强电磁脉冲对单片机系统的辐照效应实验研究

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1、强电磁脉冲对单片机系统的辐照效应实验研究

2、第1强电磁脉冲对单片机系统效应实验采用辐照法，即将被试系统置于电磁脉冲辐射场中，研究其在电磁脉冲照射下，受干扰、损伤的情况[1]。1.2实验设备及对象实验设备为吉赫横电磁波传输室（GTEMCell）。本所的GTEM室采用崭新的结构设计，具有GHz的极宽频带，可模拟NEMP和LEMP辐射场，共结构示意图如图1所示。Marx发生器用业产生单个高压脉冲，脉冲前沿为数十ns量级，脉冲向负载传输过程中在GTEM室内产生均匀电磁场[2]。控制台用于各种操作和信号监测。实验对象选用本文设计的专门用于强电磁脉冲效应实验

3、的单片机系统。实验时，将其置于测试转台上，接受电磁脉冲辐照。500)this.style.ouseg(this)">该系统由CPU（8051）、EPROM、RAM、AD0809、锁存器、数码管和直流稳压电源等硬件电路组成。电路中的每个芯片既能完成一定功能，同时也是实验对象。系统软件由五部分组成：检查CTC运行情况模块、串口通讯功能检查模块、A/D转换电路检测模块、RAM内容检测模块、EPROM内容检测模块。2效应实验研究本效应实验包括八部分：重启动效应实验、“死机”效应实验、控制状态改变效应实验、A/D转换电路效应实验、串口通讯电路效应实验、读

4、写存储器RAM效应实验、程序存储器EPROM效应实验、定时器CTC电路效应实验。实验中没有发现芯片的硬损伤及EPROM内容的改变。其基因可能与电磁脉冲的强度以及脉宽、前后沿和频带等参数有关。2.1得启动效应实验研究500)this.style.ouseg(this)">给单片机加电，按动“执行”开关K，使其工作于指示单片机重启动程序模块。按下控制台上的充电开关，充到一定数值后，按下停止开关，再按下放电开关，GTEM室中便产生单脉冲电磁辐射场。这就完成了对单片机的一次辐照实验，一般称为冲击实验（以下同）。冲击后，打开GTEM室，发现单片机发生了重

5、启动。图2是单片机重启动时在RST脚上采集到的干扰信号波形。Fc=12MHz时，要使单片机可靠复位，需在RST脚出现不小于2个机器周期的高电平（2μs）。图2中，干扰信号的正负脉冲宽度都远小于2μs，似乎不满足复位条件。但该条件是可靠复位的条件，CPU内的复位电路在每个机器周期的S5P2采样RST的状态，如果连续两次采样值都为高电平，则CPU同样进入复位状态。这就是频繁出现重启动现象的原因所在。2.2“死机”效应实验研究按动开关K，使单片机工作于任一程序模块，对单片机进行冲击实验。实验中多次出现程序跳转和“死机”现象。程序跳转是指程序跳过一段指

6、令后仍能正常运行。“死机”有两种表现：一是按动开关K，数码管显示内容无变化；二是按动开关K，数码管显示内容改变几次后不再发生变化。图3是示波器上记录下的单片机“死机”时，PSEN脚上的干扰波形。“死机”是指干扰使程序计数器内容改变，结果可能将一条指令的后半字节与下一条指令的前半字节当做一条指令来执行，从而使程序进入一个意想不到的死循环[4]。程序跳转不到定必然引“死机”。当程序跳转到某条指令首字节时，一般不会引起“死机”，如实验中出现跳转现象。实验中“死机”的第一种表现是干扰后程序已进入死循环；第二种表现是干扰后程序并未立即进入死循环，先停留在

7、一条等待指令上，即：内容改变，是由于冲击期间发生了写操作。RAM芯片的写时序图，当。第二部分实验中RAM内容改变的原因有两个：（1）由于在两次写之间约有7～8μs的间隔，在此期间可能发生了不该发生的写操作，从而写入错误数据；（2）循环写时，将数据线上带有干扰的错误数据写入RAM。第三部分实验中RAM内容改变的原因也有两个：（1）两次读之间发生了不该发生的写操作，改变了RAM内容；（2）正常读时，将数据线上的错误数据读入CPU。从读写时序图及图5干扰波形来看，以上两种情况都有可能发生。但从实验结果看，第二种可能性较大，第一种可能性则很小。如果在两

8、次读之间发生了不该发生的写操作，循环读时，累计数据改变的个数将使显示的值很大。但实验上，显示只有1～5。500)this.style.ouseg(this)">2.7定时器CTC电路效应实验研究按动开关K，使单片机工作于检查CTC运行情况模块。在该模块中，设置定时器0工作于方式1，利用CTC中断服务程序，在P1.1口产生一方波信号使LED发光。月程序停留在等待开关K按下的指令下。在此期间对单片机进行冲击实验。实验中有“死机”、重启动实现象发生。“死机”后CTC的状态有停止工作和正常工作两种。停止工作出现的原因有两个：（1）干扰使CTC停止计数，

9、CTC不再产生中断；（2）程序跑飞时执行了禁止中断等指令。CTC仍然正常工作是因为停止虽进入死循环，但CTC仍在计数，计满后执行中断子程序（赋初值，P