单片机测控系统中的抗干扰技术 .docx

精品名师归纳总结单片机测控系统中的抗干扰技术0 概述干扰是造成单片机测控系统故障的主要缘由之一。干扰对系统的影响轻就影响测量与掌握精度，重就使工作系统完全失常。要排除干扰必需抓住形成干扰的三要素，即：干扰源、耦合通道和接收设 备。1 干扰因素在单片机测控系统中，主要存在空间辐射干扰、信号通道干扰、电源干扰和数字电路引起的干扰。抗干扰就是针对干扰的产生性质、传播途径、侵入的位置和侵入的形式，实行适当的方法排除干扰源，抑制耦合通道，减弱电路对噪声干扰的敏锐性，通常需要实行“综合治理”的措施。(1) 合理挑选元器件依据电器参数挑选合理器件以满意系统性能要求。尽量选用集成度高、温漂小、抗干扰性能好以及功耗小的元器件。(2) 电源干扰的抑制在沟通电网进线端并接压敏电阻，吸取浪涌电压，也可防雷。高频电感与电路电容组成的低通滤波器，可抑制电网引入的高频噪声。可实行模拟电路与数字电路的电源分开、电源浮空技术、使用电源隔离变压器、隔离电源技术和电源滤波技术。在设计滤波器时必需留意让谐振频率远小于干扰频率。(3) 电场、磁场干扰的抑制采纳由导电性能良好的金属作屏蔽盒，并接大的，就屏蔽盒内电力线不会影响外部，同时外部的电力线也不会穿透屏蔽盒进入内部，前者可抑制干扰源，后者可阻截干扰的传输途径，起电场隔离的作用。磁路屏蔽是采纳高磁材料并以封闭式结构为妥，并接大的。(4) 接的技术单片机测控系统中的高频电路应就近多点接的，低频电路应一点接的。沟通的和信号的不能共用。 将系统的各个部分全部与大的浮置起来，但系统中的各机壳接的。对于数字的，印刷板中的的线应成网状，而且其他布线不要形成环路，特殊是围绕外周的环路，印刷板中的条线不能长距离平行，不得已时，应加隔离电极和跨接线或屏蔽。当A/D转换器的模拟信号较弱时，可采纳三线采样双层屏蔽浮可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结电路的公共端，将寄生电容短路防止反馈，防止放大器的震荡。对于功率的，由于的线的电流较大， 接的线的线径应较粗，且与小信号的线分开，连直流的。对于小信号前置放大电路本身采纳一点接的，不能一个电路多点接的， A/D前置放大电路一般浮空。内存放大电路的印刷电路板上一点入的， 这类放大器的的线肯定要远离功率的和噪声的。(5) 通道干扰a) 隔离技术隔离分对模拟信号的隔离和对数字信号的隔离，对数字信号的隔离通常采纳光电耦合器。因这种方法信号的传递是通过光信号实现的没有直接的电信号连接，因此隔离了干扰的传递途径，但这种方法隔离不断辐射，感应干扰，且光电耦器件隔离传导干扰的才能只有1kV左右。在详细电路设计时在A/D后和 D/A前加光电耦合器，其电源与微机的电源必需独立，的线必需分开，保证微机与现场仅有光的联系，切断干扰通路也防止形成环流，对于强干扰或长线传输可采纳两次隔离，既可排除干扰， 又能解决长线驱动和阻抗匹配等问题。对于模拟信号的隔离，通常采纳隔离放大器，利用隔离放大器 内的变压器将信号磁耦合，隔断通路的线路连接，从而切断干扰源，也可采纳光电耦合器实现模拟信号隔离，即由电压 - 频率转换器 VFC 把模拟信号转换成数字信号再通过光电耦合器隔离，而光电耦合器的输出信号在由频率 - 电压转换器 FVC 转换成模拟信号。在多点巡回检测微机系统中如被测信号变化较慢，其多路模拟开关可选用由干簧继电器或湿簧继电器做成的电容飞渡式多路模拟开关来切断被测信号与信号通道的连线，从而起到抗干扰作用。由于负脉冲传输抗干扰才能比正脉冲强，所以，一般在长线传输时，采纳负脉冲传输。而且速度不高时，在始端用驱动器比用一般的TTL 成效要好。用 OC门作双向总线传输可以把输出端连在一起，直接用来单向、双向总线传输。b) 通道中器件挑选与抗干扰多路转换器的输入经常受到各种环境噪声的污染，特殊易受到共模噪声的干扰。在多路转换器输入 端接入共模扼流圈，可抑制外部传感器引入的高频共模噪声。转换器高频采样时产生的高频噪声，应 在单片机与 A/D之间采纳光电耦合器隔离。在传感器工作环境复杂和恶劣时，应挑选测量放大器，使其在柔弱信号系统中广泛用作前置放大器。为了防止共模噪声窜入系统可以采纳隔离放大器。采样保可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结输入端的走线与模拟输入端尽可能距离远些，或者将模拟输入端用的线包围起来，以降低线间寄生电容耦合和隔断漏电通路。降低规律输入信号的幅度也可以削减寄生耦合和漏电耦合干扰。配置总线驱动器可提高总线的负载才能，改善信号波形。当总线的负载接近负载总线的驱动才能时，可能会影响总线信号的规律电平，可通过连接某 I/O 线到数据线来改善总线的不平稳程度，提高系统的牢靠性。在总线上适当安装上拉电阻也可提高总线信号传输的牢靠性。(6) 布线抗干扰设计为防止长线传输中的窜扰，采纳交差走线是行之有效的方法。长线传送时，功率线、载流线和信号线分开，电位线和脉冲线分开。把空余的输入端与使用端并联。把空余的输入端通过一个电阻接高电平，这种方法适用于慢速、多干扰的场合。把空余的输入端悬空，用一反相器接的。这种方法适用于要求严格的场合。在数字电路的每块组件上，都要分别装设高频去耦电容，而且这些电容应充分靠近集成块，而不应集中在印刷板上每一端。每块印刷板的电源引进端也应加去耦电容。直流配电线的引出端应尽量作成低阻抗传输线。由于快速规律电路产生高频干扰，所以这些电路均应按高频电路处 理，应将规律电路的印刷板良好接的。储备器的布线抗干扰设计，一般实行的措施有：数据线、的址线、掌握线要尽量缩短，以削减对的电容。由于开关噪声严峻，要在电源入口处以及每片储备芯片的VCC 与 GND 之间接入去耦电容。由于负载电流大，电源线和的线要加粗，走线尽量短。印制板两面的三总线相互垂直，以防止总线之间的电磁干扰。总线的始端和终端要配置合适的上拉电阻，以提高高电平噪声容限，增加储备器端口在高阻状态下抗干扰才能和减弱反射波干扰。三总线与其他扩展板相连接时，通过三态缓冲门后连接。可以有效防止外界电磁干扰，改善波形和减弱反射干扰。(7) 软件抗干扰措施a) 数字滤波技术通常使用的方法有：算术平均法、中值法、抑制脉冲算术平均法、一阶惯性滤波法、程序判定滤波法和递推平均滤波法等。b) 软件冗余对于条件掌握系统，对掌握条件的一次采样、处理掌握输出改为多采样、处理掌握输出。可有效的可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结c) 设置软件陷阱当由于干扰使操作系统失控而进入非程序区时，用引导指令强行将捕捉到的乱飞程序引向复位入口的址，在此处将程序转向特的对程序出错进行处理的程序，使程序纳入正轨。d) 重要指令冗余对程序流向起打算作用的指令 如 RET、RETI、LCALL、JZ、JC、JNC 等和某些对系统工作状态起重要作用的指令 如 SETB、EA 等的后面，可重复写上这些指令，以确保这些指令的正确执行。e) “看门狗”技术PC 受到干扰而失控，引起程序乱飞，也可能使程序进入“死循环”。指令冗余技术、软件陷阱技术不能使失 控的程序 摆脱 “ 死循环 ” 的 困境 ， 通 常采 用程 序监视技 术， 又称 “ 看 门 狗” 技术Watchdog，“看门狗”技术就是不断监视程序循环运行时间，如发觉时间超过已知的循环设定时间，就认为系统陷入了“死循环”，然后强迫程序返回到0000H入口，在 0000H处支配一段出错处理程序，使系统运行纳入正轨。在设计看门狗时可设计两个定时器，一个为短定时器，一个为长定时器，并各自独立，短定时器像典型看门狗一样工作，它保证一般情形下看门狗有快的反映速度，长定时器的定时大于 CPU 执行一个主循环程序的时间，用来防止看门狗失效。f) 数据的爱护与复原技术在编写程序的过程中，对于由指令转变结果性质的数据，可以考虑在每次转变后都尽可能的爱护起来，以便必要时复原。有时运算机在强制复位后，I/O端口和特殊寄存器 SFR 中的内容都将变成芯片出厂时的设定值，这很有可能引起系统的运行纷乱。因此单片机在重新启动后，应当第一执行数据恢复程序，把掌握端口等重要寄存器被爱护的内容复原仍原。g) NOP的使用在双字节和 3 字节指令之后插入两个单字节 NOP 指令，这可保证指令不被拆散。由于“乱飞”的程序即使落到操作数上，由于两个空操作指令 NOP 的存在，不会将其后的指令当操作数执行，从而使程序纳入正轨。可编辑资料 - - - 欢迎下载