單片機硬件設計中應注意的問題
在安放去耦電容時需要注意以下幾點：
在印制電路板的電源輸入端跨接100uF左右的電解電容，如果體積允許的話，電容量大一些則更好。
原則上每個集成電路芯片的旁邊都需要放置一個0.01uF的瓷片電容，如果電路板的空隙太小而放置不下時，可以每10個芯片左右放置一個1～10的鉭電容。
對于抗干擾能力弱、關斷時電流變化大的元件和RAM、ROM等存儲元件，應該在電源線（Vcc）和地線之間接入去耦電容。
電容的引線不要太長，特別是高頻旁路電容不能帶引線。
邏輯地和模擬地要分開布線，不能合用，將它們各自的地線分別與相應的電源地線相連。在設計時，模擬地線應盡量加粗，而且盡量加大引出端的接地面積。一般來講，對于輸入輸出的模擬信號，與單片機電路之間通過光耦進行隔離。
在設計邏輯電路的印制電路版時，其地線應構成閉環(huán)形式，提高電路的抗干擾能力。
地線應盡量的粗。如果地線很細的話，則地線電阻將會較大，造成接地電位隨電流的變化而變化，致使信號電平不穩(wěn)，導致電路的抗干擾能力下降。在布線空間允許的情況下，要保證主要地線的寬度至少在2～3mm以上，元件引腳上的接地線應該在1.5mm左右。
要注意接地點的選擇。當電路板上信號頻率低于1MHz時，由于布線和元件之間的電磁感應影響很小，而接地電路形成的環(huán)流對干擾的影響較大，所以要采用一點接地，使其不形成回路。當電路板上信號頻率高于10MHz時，由于布線的電感效應明顯，地線阻抗變得很大，此時接地電路形成的環(huán)流就不再是主要的問題了。所以應采用多點接地，盡量降低地線阻抗。
電源線的布置除了要根據電流的大小盡量加粗走線寬度外，在布線時還應使電源線、地線的走線方向與數據線的走線方身一致在布線工作的，用地線將電路板的底層沒有走線的地方鋪滿，這些方法都有助于增強電路的抗干擾能力。
數據線的寬度應盡可能地寬，以減小阻抗。數據線的寬度至少不小于0.3mm(12mil)，如果采用0.46～0.5mm(18mil～20mil)則更為理想。
由于電路板的一個過孔會帶來大約10pF的電容效應，這對于高頻電路，將會引入太多的干擾，所以在布線的時候，應盡可能地減少過孔的數量。再有，過多的過孔也會造成電路板的機械強度降低。
系統(tǒng)的擴展和配置應遵循以下原則：
盡可能選擇典型電路，并符合單片機常規(guī)用法。為硬件系統(tǒng)的標準化、模塊化打下良好的基礎。
系統(tǒng)擴展與外圍設備的配置水平應充分滿足應用系統(tǒng)的功能要求，并留有適當余地，以便進行二次開發(fā)。
硬件結構應結合應用軟件方案一并考慮。硬件結構與軟件方案會產生相互影響，考慮的原則是：軟件能實現(xiàn)的功能盡可能由軟件實現(xiàn)，以簡化硬件結構。但必須注意，由軟件實現(xiàn)的硬件功能，一般響應時間比硬件實現(xiàn)長，且占用CPU時間。
系統(tǒng)中的相關器件要盡可能做到性能匹配。如選用CMOS芯片單片機構成低功耗系統(tǒng)時，系統(tǒng)中所有芯片都應盡可能選擇低功耗產品。
可靠性及抗干擾設計是硬件設計必不可少的一部分，它包括芯片、器件選擇、去耦濾波、印刷電路板布線、通道隔離等。
單片機外圍電路較多時，必須考慮其驅動能力。驅動能力不足時，系統(tǒng)工作不可靠，可通過增設線驅動器增強驅動能力或減少芯片功耗來降低總線負載。
盡量朝“單片”方向設計硬件系統(tǒng)。系統(tǒng)器件越多，器件之間相互干擾也越強，功耗也增大，也不可避免地降低了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。隨著單片機片內集成的功能越來越強，真正的片上系統(tǒng)SoC已經可以實現(xiàn)，如ST公司 的μPSD32××系列產品在一塊芯片上集成了80C32核、大容量FLASH存儲器、SRAM、A/D、I/O、兩個串口、看門狗、上電復位電路等等。
單片機系統(tǒng)硬件抗干擾常用方法實踐：
形成干擾的基本要素有三個：
干擾源。指產生干擾的元件、設備或信號，用數學語言描述如下：du/dt， di/dt大的地方就是干擾源。如：雷電、繼電器、可控硅、電機、高頻時鐘等都可能成為干擾源。
傳播路徑。指干擾從干擾源傳播到敏感器件的通路或媒介。典型的干擾傳播路徑是通過導線的傳導和空間的輻射。
敏感器件。指容易被干擾的對象。如：A/D、D/A變換器，單片機，數字IC，弱信號放大器等。干擾的分類干擾的分類有好多種，通?？梢园凑赵肼暜a生的原因、傳導方式、波形特性等等進行不同的分類。按產生的原因分：可分為放電噪聲音、高頻振蕩噪聲、浪涌噪聲。按傳導方式分：可分為共模噪聲和串模噪聲。按波形分：可分為持續(xù)正弦波、脈沖電壓、脈沖序列等等。
干擾的耦合方式：
直接耦合：這是直接的方式，也是系統(tǒng)中存在普遍的一種方式。比如干擾信號通過電源線侵入系統(tǒng)。
公共阻抗耦合：這也是常見的耦合方式，這種形式常常發(fā)生在兩個電路電流有共同通路的情況。為了防止這種耦合，通常在電路設計上就要考慮。使干擾源和被干擾對象間沒有公共阻抗。
電容耦合：又稱電場耦合或靜電耦合。是由于分布電容的存在而產生的耦合。
電磁感應耦合：又稱磁場耦合。是由于分布電磁感應而產生的耦合。
漏電耦合：這種耦合是純電阻性的，在絕緣不好時就會發(fā)生。
采取的抗干擾主要手段：
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繼電器線圈增加續(xù)流二極管，消除斷開線圈時產生的反電動勢干擾。僅加續(xù)流二極管會使繼電器的斷開時間滯后，增加穩(wěn)壓二極管后繼電器在單位時間內可動作更多的次數。 -
在繼電器接點兩端并接火花抑制電路（一般是RC串聯(lián)電路，電阻一般選幾K 到幾十K，電容選0.01uF），減小電火花影響。 -
給電機加濾波電路，注意電容、電感引線要盡量短。 -
電路板上每個IC要并接一個0.01μF～0.1μF高頻電容，以減小IC對電源的影響。 注意高頻電容的布線，連線應靠近電源端并盡量粗短，否則，等于增大了電容的等效串聯(lián)電阻，會影響濾波效果。 -
布線時避免90度折線，減少高頻噪聲發(fā)射。 -
可控硅兩端并接RC抑制電路，減小可控硅產生的噪聲（這個噪聲嚴重時可能會把可控硅擊穿的）。
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充分考慮電源對單片機的影響。電源做得好，整個電路的抗干擾就解決了一大半。許多單片機對電源噪聲很敏感，要給單片機電源加濾波電路或穩(wěn)壓器，以減小電源噪聲對單片機的干擾。比如，可以利用磁珠和電容組成π形濾波電路，當然條件要求不高時也可用 100Ω電阻代替磁珠。
如果單片機的I/O口用來控制電機等噪聲器件，在I/O口與噪聲源之間應加隔離（增加π形濾波電路）。
注意晶振布線。晶振與單片機引腳盡量靠近，用地線把時鐘區(qū)隔離起來，晶振外殼接地并固定。
電路板合理分區(qū)，如強、弱信號，數字、模擬信號。盡可能把干擾源（如電機、繼電器）與敏感元件（如單片機）遠離。
用地線把數字區(qū)與模擬區(qū)隔離。數字地與模擬地要分離，在一點接于電源地。A/D、D/A芯片布線也以此為原則。
單片機和大功率器件的地線要單獨接地，以減小相互干擾。大功率器件盡可能放在電路板邊緣。
在單片機I/O口、電源線、電路板連接線等關鍵地方使用抗干擾元件如磁珠、磁環(huán)、電源濾波器、屏蔽罩，可顯著提高電路的抗干擾性能。
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布線時盡量減少回路環(huán)的面積，以降低感應噪聲。
布線時，電源線和地線要盡量粗。除減小壓降外，更重要的是降低耦合噪聲。
對于單片機閑置的I/O口，不要懸空，要接地或接電源。其它IC的閑置端在不改變系統(tǒng)邏輯的情況下接地或接電源。
對單片機使用電源監(jiān)控及看門狗電路，如：IMP809，IMP706，IMP813， X5043，X5045等，可大幅度提高整個電路的抗干擾性能。
在速度能滿足要求的前提下，盡量降低單片機的晶振和選用低速數字電路。
IC器件盡量直接焊在電路板上，少用IC座。
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印制板工藝抗干擾：
電源線加粗，合理走線、接地，三總線分開以減少互感振蕩。
CPU、RAM、ROM等主芯片，VCC和GND之間接電解電容及瓷片電容，去掉高、低頻干擾信號。
獨立系統(tǒng)結構，減少接插件與連線，提高可靠性，減少故障率。
集成塊與插座接觸可靠，用雙簧插座，集成塊直接焊在印制板上，防止器件接觸不良故障。
有條件采用四層以上印制板，中間兩層為電源及地。
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