良率的。

记者:贵公司是如何帮助IC设计企业来实现一次流片量产成功的?

谷总:主要由前端设计和后端设计两方面来保证:

前端设计一般被业界认为是客户自己的事，与后端提供设计服务的公司无关，但我们不这么认为。通常是委托方将前端设计的结果（门级网表加上约束条件），交给设计服务方做成一个版图，前端设计过程的对与错即网表的对与错与设计服务公司无关；这是我们过去20多年设计服务公司形成的套路。这样只能保证50%以上的成功率。我们认为这样不够，我们认为直接一次量产成功才是我们与客户的共同追求。具体说起来我们在前端设计阶段对客户项目进行7个方面的梳理：（1）时钟信号（时钟模块）。绝大部分客户项目中的时钟模块都有我们的建设性建议，因为后端物理实现和客户理想时钟之间会有差异，并且大的系统时钟很复杂，所以时钟模块很重要。（2）检查全局性信号如置位复位信号等。很多人在设计中采用了异步复位，但对一些细节如什么时候结束却并不清楚。大的SOC系统复位信号非常复杂，往往这个时候我们就能在设计中发现不少问题。（3）时序关系，也叫时序约束关系。检查整个系统时序的完整性、合理性，而这需要有做过物理实现的、处理过大芯片多系统的、有丰富经验的设计服务公司才行。（4）RTL 规范化处理。一个大型系统设计通常都是团队合作，不同的设计人员由于经历、经验、背景不同使得编写风格不统一，每部分单独看都没有问题，但放在一起可能就没法正常工作，这个时候要有一个系统的编码风格和有经验的技术专家从全局的角度把握整个设计；经FPGA验证过的RTL只反映算法实现的正确性，而并不能保证物理上可综合、可实现，这是因为从FPGA代码转为SoC代码后仍然还有一些地方需要进行调整，否则最后得到的芯片还可能无法正常工作。（5）芯片功耗的降低。如今低功耗已成为所有人关注的焦点之一，虽然功耗大小与后端设计以及制造工艺有一定关系，但我们认为后端对省电只能起到20%的作用，80%要靠前端设计来实现，如时钟设计、RTL模块管理等都与功耗有非常密切的联系。我们协助客户在前端设计及后端设计进行双管齐下的功耗优化。（6）合理的可测试性设计（DFT）方案。我们坚持对每一个芯片都做可测性设计，使可测试设计指标---故障覆盖率达到各类产品对可靠性设计的要求，满足故障覆盖率、良率、缺陷产品比例三者之间的关系；并且我们尽可能从RTL阶段就把完整的DFT方案做进设计中，此时可以做到覆盖率最大，而且也最有效。（7）提供先进的RTL综合方案，怎么样把面积做小、功耗做小、性能做好、物理可实现以及库单元的取舍等都是综合时要考虑的。

后端设计：我们后端设计主要把住五个方面。首先是面积，面积大小直接影响芯片产品最终成本，一个7×7mm2的设计如果每边缩小1mm成本就可降低27%，这是相当大的节省；其次是性能，我们的目标是保证产品在所有额定温度范围和工艺条件下都满足性能指标并正常工作；第三是功耗与电源结构，我们对所有设计都用Apache工具进行静态和动态功耗的分析，并结合经验做更合理估算，不仅保证最低功耗与供电结构的安全可靠，而且在流片前就可进行精确预测；第四是通过保证故障覆盖率水平的可测性设计与良率保证达到可靠性设计的目标；第五是良率，良率高底不能简单看成是生产工艺的原因，在同样工艺条件下不同的设计套路对良率影响很大，保证良率对设计方法和经验提出了很高的要求。

记者:国奇科技成立于2009年，在短短三年的时间里，你们取得了怎样的成绩，市场合作情况如何？

谷总:经过这两年零一个月多的时间,公司内部架构及管理制度比较完善了，研发活动及公司运作标准操作规范即SOP也快完成，这是为ISO做准备的；关于技术方面，我们技术的覆盖范围，从0.18um到28nm, 包括相关的IP。IP方面去年做了一批，今年又做出来了一批。从去年到今年公司的知名度有所提升, 客户接待我们的态度有明显转变, 市场对我们的认知度也有很大提高, 我们输掉部分客户的原因不是技术而是我们的品牌效应还不够吧。

记者:贵公司在技术创新方面有何表现？

谷总:在我看来技术创新要有套路。我们已有能处理上千万门的扁平设计流程、数千万门的层次化设计流程和高级低功耗设计流程，技术覆盖了180nm到28nm。28nm在业界是比较先进的, 有很多东西要做归纳和聪明的组合。我们所有的库都要自己重新进行特征参数提取的；我们自己也开发了很多很先进的IP供客户选用；版图知识产权已经拿到了十项, 今年初步规划要申请30项专利, 以后会更多。

记者:作为一家专业的设计服务公司，您认为成功的关键是什么？国奇科技的优势在哪里？未来有何发展策略？

谷总:有人认为成功的关键是与foundry绑定，如GUC与TSMC，对设计服务公司有实质的支持，但这不是每家都做得到的。我们认为,担保一次量产成功才是更重要的。直接量产成功五个要素：面积最小、性能最好、功耗最低、可靠性最好、良率最高, 相辅相成。我们对客户产品的每项指标的承诺是,只会比原来承诺的更好,绝不会比最初的承诺差。我们坚持对客户、对市场的忠实承诺,在迈向成功的路上,要每一步都稳健、扎实、戒骄戒躁。

我们的发展策略也非常清晰,坚持现在走的路，把每个芯片、每个客户项目做成功,做到我们承诺的量产程度,主线就这一条。我相信坚持走这条路线应该会带来正面的市场效应,应该就会有不少回头客的项目。

记者:您是如何看待中国的集成电路设计业？您对中国本土IC设计企业的发展有何建议？

集成电路可靠性设计范文第5篇

Abstract： The design of the electronic scales uses moisture-proof， waterproof and anti-shielding measures， the electronic scales has voltage detection function， the low pressure warning light of LCD display will illuminate when the voltage is below the normal operating voltage. Electronic scales are mainly constituted by microcontrollers， sensors and display device， and the weighing sensor used in this design is resistance strain gage.

关键词： 多功能；精准电子秤；设计；实现

Key words： multi-function；precision electronic scales；design；achieve

中图分类号：TP39 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）04-0203-02

0 引言

目前，电子秤的发展趋势是向提高精度和降低成本方向发展，这样的趋势势必引起市场对高性能、低成本模拟信号处理器件需求的增加。下面作者设计一款多功能精准电子秤，旨在实现重量显示数字化，提高劳动生产率。

1 设计思路

1.1 多功能精准电子秤硬件及电路设计 本多功能精准电子秤的硬件电路主要包括主控板硬件电路和LCD显示屏控制板电路。其中主控制板硬件电路主要包括系统电源电路、微控制器LPC1766最小系统电路、以太网模块电路、AD数据采集电路、FLASH存储器模块电路、键盘模块、RS-232以及USB接口模块。

微控制器LPC1766最小系统电路包括：电源电路，时钟电路和复位电路。

以太网模块部分主要由网络芯片W5100电路和电路构成。

AD模数转换模块包括：AD芯片CS5460C电路以及电路构成。FLASH存储器选择ATMEL公司的AT45DB081D芯片，该芯片的总线接口兼容SPI方式，与微控制器LPC1766的SPI接口相连。

LCD显示屏控制板电路主要包括LCD显示屏控制板微控制器AT89C52电路和显示屏驱动芯片HT1621芯片的电路。

1.2 编辑软件的设计 电子秤控制器的软件主要功能为：系统初始化、显示模块软件初始化、AD数据采集初始化、AD数据采集接收和发送数据、键盘处理任务、数据显示等功能。本设计采用C语言作为主要的开发语言。

2 多功能精准电子秤的实现

2.1 硬件初始化 硬件初始化工作主要完成微控制器的工作模式设定和硬件资源分配，包括：

系统时钟初始化工作是通过调用NXP公司给LPC17XX系列芯片开发的时钟配置库函数进行的。初始化工作实现的功能有：为系统的每一个组件设置时间，设置主要时钟包括选择外部高速晶体（12MHz）作为振荡器的时钟源，使能PLL功能使得芯片的主频275MHZ-550MHZ，设置USB时钟以及设置FLASH加速模块等。本设计中函数为void target nit （void）。

中断配置初始化工作通过调用的函数来实现。中断配置初始化实现的功能有：嵌套向量中断控制器的向量表基地址设置，通过向量表基地址的中断信道号来确定中断类型，禁止以及允许中断服务程序，系统清除中断服务程序。本设计中函数为类型， NT32S zyIsrSet （unsigned int uiChannel， unsigned long Ulf unction，unsigned int uiPrio）。

引脚初始化工作主要是配置微控制器LPC1766的管脚，由于芯片的引脚有复用功能，需要指定引脚使用哪个功能，本设计中函数为void pinlnit（void）；还需要配置引脚是用于输入还是输出，本设计中函数为void pconplnit（void）。

外部FLASH初始化主要完成的功能是选择扇区，复制RAM数据到FLASH，扇区数据擦除，校验数据，从FLASH读取数据等功能。

SPI接口初始化主要完成的功能是SPI接口1的工作模式设定、时序设定、时钟速率设定、字节发送和接收格式设定。

CS5460C初始化主要完成的功能是AD参数初始化，包括零点高低寄存器设置、零跟速度、零跟范围、置零范围、稳定范围等，配置CS5460C的各种寄存器包括/电流偏移寄存器、时基校准寄存器、状态寄存器等。本设计中的函数为void AD-INIT（void）。

2.2 数据采集任务

2.2.1 CS5460C初始化 对CS5460C的程序设计首先应从外部晶振开始。本文采用4.096MHz的外部晶振为芯片提供主时钟，其启动时有20ms的延迟，CS5460C没有上电自动复位功能，需要人工通过发送3个OxFF命令字节和1个OxFE命令字节，使串口与字节界重新同步。接着设置配置寄存器的RS位使系统复位以初始化内部逻辑。完成以上工作后，即可进行转换。

2.2.2 开启CS5460C CS5460C完成初始化以后即可进行数据样，CS5460C采样流程如下：A/D采样模块初始化5460芯片读5460对采样值滤波零点范围判断读5460对采样值滤波求净载值乘校秤系数（内码）将内码值运算为重量值超载判断返回到读5460。

2.3 键盘处理任务 在键盘处理任务中，主要采用DM74LS154芯片进行单片机与键盘的读写操作。DM74LS154芯片是4线-16线的译码器，当选通端（Gl、G2）均为低电平时，可将地址端（ABCD）的二进制编码在一个对应的输出端，以低电平译出。如果将G1和G2中的一个作为数据输入端，由ABCD对输出寻址。键盘处理模块主要的任务的总流程如下：开始读键盘值判断键盘值结束。

2.4 显示模块任务 在本设计中，显示模块是采用微控制器STC89C52来控制两个HT1621芯片进行通信，通过串口来与主控制芯片LPC1766进行通讯。显示任务总流程如下：开始复位初始化单片机init8052（）初始化HTl 621 init_htl621（）初始化串口 UART_Init（）调用显示子程序diszh（）退出。

2.5 系统抗干扰性和可靠性设计

2.5.1 硬件电路抗干扰性和可靠性设计思路

在本设计中就是AD采样芯片CS5460C。在本设计中将AD模块采用屏蔽防护罩来防止外部信号对其干扰。另外，电路系统中的元器件、电源线、信号线等都高密度的集合在电路板中。电路板的好坏也直接影响着系统的可靠性和稳定性。而电路板好坏取决于元器件的选择和布局：

元器件要分布要疏密一致，摆放要合理；应加大它们的距离，以免因放电、击穿而引起意外短路。在电源线路设计中要尽量的将电源和地线加粗；其次，应在集成电路芯片的电源引脚和地线引脚之间加去耦电容；在PCB板设计完成之后要铺铜，并设为地线网络，以降低干扰。

2.5.2 系统软件设计采取的措施

①指令冗余化。对于重要指令应多次反复执行，这样可以纠正干扰引发的错误；对于频率较低的采集数据，需要进行多次采集然后再进行滤波处理；对于对外输出的指令，需要进行多次重复执行以确保信号的可靠性。

②软件看门狗技术。软件看门狗不断监视程序循环运行时间，若发现超过已知的循环设定时间，就强迫程序返回到入口处，使系统运行重新纳入正轨。这种干扰措施将使系统运行的可靠性大大提{。

3 装机调试

用数据线将主控板、键盘、显示屏和传感器进行连接。接通开关电源，按下开关后，显示屏显示0-9自检，然后进入称重状态。当改变传感器上物品重量时，显示也随之改变，这说明硬件和程序都可以正常运行；当按下键盘的功能键时，都可以进入各个相应的功能，说明键盘连接无误，可以正常运行；当用串口助手，通过串口进行数据收发时，都可以正常显示，说明串口可以正常工作；当用网线与计算机连接时，可以正常PING通在同一个局域网其他计算机的IP，说明网络也可以正常工作。

参考文献：

[1]电子称重技术现状及发展趋势[J].仪表技术与传感器，

2007，7：76-78.