求分析讨论：AVR工控板稳定性分析

roken2000 · 发表于 2013-7-17 11:14:56

本帖最后由 roken2000 于 2013-7-17 11:26 编辑

Hi,All,

我们做的项目用的是CPU板+底板的方式，一台设备用5块板，首台样机中，其中一个机械模块约几个小时会出现一次输出异常动作，分析不是程序的原因（CPU通过串口打印调试信息，确实没有输出此信号，但是录像监控底板的输出灯确实亮了），真心求助，这个问题已经分析三天了，设备出货压力大呀，觉都睡不好......

我们做了以下工作：
1.更换整套控制板（怀疑控制板问题，换了三次）
2.将CPU板直接焊接在底板上（怀疑CPU板和底板接触不良）
3.控制板供电从设备中拉出，单独开关电源供电（怀疑供电）----其中底板24V输入，加入DC/DC模块5V隔离输出给CPU板
4.将输出直流马达、传感器、伺服电机重新走线（怀疑接触不良或干扰）
5.将设备内所有接插件重新接插排查

但是现象依旧出现，且出故障的控制板和其他模块的控制板交换，仍旧是该模块出故障，而其他模块（不过其他模块结构和动作与此模块不同，不能类比）不出......

现在跟踪问题怀疑到是CPU输出总线（数据线、地址线、WR/RD）受到干扰，导致输出受到一次错误的锁存数据（输出异常时，再输出一轮新的数据可以矫正回来），各位看看CPU板的原理图设计或者器件选型有无问题，谢谢呀......

roken2000 · 发表于 2013-7-17 11:23:48

昨晚老化跑机，跑了一晚上，没出现问题，结果今天早上又出现了一次异动作......

人都快疯了

......

希望大家发表意见，集思广益才能解决问题呀...

wajlh · 发表于 2013-7-17 11:29:02

是灯还是继电器误动作？既然是CPU没有输出，那就是直接干扰了执行电路。特别是有长线的情况下。查查这里吧，实在不行给这一路加上硬件滤波

roken2000 · 发表于 2013-7-17 11:32:58

wajlh 发表于 2013-7-17 11:29
是灯还是继电器误动作？既然是CPU没有输出，那就是直接干扰了执行电路。特别是有长线的情况下。查查这里吧 ...

CPU板的74AHC573出来信号到底板，底板将此信号加上光耦隔离去驱动MOSFET，MOSFET去驱动直流电机......

从录像监控观察应该是异常信号被锁存到了74AHC573，因为输出异常不是脉冲信号，是持续信号，一直等到下一次新的数据刷新到74AHC573才能矫正回来。

marshallemon · 发表于 2013-7-17 11:36:24

怀疑LZ的程序中共享资源没有处理好

Flyback · 发表于 2013-7-17 11:52:58

只在一个特定的位出现异常？

roken2000 · 发表于 2013-7-17 12:10:25

Flyback 发表于 2013-7-17 11:52
只在一个特定的位出现异常？

不是在特定的位......

roken2000 · 发表于 2013-7-17 12:14:38

marshallemon 发表于 2013-7-17 11:36
怀疑LZ的程序中共享资源没有处理好

marshallemon，您的意思是中断或者其他地方改变了这个输出？

24路输出确实是long型的全局变量，但是绝对没有在中断中去操作过这个变量......

我们在输出函数的接口那里加了串口调试信息，在监控录像出现异常点时，串口调试信息确实没有让输出执行这个输出动作的。

所以，应该不是软件的问题，硬件的问题可能性稍微大一些......

marshallemon · 发表于 2013-7-17 12:19:03

哦，这样啊，如果外接锁存就要注意了，注意空闲状态了锁存信号的电平，防止干扰意外的造成锁存信号从而形成误动作，另外试着给这个锁存信号线增加下驱动能力

lrzxc · 发表于 2013-7-17 12:23:46

另外还要仔细考虑芯片之间接口电平之间的匹配。另外再搜索“总线竞争”看看

wbq_88@126.com · 发表于 2013-7-17 12:30:22

估计是你的电路受到EMI的干扰导致形成的。你在你的马达和电机这些要处理好干扰的屏蔽处理，传感器信号线你必须要包屏蔽层，电机的电源线你需要接磁环做滤波处理，电机的电源端子需要用电容接外壳滤波处理，你板子的电源部分最好用磁珠或者多孔砖做滤波处理。

usm4glx · 发表于 2013-7-17 12:32:10

用的什么编程，可能程序有问题

xjmlfm1 · 发表于 2013-7-17 12:37:07

要求高可靠性的设备上，一般不会用到总线开放的片子的，总线开放会带来很多意想不到的问题。

Wxy8030 · 发表于 2013-7-17 12:40:07

如果是CPU板上的问题，74HC573应该是被CPU操作了 —— 只不过此操作并非程序有意为之，估计还是程序什么地方有 BUG ！

Wxy8030 · 发表于 2013-7-17 12:42:57

xjmlfm1 发表于 2013-7-17 12:37
要求高可靠性的设备上，一般不会用到总线开放的片子的，总线开放会带来很多意想不到的问题。 ...

不能同意你的观点，PLC能驱动那么多点，没有总线难道都靠CPU的IO去控制？也没见有什么问题么

LearningASM · 发表于 2013-7-17 12:46:59

会不会问题出在PCB上面？

wbq_88@126.com · 发表于 2013-7-17 12:51:52

大概看了一下你的电路在附件的电路上你最好做下处理你做的LC滤波器在达到你的lc谐振点时你的这里会出现峰化现象，然而这个锋化尖峰干扰是个致命的干扰，你可以用示波器或者频谱仪观察得到这个点的锋化现象。串一个几欧的电阻后就能抑制锋化现象。

大多的干扰肯定来自你的电机部分。

51EDA技术 · 发表于 2013-7-17 12:54:16

AVR本身抗干扰能力还是很强大的，曾经用到高干扰场合。没出过问题。

roken2000 · 发表于 2013-7-17 13:05:04

CPU的Datasheet上要求不要用74HC573，推荐用74AHC573，那配套的74hc138和74hc00是不是也要上个高速性能的IC呢？下午去趟华强北，搞点74AHC138和74AHC00回来换上，死马当活马医了，哎，试一下......

roken2000 · 发表于 2013-7-17 13:06:13

Wxy8030 发表于 2013-7-17 12:40
如果是CPU板上的问题，74HC573应该是被CPU操作了 —— 只不过此操作并非程序有意为之，估计还是程序什么地 ...

这个不好说，真的不好说，因为程序是另外一个小伙子写的，但是整体的底层框架是我提供的，应该还好，我再查查！我怀疑的还是硬件问题居多......

Vmao · 发表于 2013-7-17 13:13:02

用排除法，你说的出错没说清楚，去掉强干扰源的设备实验看看会有无问题

roken2000 · 发表于 2013-7-17 13:14:32

wbq_88@126.com 发表于 2013-7-17 12:30
估计是你的电路受到EMI的干扰导致形成的。你在你的马达和电机这些要处理好干扰的屏蔽处理，传感器信号线你 ...

wbq_88@126.com 说的是，不过设备中这个模块只有一个伺服和一个步进，8个直流电机，比其他模块伺服和步进还少，单就是这个模块出问题......

之前这边的直流马达输出都是两芯线直接拉过去的，还没有搞屏蔽线，看来要找点屏蔽线试试了...

对看不见的EMI没什么经验呀，郁闷，向前辈学习！

alias · 发表于 2013-7-17 13:22:51

本帖最后由 alias 于 2013-7-17 13:27 编辑

要真正明白原因，就要使用逻辑分析仪，设定为输出异常触发，把触发点设在缓冲记存的 90%。

nuoya99 · 发表于 2013-7-17 13:24:49

怀疑程序是不是有bug，比如原子操作，逻辑临界状态？
串口打印调试信息或许监控不到呢，用外部的监控方式监控输出看看。。。

roken2000 · 发表于 2013-7-17 14:50:11

wbq_88@126.com 发表于 2013-7-17 12:30
估计是你的电路受到EMI的干扰导致形成的。你在你的马达和电机这些要处理好干扰的屏蔽处理，传感器信号线你 ...

让小伙子拿着手电钻和砂轮机，和设备供一个排插，在控制板前猛转，没事

，我倒是希望这个异常现象能频发一下，可惜经常一搞就是几个小时才出现一次，太耗时间捕捉了，哎~~~

erxun · 发表于 2013-7-17 14:58:50

关于M128总线上挂的数字器件，我说说以前做的一个板子，
1.总线输出开关信号，用的74HC273，WR和地址线连接到74HC02输入上，74HC02的输出作为273的输出时钟；
2.读取器件的是74HC245，地址线接OE,RD接DIR引脚。
没有用138来作为地址译码，直接PC0~PC7作为片选引脚使用，所以器件地址和138的就不一样了。
单片机时钟是14.7456MHz,设备已经出货几百台了，前后也三年了，没有出现个总线部分问题。

建议楼主在M128的总线操作上，读 / 写操作插入两个等待周期。输出新地址之前还要插入一个等待周期。反正是开关量操作，一点点的时间延迟也无所谓。

楼主加强一下控制器的硬件设计，在抗干扰性上多下下功夫。

roken2000 · 发表于 2013-7-17 15:10:21

marshallemon 发表于 2013-7-17 12:19
哦，这样啊，如果外接锁存就要注意了，注意空闲状态了锁存信号的电平，防止干扰意外的造成锁存信号从而形成 ...

数据线、地址线和RD/WR等线是否有必要加上拉电阻增强驱动能力呢？我们做技术的总监建议加上拉电阻。加上拉电阻要加20来个，需要重新布一版PCB了，但是还怕有其他的问题...

roken2000 · 发表于 2013-7-17 15:34:08

erxun 发表于 2013-7-17 14:58
关于M128总线上挂的数字器件，我说说以前做的一个板子，
1.总线输出开关信号，用的74HC273，WR和地址线连 ...

刚查了下程序，SRWn1和SRWn0均配置成了1，确实是读/写操作插入两个等待周期，输出新地址之前还要插入一个等待周期。

这个慢一点不会影响程序控制的，但是多一些时序余量，对电路要求稍微低一些。

刚仔细分析了一下逻辑，貌似还是能走得通，看来还是好好好算一下时序余量够不够。

roken2000 · 发表于 2013-7-17 15:48:37

erxun 发表于 2013-7-17 14:58
关于M128总线上挂的数字器件，我说说以前做的一个板子，
1.总线输出开关信号，用的74HC273，WR和地址线连 ...

erxun，你用的74HC273，这个是上升沿锁存，锁存的信号是地址和WR通过74HC02（或非门）出来，那么应该是地址线为低且WR为低时，数据线被锁存进74HC273。看楼上的AVR单片机外部总线时序图，应该在WR的下降沿，AVR的数据线被锁存到指定的74HC273了。

而我用的是74HC573，这个是高电平直通，低电平不通，也可以74HC573是下降沿锁存，74HC573的锁存信号是138译码（低有效）输出取反（自己和自己进74HC00与非）输出。经分析应该是在WR的上升沿，AVR的数据线被锁存到指定的74HC573，理论上来说，我这个时序余量比你的应该更多才对......

哎，不知道为什么你的稳定性这么好，我也要查一下PCB的问题了......

marshallemon · 发表于 2013-7-17 17:06:51

本帖最后由 marshallemon 于 2013-7-17 17:09 编辑

roken2000 发表于 2013-7-17 15:10
数据线、地址线和RD/WR等线是否有必要加上拉电阻增强驱动能力呢？我们做技术的总监建议加上拉电阻。加上 ...

值得一试，数据地址线先不加，只把控制信号线先加上上拉测试，我看你用的是HC系列的片子，你考虑扇出系数了吗？如果你操作的速度不是太快，有没有考虑过使用LS系列的试试

roken2000 · 发表于 2013-7-17 17:25:20

marshallemon 发表于 2013-7-17 17:06
值得一试，数据地址线先不加，只把控制信号线先加上上拉测试，我看你用的是HC系列的片子，你考虑扇出系数 ...

总线上只挂接了3路74AHC573，5路74HC245，其中74HC245是输入到CPU总线的，会算作CPU的扇出吗？如果不算的话，只扇出3路74AHC573，应该能力够吧？

roken2000 · 发表于 2013-7-17 17:27:06

本帖最后由 roken2000 于 2013-7-17 18:12 编辑

另外一个前辈建议不要用WR和RD引入74HC138，用CPU的ALE来代替这两个信号进74HC138，然后RD和WR来去接245和574......

但是我只用了高8位地址线中的3位来做译码，请问各位，我有必要用ALE信号吗？

marshallemon · 发表于 2013-7-17 18:24:47

roken2000 发表于 2013-7-17 17:25
总线上只挂接了3路74AHC573，5路74HC245，其中74HC245是输入到CPU总线的，会算作CPU的扇出吗？如果不算的 ...

这样来说貌似也没啥问题，先把控制线加上拉试试再说吧

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