单片机应用系统的优秀课件.ppt
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1、单片机应用系统的第1页,本讲稿共20页1引言引言在单片机的应用系统中,系统的抗干扰技术是系统可靠在单片机的应用系统中,系统的抗干扰技术是系统可靠性的重要方面。一个系统的正确与否,不仅取决于系统性的重要方面。一个系统的正确与否,不仅取决于系统的设计思想和方法,同时还取决于系统的抗干扰措施,的设计思想和方法,同时还取决于系统的抗干扰措施,不然势必会出现原理正确而系统稳定性差,甚至不能实不然势必会出现原理正确而系统稳定性差,甚至不能实施,使得耗费了大量钱财和时间研制出来的控制系统成施,使得耗费了大量钱财和时间研制出来的控制系统成为一种摆设,电脑变成了为一种摆设,电脑变成了“烦恼烦恼”。正因如此,抗干
2、扰。正因如此,抗干扰技术的研究越来越引起大家的高度重视。技术的研究越来越引起大家的高度重视。以下为本人在多年单片机控制系统设计和应用中拾以下为本人在多年单片机控制系统设计和应用中拾取的一些抗干扰的经验体会。取的一些抗干扰的经验体会。第2页,本讲稿共20页2单片机系统中硬件抗干扰设计单片机系统中硬件抗干扰设计 一个好的电路设计,应在设计过程中充分考虑抗干扰性的要求。分析系统中可能引起干扰的部件,采取必要的硬件抗干扰措施,抑制干扰源、切断干扰传播途径。第3页,本讲稿共20页21抑制干扰源常用措施抑制干扰源常用措施(1 1 1 1)电路板上每个)电路板上每个)电路板上每个)电路板上每个ICICICI
3、C要并接一个要并接一个要并接一个要并接一个0 0 0 0010101010 0 0 01F1F1F1F高频电高频电高频电高频电 容,减容,减容,减容,减小小小小ICICICIC对电源的影响。注意高频电容的布线应靠近电源端,并尽量对电源的影响。注意高频电容的布线应靠近电源端,并尽量对电源的影响。注意高频电容的布线应靠近电源端,并尽量对电源的影响。注意高频电容的布线应靠近电源端,并尽量短,否则等于增大了电容的等效串联电阻,会影响滤波效果短,否则等于增大了电容的等效串联电阻,会影响滤波效果短,否则等于增大了电容的等效串联电阻,会影响滤波效果短,否则等于增大了电容的等效串联电阻,会影响滤波效果;(2
4、2 2 2)模拟信号传输的阻抗匹配)模拟信号传输的阻抗匹配)模拟信号传输的阻抗匹配)模拟信号传输的阻抗匹配;(3 3 3 3)模拟信号的简单滤波)模拟信号的简单滤波)模拟信号的简单滤波)模拟信号的简单滤波;(4 4 4 4)运放电源的处理)运放电源的处理)运放电源的处理)运放电源的处理;(5 5 5 5)避免)避免)避免)避免90909090折线,减小高频噪声发射折线,减小高频噪声发射折线,减小高频噪声发射折线,减小高频噪声发射;(6 6 6 6)在可控硅两端并接)在可控硅两端并接)在可控硅两端并接)在可控硅两端并接RCRCRCRC抑制电路,减小可控硅噪声抑制电路,减小可控硅噪声抑制电路,减小
5、可控硅噪声抑制电路,减小可控硅噪声;(7 7 7 7)给继电器线圈增加续流二极管,消除断电时产生的反电动势)给继电器线圈增加续流二极管,消除断电时产生的反电动势)给继电器线圈增加续流二极管,消除断电时产生的反电动势)给继电器线圈增加续流二极管,消除断电时产生的反电动势;(8 8 8 8)在继电器接点两端并接火花抑制电路,(一般为)在继电器接点两端并接火花抑制电路,(一般为)在继电器接点两端并接火花抑制电路,(一般为)在继电器接点两端并接火花抑制电路,(一般为RCRCRCRC串联电路,串联电路,串联电路,串联电路,电阻一般为几几十电阻一般为几几十电阻一般为几几十电阻一般为几几十kkkk,电容为,
6、电容为,电容为,电容为0 0 0 001F01F01F01F)减小电火花影响)减小电火花影响)减小电火花影响)减小电火花影响;(9 9 9 9)给电机加滤波电路,注意电容、电感连线要尽量靠近电机。)给电机加滤波电路,注意电容、电感连线要尽量靠近电机。)给电机加滤波电路,注意电容、电感连线要尽量靠近电机。)给电机加滤波电路,注意电容、电感连线要尽量靠近电机。第4页,本讲稿共20页22切断干扰传播途径措施切断干扰传播途径措施(1 1)充分考虑电源对单片机的影响。给单片机电源加滤波)充分考虑电源对单片机的影响。给单片机电源加滤波电路,减小电源噪声对单片机的干扰。电路,减小电源噪声对单片机的干扰。(2
7、 2)若用单片机的)若用单片机的I IO O口来控制电机等噪声器件,在口来控制电机等噪声器件,在I IO O口口与噪声源之间应加滤波电路,或进行光电隔离。与噪声源之间应加滤波电路,或进行光电隔离。(3 3)注意晶振布线。晶振与单片机引脚尽量靠近,用地线把时)注意晶振布线。晶振与单片机引脚尽量靠近,用地线把时钟区隔离起来,晶振外壳接地并固定。钟区隔离起来,晶振外壳接地并固定。(4 4)电路板合理分区,如数字信号、模拟信号尽可能使干扰源与)电路板合理分区,如数字信号、模拟信号尽可能使干扰源与敏感器件远离。敏感器件远离。(5 5)用地线将数字区与模拟区隔离,数字地与模拟地分离,最后)用地线将数字区与
8、模拟区隔离,数字地与模拟地分离,最后接在一点接于电源地。接在一点接于电源地。(6 6)单片机和大功率器件的地线要单独接地,以减小相互之间的)单片机和大功率器件的地线要单独接地,以减小相互之间的干扰。干扰。(7 7)在单片机)在单片机I IO O口、电源线、电路板连线等关键地方使用口、电源线、电路板连线等关键地方使用抗干扰元件,如磁环、电源滤波器、屏蔽罩等。抗干扰元件,如磁环、电源滤波器、屏蔽罩等。第5页,本讲稿共20页23提高敏感器件的抗干扰性能 提高敏感器件的抗干扰性能是指从敏感器件考虑尽量减小对提高敏感器件的抗干扰性能是指从敏感器件考虑尽量减小对干扰噪声的拾取,以及从不正常状态尽快恢复的方
9、法。常用措施:干扰噪声的拾取,以及从不正常状态尽快恢复的方法。常用措施:(1 1)布线时尽量减少回路面积,降低感应噪声;)布线时尽量减少回路面积,降低感应噪声;(2 2)布线时电源线与地线尽量粗。除减小压降外,更重要)布线时电源线与地线尽量粗。除减小压降外,更重要的是降低耦合噪声;的是降低耦合噪声;(3 3)对单片机的闲置)对单片机的闲置I IO O,不能悬空,应接地或电源,其他,不能悬空,应接地或电源,其他ICIC的的闲置口一样;闲置口一样;(4 4)加单片机硬件看门狗电路;)加单片机硬件看门狗电路;(5 5)满足要求的前提下,尽量降低单片机晶振和选用低速数字电)满足要求的前提下,尽量降低单
10、片机晶振和选用低速数字电路;路;(6 6)ICIC器件尽量直接焊在电路板上,少用器件尽量直接焊在电路板上,少用ICIC座。座。第6页,本讲稿共20页3单片机系统软件的抗干扰单片机系统软件的抗干扰一般来讲,窜入微机测控系统的干扰,其频谱往往很宽,采用硬件抗干扰措施,只能抑制某个频率段的干扰,仍有一些干扰会进入系统。因此,除了采取硬件抗干扰方法外,还要采取软件抗干扰措施。第7页,本讲稿共20页31模拟输入信号抗干扰模拟输入信号抗干扰叠加在系统模拟输入信号上的噪声干扰,会导致较大的测量误差。但由于这些噪声的随机性,可以通过数字滤波技术剔除虚假信号,求去真值。常用方法如下:第8页,本讲稿共20页(1)
11、算术平均滤波法算术平均滤波法就是连续取N个值进行采样,然后求其平均值。该方法适应于对一般具有随机性干扰的信号进行滤波。这种滤波法的特点是:N值较大时,信号的平滑度好,但灵敏度低;当N值较小时,平滑度低,但灵敏度高。第9页,本讲稿共20页(2)递推平均滤波法该方法是把N个测量数据看成一个队列,队列的长度为N,每进行一次新的测量,就把测量结果放入队尾,而扔掉原来队首的一次数据。计算N个数据的平均值。对周期性的干扰,此方法有良好的抑制作用,平滑度高,灵敏度低。但对偶发脉冲的干扰抑制作用差。第10页,本讲稿共20页(3)防脉冲干扰平均值滤波法在脉冲干扰比较严重的场合,如果采用一般的平均滤波法,则干扰将
12、会“平均”到结果中去,故平均值法不易消除由于脉冲干扰而引起的误差。为此,在N个采样数据中,取掉最大值和最小值,然后计算N2个数据的算术平均值。为了加快测量速度,N一般取值为4。第11页,本讲稿共20页32“死机死机”现象的克服现象的克服当干扰通过总线或其他口线作用到当干扰通过总线或其他口线作用到CPUCPU时,就会造成时,就会造成程序计数器程序计数器PCPC值的改变,引起程序混乱,使系统失控。值的改变,引起程序混乱,使系统失控。因此,在设计单片机系统时,如何发现因此,在设计单片机系统时,如何发现CPUCPU受到干扰,并受到干扰,并尽可能无扰地使系统恢复到正常工作状态是软件设计应考尽可能无扰地使
13、系统恢复到正常工作状态是软件设计应考虑的主要问题。虑的主要问题。无论何种控制系统,一般讲,死机现象都是不允许的。无论何种控制系统,一般讲,死机现象都是不允许的。克服死机现象最有效的办法就是采用单片机加硬件看门狗克服死机现象最有效的办法就是采用单片机加硬件看门狗电路电路,但仍然有死机现象,分析原因,可能有以下方但仍然有死机现象,分析原因,可能有以下方面:面:第12页,本讲稿共20页(1 1)因为某种原因,程序混乱后,看门狗电路虽然发出了)因为某种原因,程序混乱后,看门狗电路虽然发出了复位脉冲,但在程序刚刚正常还来不及发出一个脉冲信号,复位脉冲,但在程序刚刚正常还来不及发出一个脉冲信号,此时程序再
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