急急！！STC单片机芯片内部短路和管教损坏问题

只看该作者 · 2014-7-21 23:05

各位大侠，小弟的一款STC11F60XE做的工控产品，今年在一个客户手上出现单片机短路和I\O损坏的情况，但是这个问题去年几乎没有，现在我电路也没有更改，单片机供电电压是4.8V，I\O最高电压在5.2V以内，都在允许范围内，坏掉的I\O都是键盘的I\O,本人用HC595和3个单片机输入叫来扩展键盘，单片机输出通过ULN2003来控制继电器，继电器控制电磁阀和接触器，
　现在个人怀疑要么是干扰打坏了芯片，要么有静电，但是线路板都封装的比较好啊，我机器是24V的开关电源供电，输入的24V经过EMC滤波后由34063A变成5V給单片机系统供电，键盘输入的3个管教接了10K的上拉电阻，各位大侠帮我分析下，到底是什么原因，急啊！！！

只看该作者 · 2014-7-21 23:09

补充下，34063输出电压最高是5.18V左右，然后因为要掉电保存，该电压经过SS14后給单片机供电，其他的5V芯片用5.18这个电压，所以单片机的最大电压不会高与4.9V，I\O的最高电压正常不会高与5.18，但是就这样今年都烧了10多块了，基本就是换上单片机就有好了，我不知道是否我的电路设计有隐患还是单片机质量问题啊

只看该作者 · 2014-7-22 00:40

通常I/O电压不要超过GND-VCC，你这是设计隐患。单凭你的描述不上图，不好分析你的设计...

只看该作者 · 2014-7-22 09:05

HC595到STC IO中间加限流电阻了么？我记得STC说明书上写如果电压不匹配，需要加限流电阻，大概为330欧，IO为输入模式时候，属于开漏状态，不加限流电阻容易把IO内部的管子烧坏的。对于单片机本身而言，外部上拉10K仅仅对提高输出驱动有帮助。最关键的还是要看HC595，如果这个芯片输出时候为强推挽输出，或者强上拉，那么依然会导致STC做为输入时候管脚电流过大。如果是属于需要靠外部上拉（内部为开漏模式）来提高驱动能力，那么你的电路应该没问题。但是我感觉这种情况应该不存在，这种片子原厂没有要求一定要带外部上拉提高驱动能力的。

只看该作者 · 2014-7-22 12:31

l4157 发表于 2014-7-22 00:40
通常I/O电压不要超过GND-VCC，你这是设计隐患。单凭你的描述不上图，不好分析你的设计... ...

我马上上图，请前辈务必指导，小弟写谢谢了

只看该作者 · 2014-7-22 12:35

peter_wjp 发表于 2014-7-22 09:05
HC595到STC IO中间加限流电阻了么？我记得STC说明书上写如果电压不匹配，需要加限流电阻，大概为330欧，IO ...

您的意思也就是说我的I/O电压比单片机电压高了0.3V左右，所以需要限流电阻对么？还有您看这样的损坏是否有静电打坏的可能性，因为这个问题是今年发现的，我机器出了2年左右，所以刚开始我还以为是单片机批次的问题，现在看来应该是设计上有BUG

只看该作者 · 2014-7-22 12:43

peter_wjp 发表于 2014-7-22 09:05
HC595到STC IO中间加限流电阻了么？我记得STC说明书上写如果电压不匹配，需要加限流电阻，大概为330欧，IO ...

原理图1.pdf (54.97 KB)

只看该作者 · 2014-7-22 13:22

xwm0007 发表于 2014-7-22 12:35
您的意思也就是说我的I/O电压比单片机电压高了0.3V左右，所以需要限流电阻对么？还有您看这样的损坏是否 ...

如果你之前损坏的大部分集中在按键的端口上，应该是设计上有bug。即便是键盘那一侧在认为操作时存在静电，但是中间应该间隔一个595吧。单片机IO口不是直接参与键盘扫描的对吧

只看该作者 · 2014-7-22 13:31

peter_wjp 发表于 2014-7-22 13:22
如果你之前损坏的大部分集中在按键的端口上，应该是设计上有bug。即便是键盘那一侧在认为操作时存在静电 ...

您看我的原理图，单片机有3个管脚直接参与按键的扫描，595输出端逐一输出低电平，然后单片机的3个输入管脚来判断那列有低电平，结合软件和定时器，就可以扫描按键

1万 · 2014-7-22 13:57

估计是键盘引入静电干扰导致。验证：连好机，上电运行。打8KV空气放电，键盘有外露的金属部件时还需要打4~6KV接触放电。看打个5~8次，MCU 的 IO 会不会完蛋。
整改措施：三个输入各串22R电阻及磁珠电感，然后并472电容到地，再进 MCU IO，也许到键盘板的电源、地也要串电阻和磁珠。

只看该作者 · 2014-7-22 14:02

xwm0007 发表于 2014-7-22 12:43

keyscan程序里是高电平有效还是低电平有效？
假设当KEY_IN0输出为高的时候，检测KEY_OUT0-3的输入？是不是这种扫描方式？
如果单片机针对KEY_OUT0-3输入口在上电初始化后没有进行端口工作方式进行配置，那么默认情况下为准双向极弱上拉，当定义为输入时候需要先写1，关闭引脚内部所有上拉，此时输入的电平才有效，否则端口上的无论低电平还是高电平，都会直接被内部直接拉低，都为0，不错只要向端口写1关闭内部场效应管，这个时候输入数据是直接连到内部触发器的，此时理论上是不会损坏端口的，
所以关键在于
1. 595输出的电平假设为高，这个时候直接进入直接进入芯片引脚，如果电流过大，可能会损坏内置的器件
2. KEY_OUT0-3的定义为输入是在程序初始化时候写1的还是进行键盘扫描时候操作的

我查了下595的输出端口内部结构，使用了一个NMOS和PMOS组合的方式实现输出1或者0，也就是说如果输出1相当于端口直接与电源相连。其实就相当于单片机端口直接接了电源，电流应该很大吧。

只看该作者 · 2014-7-22 14:13

本帖最后由 xwm0007 于 2014-7-22 14:19 编辑

peter_wjp 发表于 2014-7-22 14:02
keyscan程序里是高电平有效还是低电平有效？
假设当KEY_IN0输出为高的时候，检测KEY_OUT0-3的输入？是不 ...

HC595输出低电平时候，如果有按键按下，那么检测那三个管脚，那个是低电平，从而来确定按键，也就是说低电平有效，实际上HC595的输出是keydata[]={0x7f, 0xef, 0xdf, 0xbf, 0xf7, 0xfb, 0xfd};，这几个数据轮回扫描的，也就是说同一时刻每次只有一个输出低电平，其余都是高电平

只看该作者 · 2014-7-22 14:23

wh6ic 发表于 2014-7-22 13:57
估计是键盘引入静电干扰导致。验证：连好机，上电运行。打8KV空气放电，键盘有外露的金属部件时还需要打4~6 ...

我的键盘和单片机是同一个板子，键盘在正面，单片机在反面，按键是12*12的贴片轻触开关，真个板子是塑料封装，然后按键面再贴上PVC的贴膜，再安装的机箱里面，如果是静电问题，您看我吧这3个输入串接100欧的电阻，然后再结3个SMAJ5.0CA这个型号的TVS管到地，然后再连到单片机，这样是否有效

1万 · 2014-7-22 14:27

xwm0007 发表于 2014-7-22 14:23
我的键盘和单片机是同一个板子，键盘在正面，单片机在反面，按键是12*12的贴片轻触开关，真个板子是塑料 ...

可以试一试。
如果接TVS，建议放前面好点。5V的TVS动作电压一般在6.xV以上了，IO不一定能顶得住。

只看该作者 · 2014-7-22 14:38

wh6ic 发表于 2014-7-22 13:57
估计是键盘引入静电干扰导致。验证：连好机，上电运行。打8KV空气放电，键盘有外露的金属部件时还需要打4~6 ...

如果选磁珠那个规格的合适，我没有用过这个东西啊，真是惭愧

1万 · 2014-7-22 14:52

xwm0007 发表于 2014-7-22 14:38
如果选磁珠那个规格的合适，我没有用过这个东西啊，真是惭愧

100R@100MHz或更大的吧，这里不要求大电流的。选阻抗高些的。

只看该作者 · 2014-7-22 15:00

wh6ic 发表于 2014-7-22 14:52
100R@100MHz或更大的吧，这里不要求大电流的。选阻抗高些的。

多谢您的指教

只看该作者 · 2014-7-22 15:25

xwm0007 发表于 2014-7-22 14:13
HC595输出低电平时候，如果有按键按下，那么检测那三个管脚，那个是低电平，从而来确定按键，也就是说低电 ...

会不存在这么一种可能当2个键同时被按下时候，存在KEY_OUT0-2上的输入口直接相连。如果三个按键同时按下呢，那就是三个输入端口同时相连？比如说J3， J4， J5同时按下。

STC说明书里写，尤其是键盘扫描时候，如果定义端口为输入，需要先在向端口写1，在此之后存在2个周期的推挽输出，此时输出电流很大的，然后才变为输入，而另外一个引脚如果还没有被定义输入（还没写1）那么在推挽输出一段时间内会存在CMOS电路两个输出引脚直接相连，会导致端口损坏的。

公司网络没办法上传截图，我是在STC的官方手册里看到的。
不知道端口输入状态初始化在哪里执行的，是在keyscan里还是上电后就执行，如果在keyscan里就有问题了。使用者很有可能同时按动2个并排的按键。

只看该作者 · 2014-7-22 15:51

peter_wjp 发表于 2014-7-22 15:25
会不存在这么一种可能当2个键同时被按下时候，存在KEY_OUT0-2上的输入口直接相连。如果三个按键同时按下 ...

程序在开机的时候确实没有初始化这几个I/O，都是在扫描的时候直接判断是否有信号输入，
case KEY_WAIT:
            if(KeyTimeout())
            {
                     KeyToStep(KEY_SCAN, 0);
            }
            if(IO_KEY_IN0==1 && IO_KEY_IN1==1 && IO_KEY_IN2==1)
                     KeyToStep(KEY_FREE, 0);
            break;
case KEY_SCAN:
      for(i=0; i<7; i++)
      {
         keyscan(keydata);
         if(IO_KEY_IN0 == 0)
         {
            if((i*3+KEY0) == K_6)
            {
                  KeyToStep(KEY_6, 3000);    //    按下6号键3秒钟
                  break;
            }
            else
            {
                  KeyToStep(KEY_UP, 0);
                  return i*3+KEY0;
            }
         }

只看该作者 · 2014-7-22 16:33

xwm0007 发表于 2014-7-22 15:51
程序在开机的时候确实没有初始化这几个I/O，都是在扫描的时候直接判断是否有信号输入，
case KEY_WAIT:
...

1.三个端口做为输入口，程序里并没有进行端口输入配置，此时端口实际上为弱上拉准双向。
2.按键检测的是低电平有效，如果检测的是高电平那么有可能程序就不起作用了，因为此时必须要配置为输入才可以。（我回去自己也测试下，呵呵）
3. 至于是不是因为端口短路我仔细看了下STC的文件，是在一个为输出另外一个为输入的状态下才会发生（并且是在配置输入的过程中）你的程序里没有对端口进行配置，所以理论上不会出现这个问题，而且你没有针对端口输出进行任何操作。仅仅是读取状态而已。

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