單片機(jī)抗干擾

1、第第4章章 單片機(jī)系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)單片機(jī)系統(tǒng)的抗干擾技術(shù) 本章學(xué)習(xí)目標(biāo)本章學(xué)習(xí)目標(biāo)： 本章主要介紹了單片機(jī)系統(tǒng)的干擾來源，主要干擾的本章主要介紹了單片機(jī)系統(tǒng)的干擾來源，主要干擾的 形式、種類及抗干擾措施。通過對(duì)本章的學(xué)習(xí)，讀者應(yīng)形式、種類及抗干擾措施。通過對(duì)本章的學(xué)習(xí)，讀者應(yīng) 達(dá)到以下目標(biāo)：達(dá)到以下目標(biāo)： 熟悉單片機(jī)系統(tǒng)的各種干擾來源及形式熟悉單片機(jī)系統(tǒng)的各種干擾來源及形式 學(xué)會(huì)供電系統(tǒng)及過程通道的抗干擾措施學(xué)會(huì)供電系統(tǒng)及過程通道的抗干擾措施 能說出在印制電路板設(shè)計(jì)中體現(xiàn)的抗干擾措施能說出在印制電路板設(shè)計(jì)中體現(xiàn)的抗干擾措施 學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)軟件陷阱及看門狗電路學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)軟件陷阱及看門狗電路 4.1 4.

2、1 干擾的來源干擾的來源 在日常生活中，經(jīng)常會(huì)遇到這樣一些現(xiàn)象。比如聽收在日常生活中，經(jīng)常會(huì)遇到這樣一些現(xiàn)象。比如聽收 音機(jī)時(shí)，有汽車經(jīng)過，喇叭就會(huì)出現(xiàn)刺耳的噪聲，這就是音機(jī)時(shí)，有汽車經(jīng)過，喇叭就會(huì)出現(xiàn)刺耳的噪聲，這就是 干擾。干擾。所謂干擾，就是有用信號(hào)外的噪聲或造成惡劣影響所謂干擾，就是有用信號(hào)外的噪聲或造成惡劣影響 的變化部分的總稱的變化部分的總稱。 在進(jìn)行單片機(jī)應(yīng)用產(chǎn)品的開發(fā)過程中，我們經(jīng)常會(huì)碰在進(jìn)行單片機(jī)應(yīng)用產(chǎn)品的開發(fā)過程中，我們經(jīng)常會(huì)碰 到一個(gè)很棘手的問題，即在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下系統(tǒng)運(yùn)行很正常，到一個(gè)很棘手的問題，即在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下系統(tǒng)運(yùn)行很正常， 但小批量生產(chǎn)并安裝在工作現(xiàn)場后，卻出現(xiàn)一

3、些不太規(guī)律、但小批量生產(chǎn)并安裝在工作現(xiàn)場后，卻出現(xiàn)一些不太規(guī)律、 不太正常的現(xiàn)象。究其原因主要是系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計(jì)不全不太正常的現(xiàn)象。究其原因主要是系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計(jì)不全 面，導(dǎo)致應(yīng)用系統(tǒng)的工作不可靠。引起單片機(jī)控制系統(tǒng)干面，導(dǎo)致應(yīng)用系統(tǒng)的工作不可靠。引起單片機(jī)控制系統(tǒng)干 擾的主要原因有以下幾類：擾的主要原因有以下幾類： （1）供電系統(tǒng)的干擾）供電系統(tǒng)的干擾 眾所周知，電源開關(guān)的通斷、電機(jī)和大的用電設(shè)備眾所周知，電源開關(guān)的通斷、電機(jī)和大的用電設(shè)備 的啟停會(huì)使供電電網(wǎng)發(fā)生波動(dòng)，受這些因素的影響，電的啟停會(huì)使供電電網(wǎng)發(fā)生波動(dòng)，受這些因素的影響，電 網(wǎng)上常常出現(xiàn)幾百伏、甚至幾千伏的尖峰脈沖干擾，這網(wǎng)上常

4、常出現(xiàn)幾百伏、甚至幾千伏的尖峰脈沖干擾，這 就會(huì)使同一電網(wǎng)供電的單片機(jī)控制系統(tǒng)無法正常運(yùn)行。就會(huì)使同一電網(wǎng)供電的單片機(jī)控制系統(tǒng)無法正常運(yùn)行。 這種干擾是危害最嚴(yán)重也是最廣泛的一種干擾形式。這種干擾是危害最嚴(yán)重也是最廣泛的一種干擾形式。 （2）過程通道的干擾）過程通道的干擾 在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，開關(guān)量輸入、輸出和模擬量在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，開關(guān)量輸入、輸出和模擬量 輸入、輸出通道是必不可少的。這些通道不可避免地會(huì)輸入、輸出通道是必不可少的。這些通道不可避免地會(huì) 使各種干擾直接進(jìn)入單片機(jī)系統(tǒng)。同時(shí)，在這些輸入輸使各種干擾直接進(jìn)入單片機(jī)系統(tǒng)。同時(shí)，在這些輸入輸 出通道中的控制線及信號(hào)線彼此之間會(huì)通過電

5、磁感應(yīng)而出通道中的控制線及信號(hào)線彼此之間會(huì)通過電磁感應(yīng)而 產(chǎn)生干擾，從而使單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的程序錯(cuò)誤，甚至?xí)a(chǎn)生干擾，從而使單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的程序錯(cuò)誤，甚至?xí)?使整個(gè)系統(tǒng)無法正常運(yùn)行。使整個(gè)系統(tǒng)無法正常運(yùn)行。 （3）空間電磁波的干擾）空間電磁波的干擾 空間干擾主要來自太陽及其它天體輻射電磁波、廣播電空間干擾主要來自太陽及其它天體輻射電磁波、廣播電 臺(tái)或通訊發(fā)射臺(tái)發(fā)出的電磁波及各種周圍電氣設(shè)備發(fā)射的電臺(tái)或通訊發(fā)射臺(tái)發(fā)出的電磁波及各種周圍電氣設(shè)備發(fā)射的電 磁干擾等。如果單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)工作在電磁波較強(qiáng)的區(qū)域而磁干擾等。如果單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)工作在電磁波較強(qiáng)的區(qū)域而 沒有采取相關(guān)的防護(hù)措施，就容易引起干擾。但

6、這種干擾一沒有采取相關(guān)的防護(hù)措施，就容易引起干擾。但這種干擾一 般可通過適當(dāng)?shù)钠帘渭敖拥卮胧┘右越鉀Q。般可通過適當(dāng)?shù)钠帘渭敖拥卮胧┘右越鉀Q。 因此，針對(duì)以上出現(xiàn)的問題，我們必須采用有效措施以因此，針對(duì)以上出現(xiàn)的問題，我們必須采用有效措施以 提高單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)抗干擾的能力。提高單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)抗干擾的能力。 4.2 主要干擾通道及抗干擾措施主要干擾通道及抗干擾措施 4.2.1 4.2.1 供電系統(tǒng)干擾及抗干擾措施供電系統(tǒng)干擾及抗干擾措施 1、供電干擾的種類、供電干擾的種類 如果把電源電壓變化持續(xù)時(shí)間定為如果把電源電壓變化持續(xù)時(shí)間定為tt，那么，根據(jù)，那么，根據(jù) tt的大小可以把電源干擾分為四種情況

7、：的大小可以把電源干擾分為四種情況： （1 1）過壓、欠壓、停電：）過壓、欠壓、停電： 當(dāng)當(dāng)t1st1s時(shí)產(chǎn)生的干擾，解決時(shí)產(chǎn)生的干擾，解決 辦法是使用各種穩(wěn)壓器、電源調(diào)節(jié)器，對(duì)短時(shí)停電可用不辦法是使用各種穩(wěn)壓器、電源調(diào)節(jié)器，對(duì)短時(shí)停電可用不 間斷電源（間斷電源（UPSUPS）供電。）供電。 （2）浪涌、下陷、半周降出：當(dāng)）浪涌、下陷、半周降出：當(dāng)1st 10ms時(shí)產(chǎn)生時(shí)產(chǎn)生 的干擾，可使用快速響應(yīng)的交流電源調(diào)壓器克服。的干擾，可使用快速響應(yīng)的交流電源調(diào)壓器克服。 （3）尖峰電壓：當(dāng)）尖峰電壓：當(dāng)t為為s量級(jí)時(shí)產(chǎn)生的干擾，量級(jí)時(shí)產(chǎn)生的干擾， 解決辦法是使用具有噪聲抑制能力的交流電源解決辦法是使

8、用具有噪聲抑制能力的交流電源 調(diào)節(jié)器、參數(shù)穩(wěn)壓器或超隔離變壓器。調(diào)節(jié)器、參數(shù)穩(wěn)壓器或超隔離變壓器。 （4）射頻干擾：當(dāng)）射頻干擾：當(dāng)t為為ns量級(jí)時(shí)產(chǎn)生的干擾，可加量級(jí)時(shí)產(chǎn)生的干擾，可加23節(jié)低節(jié)低 通濾波器消除干擾。通濾波器消除干擾。 2、抗干擾設(shè)計(jì)、抗干擾設(shè)計(jì) 在單片機(jī)系統(tǒng)中，為了提高供電系統(tǒng)的質(zhì)量，防止竄入在單片機(jī)系統(tǒng)中，為了提高供電系統(tǒng)的質(zhì)量，防止竄入 干擾，建議采用如下措施：干擾，建議采用如下措施： （1）單片機(jī)輸入電源與強(qiáng)電設(shè)備動(dòng)力電源分開。）單片機(jī)輸入電源與強(qiáng)電設(shè)備動(dòng)力電源分開。 （2）采用具有靜電屏蔽和抗電磁干擾的隔離電源變壓器。）采用具有靜電屏蔽和抗電磁干擾的隔離電源變壓器。

9、 隔離變壓器的初級(jí)和次級(jí)之間均采用隔離屏隔離變壓器的初級(jí)和次級(jí)之間均采用隔離屏 蔽層（可用漆包線或銅等非導(dǎo)磁材料在初級(jí)和次級(jí)蔽層（可用漆包線或銅等非導(dǎo)磁材料在初級(jí)和次級(jí) 繞一層，但電氣上不能與初級(jí)、次級(jí)線圈短路，而繞一層，但電氣上不能與初級(jí)、次級(jí)線圈短路，而 后引出一個(gè)頭接地）。各初級(jí)、次級(jí)間的靜電屏蔽后引出一個(gè)頭接地）。各初級(jí)、次級(jí)間的靜電屏蔽 與初級(jí)間的零電位線相接，再用電容耦合接地。如與初級(jí)間的零電位線相接，再用電容耦合接地。如 圖圖81所示。所示。 圖81 隔離變壓器 （3）交流進(jìn)線端加低通濾波器，可濾掉高頻干擾。安裝時(shí)）交流進(jìn)線端加低通濾波器，可濾掉高頻干擾。安裝時(shí) 外殼要加屏蔽并使

10、其良好接地，濾波器的輸入、輸出引線外殼要加屏蔽并使其良好接地，濾波器的輸入、輸出引線 必須相互隔離，以防止感應(yīng)和輻射耦合。直流輸出部分采必須相互隔離，以防止感應(yīng)和輻射耦合。直流輸出部分采 用大容量電解電容進(jìn)行平滑濾波。用大容量電解電容進(jìn)行平滑濾波。 （4）對(duì)于功率不大的小型或微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，為了抑制電）對(duì)于功率不大的小型或微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，為了抑制電 網(wǎng)電壓起伏的影響，可設(shè)置交流穩(wěn)壓器。網(wǎng)電壓起伏的影響，可設(shè)置交流穩(wěn)壓器。 （5）采用獨(dú)立功能塊單獨(dú)供電，并用集成穩(wěn)壓塊實(shí)現(xiàn)兩級(jí)）采用獨(dú)立功能塊單獨(dú)供電，并用集成穩(wěn)壓塊實(shí)現(xiàn)兩級(jí) 穩(wěn)壓。例如主板電源先用穩(wěn)壓。例如主板電源先用7809穩(wěn)壓到穩(wěn)壓到9V，再

11、用，再用7805穩(wěn)壓到穩(wěn)壓到 5V。如圖。如圖82所示。所示。 （6）盡量提高接口器件的電源電壓，提高接口的抗干擾能）盡量提高接口器件的電源電壓，提高接口的抗干擾能 力。例如用光耦合器輸出端驅(qū)動(dòng)直流繼電器，選用直流力。例如用光耦合器輸出端驅(qū)動(dòng)直流繼電器，選用直流24V 繼電器比繼電器比6V繼電器效果好。繼電器效果好。 4.2.24.2.2過程通道干擾及抗干擾措施過程通道干擾及抗干擾措施 圖82 供電系統(tǒng)配置圖 過程通道是系統(tǒng)輸入、輸出以及單片機(jī)之間進(jìn)行信息傳過程通道是系統(tǒng)輸入、輸出以及單片機(jī)之間進(jìn)行信息傳 輸?shù)穆窂健Ｓ捎谳斎胼敵鰧?duì)象與單片機(jī)之間的連接線長，容輸?shù)穆窂?。由于輸入輸出?duì)象與單片機(jī)之

12、間的連接線長，容 易串入干擾，必須采用隔離技術(shù)、雙絞線傳輸、阻抗匹配等易串入干擾，必須采用隔離技術(shù)、雙絞線傳輸、阻抗匹配等 措施抑制。措施抑制。 （1）光電隔離器）光電隔離器 光電耦合器是把一個(gè)發(fā)光二極管和一光電耦合器是把一個(gè)發(fā)光二極管和一 個(gè)光敏三極管封裝在一個(gè)外殼里的器件，個(gè)光敏三極管封裝在一個(gè)外殼里的器件， 光電耦合器的電路符號(hào)如圖光電耦合器的電路符號(hào)如圖83所示。輸所示。輸 入信號(hào)使發(fā)光二極管發(fā)光，其光線又使光入信號(hào)使發(fā)光二極管發(fā)光，其光線又使光 敏三極管產(chǎn)生電信號(hào)輸出，從而既完成了敏三極管產(chǎn)生電信號(hào)輸出，從而既完成了 信號(hào)的傳遞，又實(shí)現(xiàn)了電氣上的隔離，如信號(hào)的傳遞，又實(shí)現(xiàn)了電氣上的隔

13、離，如 圖圖84所示。對(duì)啟動(dòng)或停止負(fù)荷不太大的所示。對(duì)啟動(dòng)或停止負(fù)荷不太大的 設(shè)備，常采用光電耦合器來抑制輸出通道設(shè)備，常采用光電耦合器來抑制輸出通道 的干擾。的干擾。 圖84 開關(guān)量輸入光電隔離電路 圖83 光電隔離器圖形符號(hào) 1、開關(guān)量隔離、開關(guān)量隔離 常用的開關(guān)量隔離器有光電隔離器、繼電器、光電隔離常用的開關(guān)量隔離器有光電隔離器、繼電器、光電隔離 固態(tài)繼電器固態(tài)繼電器(SSR)。 如果輸出開關(guān)量是用于控制大負(fù)荷設(shè)備時(shí)，就需采用繼電器如果輸出開關(guān)量是用于控制大負(fù)荷設(shè)備時(shí)，就需采用繼電器 隔離輸出。因?yàn)槔^電器觸點(diǎn)的負(fù)載能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于光電隔離的負(fù)載隔離輸出。因?yàn)槔^電器觸點(diǎn)的負(fù)載能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于光電隔

14、離的負(fù)載 能力，它能直接控制動(dòng)力回路。在采用繼電器做開關(guān)量隔離輸出能力，它能直接控制動(dòng)力回路。在采用繼電器做開關(guān)量隔離輸出 時(shí)，要在單片機(jī)輸出端的鎖存器時(shí)，要在單片機(jī)輸出端的鎖存器74LS273與繼電器間設(shè)置一個(gè)與繼電器間設(shè)置一個(gè)OC 門驅(qū)動(dòng)器。用以提供較高的驅(qū)動(dòng)電流。如圖門驅(qū)動(dòng)器。用以提供較高的驅(qū)動(dòng)電流。如圖85所示。所示。 圖45 開關(guān)量繼電器隔離電路 （2）繼電器 雙向晶閘管是在普通晶閘管的基礎(chǔ)上發(fā)展而成的，雙向晶閘管是在普通晶閘管的基礎(chǔ)上發(fā)展而成的， 它也是一種常用的大功率半導(dǎo)體器件，具有弱電控制，它也是一種常用的大功率半導(dǎo)體器件，具有弱電控制， 強(qiáng)電輸出的特點(diǎn)，只需要很小的功率，就可

15、以控制較強(qiáng)電輸出的特點(diǎn)，只需要很小的功率，就可以控制較 大的電流。大的電流。 圖圖8-6（a）給出了普通小功率雙向晶閘管的外形）給出了普通小功率雙向晶閘管的外形 及引腳排列。及引腳排列。 （a）普通小功率雙向晶閘管的外形 （b）結(jié)構(gòu)符號(hào) 圖8-6 雙向晶閘管的外形及結(jié)構(gòu)符號(hào) （3）雙向晶閘管）雙向晶閘管 雙向晶閘管的結(jié)構(gòu)符號(hào)見圖雙向晶閘管的結(jié)構(gòu)符號(hào)見圖8-6（b）。三個(gè)電極分別是）。三個(gè)電極分別是 T1、T2、G。其特點(diǎn)是，當(dāng)。其特點(diǎn)是，當(dāng)G極和極和T2極相對(duì)于極相對(duì)于T1的電壓均為的電壓均為 正時(shí)，正時(shí)，T2是陽極，是陽極，T1是陰極。反之，當(dāng)是陰極。反之，當(dāng)G極和極和T2極相對(duì)于極相對(duì)于T

16、1 的電壓均為負(fù)時(shí)，的電壓均為負(fù)時(shí)，T1變成陽極，變成陽極，T2為陰極。為陰極。 （4）光電隔離固態(tài)繼電器）光電隔離固態(tài)繼電器(SSR) 圖87 SSR的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 圖88 SSR基本單元電路 固態(tài)繼電器是將發(fā)光二極管與雙向晶閘管封裝在一起的固態(tài)繼電器是將發(fā)光二極管與雙向晶閘管封裝在一起的 一種新型電子開關(guān)。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖一種新型電子開關(guān)。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖47所示。當(dāng)發(fā)光所示。當(dāng)發(fā)光 二極管導(dǎo)通時(shí)，可控硅被觸發(fā)而接通電路。固態(tài)繼電器可分二極管導(dǎo)通時(shí)，可控硅被觸發(fā)而接通電路。固態(tài)繼電器可分 為交流固態(tài)繼電器和直流固態(tài)繼電器兩大類。其基本單元接為交流固態(tài)繼電器和直流固態(tài)繼電器兩大類。其基本

17、單元接 口電路如圖口電路如圖48所示。所示。 圖47 SSR的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖圖48 SSR基本單元電路 2、 A/D、D/A與單片機(jī)之間的隔離措施與單片機(jī)之間的隔離措施 （1）模擬量隔離）模擬量隔離 對(duì)對(duì)A/D、D/A變換前后的模擬信號(hào)進(jìn)行隔離，是變換前后的模擬信號(hào)進(jìn)行隔離，是 常用的一種方法。通常采用隔離型放大器對(duì)模擬量常用的一種方法。通常采用隔離型放大器對(duì)模擬量 進(jìn)行隔離。但所用的隔離型放大器必須滿足進(jìn)行隔離。但所用的隔離型放大器必須滿足A/D、 D/A變換的精度和線性要求。變換的精度和線性要求。 圖49 數(shù)字量隔離 利用若干個(gè)鎖存器對(duì)高速的地址信號(hào)、控制信號(hào)及數(shù)利用若干個(gè)鎖存器對(duì)高速的地址

18、信號(hào)、控制信號(hào)及數(shù) 據(jù)進(jìn)行鎖存然后用該信號(hào)對(duì)據(jù)進(jìn)行鎖存然后用該信號(hào)對(duì)A/D、D/A芯片進(jìn)行操作，完芯片進(jìn)行操作，完 成多路開關(guān)的選通，進(jìn)行成多路開關(guān)的選通，進(jìn)行A/D、D/A變換。換言之，變換。換言之，A/D變變 換時(shí)，先將模擬量變?yōu)閿?shù)字量進(jìn)行隔離，然后再送入單片換時(shí)，先將模擬量變?yōu)閿?shù)字量進(jìn)行隔離，然后再送入單片 機(jī)。機(jī)。D/A變換時(shí)，先將數(shù)字量進(jìn)行隔離，然后進(jìn)行變換時(shí)，先將數(shù)字量進(jìn)行隔離，然后進(jìn)行D/A變換。變換。 如圖如圖49所示。所示。 （2）數(shù)字量隔離）數(shù)字量隔離 雙絞線是較常用的一種傳輸線。與同軸電纜相比，其波雙絞線是較常用的一種傳輸線。與同軸電纜相比，其波 阻抗高、抗共模噪聲能力強(qiáng)

19、，對(duì)電磁場具有一定抑制效果。阻抗高、抗共模噪聲能力強(qiáng)，對(duì)電磁場具有一定抑制效果。 根據(jù)傳送距離不同，雙絞線使用方法不同，如表根據(jù)傳送距離不同，雙絞線使用方法不同，如表41所示。所示。 當(dāng)用雙絞線傳輸與光電耦合器配合使用時(shí)，可按圖當(dāng)用雙絞線傳輸與光電耦合器配合使用時(shí)，可按圖410所示所示 的方式連接。圖中（的方式連接。圖中（a）是集電極開路驅(qū)動(dòng)器與光電耦合器的）是集電極開路驅(qū)動(dòng)器與光電耦合器的 一般情況。（一般情況。（b）是開關(guān)接點(diǎn)通過雙絞線與光電耦合器連接的）是開關(guān)接點(diǎn)通過雙絞線與光電耦合器連接的 情況。如光電耦合器的光敏晶體管的基極上接有電容情況。如光電耦合器的光敏晶體管的基極上接有電容 （

20、12pF0.01F）及電阻（）及電阻（1020M），且后面連接施密特集），且后面連接施密特集 成電路驅(qū)動(dòng)器，則會(huì)大大加強(qiáng)抗噪聲能力，如圖（成電路驅(qū)動(dòng)器，則會(huì)大大加強(qiáng)抗噪聲能力，如圖（c）所示）所示。 3、利用雙絞線抑制長線傳輸干擾、利用雙絞線抑制長線傳輸干擾 表表41 雙絞線的使用方法雙絞線的使用方法 距距 離離使用方法使用方法示意圖示意圖 5米以下 發(fā)送、接收端都 接有負(fù)載電阻。 若發(fā)射側(cè)為集電 極開路驅(qū)動(dòng)，則 接收側(cè)的集成電 路用施密特型電 路，抗干擾能力 更強(qiáng)。 10米左右 使用平衡輸出的 驅(qū)動(dòng)器和平衡輸 入的接收器 數(shù)十米 發(fā)送和接收信號(hào) 端都要接匹配電 阻。 圖410 雙絞線與光電耦

21、合器聯(lián)合使用 4、機(jī)械觸點(diǎn)及交流、直流電路的噪聲抑制、機(jī)械觸點(diǎn)及交流、直流電路的噪聲抑制 （1）機(jī)械觸點(diǎn)的抗干擾措施）機(jī)械觸點(diǎn)的抗干擾措施 開關(guān)、按鈕、繼電器觸點(diǎn)等在操作時(shí)，經(jīng)常會(huì)發(fā)生抖開關(guān)、按鈕、繼電器觸點(diǎn)等在操作時(shí)，經(jīng)常會(huì)發(fā)生抖 動(dòng)，如不采取措施，則會(huì)造成誤動(dòng)作。這類器件可采用如動(dòng)，如不采取措施，則會(huì)造成誤動(dòng)作。這類器件可采用如 圖圖811所示的辦法，以獲得沒有振蕩的邏輯信號(hào)。所示的辦法，以獲得沒有振蕩的邏輯信號(hào)。 （a）濾波消抖電路 （b）單穩(wěn)態(tài)電路 （c）觸發(fā)器消抖電路 （d）施密特電路 圖411 機(jī)械觸點(diǎn)的抗干擾措施 （2）抑制反電動(dòng)勢的抗干擾措施）抑制反電動(dòng)勢的抗干擾措施 電機(jī)、變

22、壓器、繼電器、電磁閥等工業(yè)電氣設(shè)備多為電機(jī)、變壓器、繼電器、電磁閥等工業(yè)電氣設(shè)備多為 感性負(fù)載，投切時(shí)會(huì)產(chǎn)生很高的反電勢，這不僅可能損壞感性負(fù)載，投切時(shí)會(huì)產(chǎn)生很高的反電勢，這不僅可能損壞 元件，而且會(huì)產(chǎn)生高頻的電磁波干擾其它電路，通過電源元件，而且會(huì)產(chǎn)生高頻的電磁波干擾其它電路，通過電源 直接侵入到單片機(jī)裝置中。因此，在輸入直接侵入到單片機(jī)裝置中。因此，在輸入/輸出通道中使用輸出通道中使用 這類器件時(shí)，必須在繼電器線圈或開關(guān)觸頭兩端并接抗干這類器件時(shí)，必須在繼電器線圈或開關(guān)觸頭兩端并接抗干 擾電路，如圖擾電路，如圖412所示。其中，（所示。其中，（a）（）（b）用于直流電）用于直流電 流的干擾

23、抑制；（流的干擾抑制；（c）圖電路對(duì)交、直流干擾均適用；（）圖電路對(duì)交、直流干擾均適用；（d） （e）用于接觸器和繼電器觸頭的兩端。）用于接觸器和繼電器觸頭的兩端。 （a）二極管穩(wěn)壓管抑制電路 （b）電阻二極管抑制電路（c） R-C阻容抑制電路 （d）（e）開關(guān)觸頭兩端的反電勢抑制電路 圖412 反電勢抑制電路 4.3 印制電路板及電路的抗干擾設(shè)計(jì)印制電路板及電路的抗干擾設(shè)計(jì) 在單片機(jī)系統(tǒng)中，印制電路板的設(shè)計(jì)好壞對(duì)抗干擾能在單片機(jī)系統(tǒng)中，印制電路板的設(shè)計(jì)好壞對(duì)抗干擾能 力影響很大。印制電路板是用來支撐電路元件，并提供電力影響很大。印制電路板是用來支撐電路元件，并提供電 路元件和器件之間電氣連接

24、的重要組件。為了減少干擾，路元件和器件之間電氣連接的重要組件。為了減少干擾， 在印制電路板設(shè)計(jì)過程中必須遵循以下三大原則：在印制電路板設(shè)計(jì)過程中必須遵循以下三大原則： 盡量控制噪聲源；盡量控制噪聲源； 盡量減小噪聲的傳播與耦合；盡量減小噪聲的傳播與耦合； 盡量增加噪聲的吸收。盡量增加噪聲的吸收。 4.3.1印制電路板的尺寸及元件的選擇印制電路板的尺寸及元件的選擇 1印制電路板大小要適中印制電路板大小要適中 如果印制電路板太大，會(huì)增加線路的阻抗及成本，降低抗如果印制電路板太大，會(huì)增加線路的阻抗及成本，降低抗 干擾能力；太小，則散熱不好，而且線路間干擾也會(huì)大大增加。干擾能力；太小，則散熱不好，而且

25、線路間干擾也會(huì)大大增加。 2合理配置去耦電容合理配置去耦電容 （1）直流電源輸入端應(yīng)跨接）直流電源輸入端應(yīng)跨接10100F以上的電解電容器。以上的電解電容器。 （2）原則上每個(gè)集成電路芯片的）原則上每個(gè)集成電路芯片的Vcc引腳都應(yīng)安置引腳都應(yīng)安置個(gè)個(gè)0.01F 的陶瓷電容器。也可每的陶瓷電容器。也可每410個(gè)芯片安置一個(gè)個(gè)芯片安置一個(gè)110F的鉭電容的鉭電容 器。器。 （3）對(duì)于抗噪聲能力弱、關(guān)斷時(shí)電流變化大的器件和）對(duì)于抗噪聲能力弱、關(guān)斷時(shí)電流變化大的器件和 ROM、RAM等存儲(chǔ)器件，應(yīng)在芯片的電源線等存儲(chǔ)器件，應(yīng)在芯片的電源線 （Vcc）和地線（）和地線（GND）間直接接入去耦電容。）間直

26、接接入去耦電容。 （4）電容引線不能太長，特別是高頻旁路電容不能帶引線。）電容引線不能太長，特別是高頻旁路電容不能帶引線。 （5）在選用作為電路充電的儲(chǔ)能電容時(shí)，盡量采用大容量）在選用作為電路充電的儲(chǔ)能電容時(shí)，盡量采用大容量 的鉭電容或聚脂電容，而不用電解電容。若使用電解電容的鉭電容或聚脂電容，而不用電解電容。若使用電解電容 則要與高頻特性好的去耦電容成對(duì)使用。如圖則要與高頻特性好的去耦電容成對(duì)使用。如圖813所示為所示為 去耦電容的安裝位置圖。去耦電容的安裝位置圖。 圖413 去耦電容的安裝位置圖 3選擇時(shí)鐘頻率低的單片機(jī)及外部時(shí)鐘部件。選擇時(shí)鐘頻率低的單片機(jī)及外部時(shí)鐘部件。 4元件的選擇盡

27、量采用低速器件。元件的選擇盡量采用低速器件。 5對(duì)進(jìn)入電路板的信號(hào)源及從高噪聲區(qū)來的信號(hào)要加濾對(duì)進(jìn)入電路板的信號(hào)源及從高噪聲區(qū)來的信號(hào)要加濾 波，繼電器線圈處要加續(xù)流二極管。波，繼電器線圈處要加續(xù)流二極管。 6盡量不使用盡量不使用IC插座，而把插座，而把IC直接焊在印制板上，這樣直接焊在印制板上，這樣 可減少可減少IC插座間較大的分布電容。插座間較大的分布電容。 7電源插接件與信號(hào)插接件要盡量遠(yuǎn)離，主要信號(hào)的插電源插接件與信號(hào)插接件要盡量遠(yuǎn)離，主要信號(hào)的插 接件外面最好帶有屏蔽。接件外面最好帶有屏蔽。 在安排插針信號(hào)時(shí)，用一部分插針為接地針，均勻分在安排插針信號(hào)時(shí)，用一部分插針為接地針，均勻分

28、 布于各信號(hào)針之間，起到隔離干擾的作用。信號(hào)針與接地布于各信號(hào)針之間，起到隔離干擾的作用。信號(hào)針與接地 針理想的比例為針理想的比例為1：1。 1元件布置要合理分區(qū)。元件布置要合理分區(qū)。 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)通?？煞秩齾^(qū)，即模擬電路區(qū)（怕干擾）、單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)通?？煞秩齾^(qū)，即模擬電路區(qū)（怕干擾）、 數(shù)字電路區(qū)（既怕干擾、又產(chǎn)生干擾）、功率驅(qū)動(dòng)區(qū)（干數(shù)字電路區(qū)（既怕干擾、又產(chǎn)生干擾）、功率驅(qū)動(dòng)區(qū)（干 擾源）。應(yīng)將這三個(gè)區(qū)合理分開，使它們相互間的信號(hào)耦擾源）。應(yīng)將這三個(gè)區(qū)合理分開，使它們相互間的信號(hào)耦 合最小。合最小。 2印制電路板要按單點(diǎn)接電源、單點(diǎn)接地的原則送電。印制電路板要按單點(diǎn)接電源、單點(diǎn)接地的原

29、則送電。 三個(gè)區(qū)的電源線、地線由該點(diǎn)分三路引出。三個(gè)區(qū)的電源線、地線由該點(diǎn)分三路引出。 3噪聲元件與非噪聲元件要離得遠(yuǎn)一些。噪聲元件與非噪聲元件要離得遠(yuǎn)一些。 易產(chǎn)生噪聲的器件、小電流電路、大電流電路等應(yīng)盡量遠(yuǎn)易產(chǎn)生噪聲的器件、小電流電路、大電流電路等應(yīng)盡量遠(yuǎn) 離計(jì)算機(jī)邏輯電路，如有可能，應(yīng)另做電路板。離計(jì)算機(jī)邏輯電路，如有可能，應(yīng)另做電路板。 4時(shí)鐘發(fā)生器、晶振和時(shí)鐘發(fā)生器、晶振和CPU的時(shí)鐘輸入端要盡量靠近，的時(shí)鐘輸入端要盡量靠近， 并遠(yuǎn)離并遠(yuǎn)離I/O線及接插件。線及接插件。 4.3.2印制電路板的合理布局印制電路板的合理布局 5I/O驅(qū)動(dòng)器件、功率放大驅(qū)動(dòng)器件、功率放大 器件盡量靠近印制

30、電路板的器件盡量靠近印制電路板的 邊緣、靠近引出接插件。邊緣、靠近引出接插件。 6器件的布置上也應(yīng)考慮器件的布置上也應(yīng)考慮 到散熱。到散熱。 最好把最好把ROM、RAM、時(shí)鐘、時(shí)鐘 發(fā)生器等發(fā)熱較多的器件布發(fā)生器等發(fā)熱較多的器件布 置在印制板的偏上方部位置在印制板的偏上方部位 （當(dāng)印制板豎直安裝時(shí)）或（當(dāng)印制板豎直安裝時(shí)）或 易通風(fēng)散熱的地方。單片機(jī)易通風(fēng)散熱的地方。單片機(jī) 組件的參考布局如圖組件的參考布局如圖414 所示。所示。 圖414 單片機(jī)組件位置分配示意圖 1正確處理電源線正確處理電源線 根據(jù)印制線路板電流的大小，盡量加粗電源線寬度，根據(jù)印制線路板電流的大小，盡量加粗電源線寬度， 減

31、少環(huán)路電阻。同時(shí)，使電源線、地線的走向和數(shù)據(jù)傳遞減少環(huán)路電阻。同時(shí)，使電源線、地線的走向和數(shù)據(jù)傳遞 的方向一致。電源線和地線最好分別設(shè)計(jì)在不同的版面上，的方向一致。電源線和地線最好分別設(shè)計(jì)在不同的版面上， 以防雜物引起短路。以防雜物引起短路。 8.3.3印制電路板的合理布線印制電路板的合理布線 圖415 接地的3種方式 （1）正確選擇單點(diǎn)接地與多點(diǎn)接地。當(dāng)信號(hào)頻率小于）正確選擇單點(diǎn)接地與多點(diǎn)接地。當(dāng)信號(hào)頻率小于1MHz時(shí)，時(shí)， 應(yīng)盡量采用單點(diǎn)并聯(lián)接地，實(shí)際布線有困難時(shí)，可部分串聯(lián)后應(yīng)盡量采用單點(diǎn)并聯(lián)接地，實(shí)際布線有困難時(shí)，可部分串聯(lián)后 再并聯(lián)接地；當(dāng)頻率大于再并聯(lián)接地；當(dāng)頻率大于10MHz時(shí)，

32、宜采用多點(diǎn)串聯(lián)接地；當(dāng)時(shí)，宜采用多點(diǎn)串聯(lián)接地；當(dāng) 信號(hào)頻率在信號(hào)頻率在110MHz之間時(shí)，如地線長度不超過波長的之間時(shí)，如地線長度不超過波長的1/20， 可用單點(diǎn)接地?？捎脝吸c(diǎn)接地。3種接地方式如圖種接地方式如圖415所示。所示。 2正確處理地線正確處理地線 （2）將數(shù)字地、模擬地、電源地等分開走線，在一點(diǎn)上可）將數(shù)字地、模擬地、電源地等分開走線，在一點(diǎn)上可 靠連接。如圖靠連接。如圖416所示。所示。 圖416 數(shù)字地與模擬地的正確連接 （3）接地線應(yīng)盡量加粗，使它能通過三倍于印制板上的允許電）接地線應(yīng)盡量加粗，使它能通過三倍于印制板上的允許電 流。一般接地線寬度應(yīng)在流。一般接地線寬度應(yīng)在23

33、mm以上。地線、電源線與信號(hào)線以上。地線、電源線與信號(hào)線 的關(guān)系是：地線電源線信號(hào)線。的關(guān)系是：地線電源線信號(hào)線。 （4）使數(shù)字電路的接地線形成閉環(huán)路。）使數(shù)字電路的接地線形成閉環(huán)路。 （5）高頻部分盡量采用大面積包圍式地線。）高頻部分盡量采用大面積包圍式地線。 （1）用地線將時(shí)鐘振蕩電路圈起來，讓周圍電場趨近于零。）用地線將時(shí)鐘振蕩電路圈起來，讓周圍電場趨近于零。 （2）石英晶體振蕩器外殼要接地，時(shí)鐘線盡量短，且在石英晶）石英晶體振蕩器外殼要接地，時(shí)鐘線盡量短，且在石英晶 體振蕩器下面要加大接地的面積，不要走其它信號(hào)線。體振蕩器下面要加大接地的面積，不要走其它信號(hào)線。 （3）時(shí)鐘線垂直于）時(shí)

34、鐘線垂直于I/O線，必要時(shí)要遠(yuǎn)離線，必要時(shí)要遠(yuǎn)離I/O線。線。 3時(shí)鐘振蕩電路的處理時(shí)鐘振蕩電路的處理 數(shù)字電路中，閑置不用的門電路輸入端不能懸空。運(yùn)數(shù)字電路中，閑置不用的門電路輸入端不能懸空。運(yùn) 算放大器中，閑置不用的正輸入端接地，閑置的負(fù)輸入端算放大器中，閑置不用的正輸入端接地，閑置的負(fù)輸入端 與輸出端連接。單片機(jī)中不用的與輸出端連接。單片機(jī)中不用的I/O口定義成輸出。單片機(jī)口定義成輸出。單片機(jī) 上有一個(gè)以上電源、接地端的，每一端都要接上，不要懸上有一個(gè)以上電源、接地端的，每一端都要接上，不要懸 空。如圖空。如圖417所示。所示。 圖417 不用空閑端的處理方法 4閑置不用的引腳要做好處理

35、閑置不用的引腳要做好處理 （1）盡量使用多層板，過）盡量使用多層板，過 孔要盡量少?？滓M量少。 （2）電路板銅膜線的布線）電路板銅膜線的布線 盡量使用盡量使用45的折線，不的折線，不 要使用要使用90折線，以減小折線，以減小 高頻信號(hào)的發(fā)射。其布線高頻信號(hào)的發(fā)射。其布線 方式如圖方式如圖418所示。所示。 圖418 銅膜線的布線方式 5信號(hào)線的布線信號(hào)線的布線 （3）重要的信號(hào)線應(yīng)盡量短且要盡量粗，并在兩側(cè)加上）重要的信號(hào)線應(yīng)盡量短且要盡量粗，并在兩側(cè)加上 保護(hù)地。將信號(hào)通過扁平電纜引出時(shí)，要使用地線保護(hù)地。將信號(hào)通過扁平電纜引出時(shí)，要使用地線信信 號(hào)號(hào)地線地線的結(jié)構(gòu)。的結(jié)構(gòu)。 （4）任何信

36、號(hào)線都不要形成環(huán)路，如不可避免，環(huán)路應(yīng)）任何信號(hào)線都不要形成環(huán)路，如不可避免，環(huán)路應(yīng) 盡量小。盡量小。 （5）對(duì)于）對(duì)于A/D類器件，數(shù)字部分與模擬部分信號(hào)線不能交類器件，數(shù)字部分與模擬部分信號(hào)線不能交 叉。對(duì)噪聲敏感的信號(hào)線不要與高速線、大電流線平行。叉。對(duì)噪聲敏感的信號(hào)線不要與高速線、大電流線平行。 8.4軟件的抗干擾設(shè)計(jì)軟件的抗干擾設(shè)計(jì) 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的抗干擾不可能完全依靠硬件解決，軟單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的抗干擾不可能完全依靠硬件解決，軟 件抗干擾設(shè)計(jì)也是防止和消除應(yīng)用系統(tǒng)故障的重要途徑。件抗干擾設(shè)計(jì)也是防止和消除應(yīng)用系統(tǒng)故障的重要途徑。 4.4.1控制狀態(tài)失常的軟件對(duì)策控制狀態(tài)失常的軟件對(duì)策

37、 軟件冗余。將對(duì)控制條件的一次采樣、處理控制輸出改軟件冗余。將對(duì)控制條件的一次采樣、處理控制輸出改 為循環(huán)采樣、處理控制輸出的方式。這種方法對(duì)于慣性較大為循環(huán)采樣、處理控制輸出的方式。這種方法對(duì)于慣性較大 的控制系統(tǒng)具有良好的抗干擾作用。如軟件去抖動(dòng)。的控制系統(tǒng)具有良好的抗干擾作用。如軟件去抖動(dòng)。 設(shè)置當(dāng)前輸出狀態(tài)寄存單元。當(dāng)干擾侵入輸出通道設(shè)置當(dāng)前輸出狀態(tài)寄存單元。當(dāng)干擾侵入輸出通道 造成輸出狀態(tài)破壞時(shí)，系統(tǒng)能及時(shí)將寄存單元的輸出狀造成輸出狀態(tài)破壞時(shí)，系統(tǒng)能及時(shí)將寄存單元的輸出狀 態(tài)信息傳送到各輸出接口的端口寄存器中，以維持正確態(tài)信息傳送到各輸出接口的端口寄存器中，以維持正確 的輸出控制。的

38、輸出控制。 設(shè)置自檢程序。在單片機(jī)上電復(fù)位后或在程序中設(shè)置自檢程序。在單片機(jī)上電復(fù)位后或在程序中 間特定部位及某些內(nèi)存單元插入狀態(tài)標(biāo)志，在單片機(jī)運(yùn)間特定部位及某些內(nèi)存單元插入狀態(tài)標(biāo)志，在單片機(jī)運(yùn) 行中不斷循環(huán)檢測，以保證系統(tǒng)中信息存儲(chǔ)、運(yùn)輸、運(yùn)行中不斷循環(huán)檢測，以保證系統(tǒng)中信息存儲(chǔ)、運(yùn)輸、運(yùn) 算的高可靠性。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)需要自檢的部件有算的高可靠性。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)需要自檢的部件有 EPROM、RAM、I/O口等?？诘?。 8.4.2程序運(yùn)行失常的軟件對(duì)策程序運(yùn)行失常的軟件對(duì)策 一旦單片機(jī)因干擾而使得程序計(jì)數(shù)器一旦單片機(jī)因干擾而使得程序計(jì)數(shù)器PC偏離了原定的偏離了原定的 值，程序便脫離正常運(yùn)行軌道

39、，出現(xiàn)操作數(shù)數(shù)值改變或?qū)⒅?，程序便脫離正常運(yùn)行軌道，出現(xiàn)操作數(shù)數(shù)值改變或?qū)?操作數(shù)當(dāng)作操作碼的操作數(shù)當(dāng)作操作碼的“跑飛跑飛”現(xiàn)象。此時(shí)，可采用軟件陷現(xiàn)象。此時(shí)，可采用軟件陷 阱和阱和“看門狗看門狗”技術(shù)使程序恢復(fù)到正常狀態(tài)。技術(shù)使程序恢復(fù)到正常狀態(tài)。 1、設(shè)置軟件陷阱、設(shè)置軟件陷阱 所謂軟件陷阱，是指一些可以使混亂的程序恢復(fù)正常所謂軟件陷阱，是指一些可以使混亂的程序恢復(fù)正常 運(yùn)行或使運(yùn)行或使“跑飛跑飛“的程序恢復(fù)到初始狀態(tài)的的程序恢復(fù)到初始狀態(tài)的系列指令。系列指令。 其主要形式見表其主要形式見表42。 表表42 軟件陷阱的兩種指令形式及適用范圍軟件陷阱的兩種指令形式及適用范圍 形式形式軟件陷阱

40、形式軟件陷阱形式對(duì)應(yīng)入口形式對(duì)應(yīng)入口形式適適 用用 范范 圍圍 1 NOP NOP LJMP 0000H 0000H：LJMP MAIN；運(yùn)行程序 雙字節(jié)指令和3字節(jié)指令之后 0003H0030H地址未使用的中斷區(qū) 跳轉(zhuǎn)指令及子程序調(diào)用和返回指令之后 程序段之間的未用區(qū)域 數(shù)據(jù)表格及散轉(zhuǎn)表格的最后 每隔一些指令(一般為十幾條指令)后 2 LJMP 0202H LJMP 0000H 0000H：LJMP MAIN；運(yùn)行主程序 ： 0202H：LJMP 0000H ： 注：注：形式一的機(jī)器碼為0000020000（十六進(jìn)制） 形式二的機(jī)器碼為020202020000（十六進(jìn)制） 當(dāng)未使用的中斷因干

41、擾而開放時(shí)，在對(duì)應(yīng)的中斷服務(wù)程 序中設(shè)置軟件陷阱，就能及時(shí)捕捉到錯(cuò)誤的中斷。在中斷服 務(wù)程序中要注意：返回指令用RETI，也可用LJMP。其中斷 服務(wù)程序形式為以下兩種： 形式一：形式一：形式二：形式二： NOP NOP POP direct1 POP direct2 LJMP 0000H NOP NOP POP direct1；將原先斷點(diǎn)彈出 POP direct2 PUSH 00H；斷點(diǎn)地址改為000 0H PUSH 00H RETI （1）未使用的中斷區(qū) 單片機(jī)系統(tǒng)中使用的單片機(jī)系統(tǒng)中使用的EPROM很少能夠全部用完，很少能夠全部用完， 這些非程序區(qū)可用這些非程序區(qū)可用000002000

42、0或或020202020000數(shù)據(jù)填數(shù)據(jù)填 滿。需要注意的是，最后一條填入數(shù)據(jù)應(yīng)為滿。需要注意的是，最后一條填入數(shù)據(jù)應(yīng)為020000。當(dāng)。當(dāng) 程序程序“跑飛跑飛”進(jìn)入此區(qū)后，便會(huì)迅速自動(dòng)入軌進(jìn)入此區(qū)后，便會(huì)迅速自動(dòng)入軌。 （2）未使用的）未使用的EPROM空間空間 單片機(jī)系統(tǒng)尋址空間為單片機(jī)系統(tǒng)尋址空間為64K。如果系統(tǒng)僅選用了一片。如果系統(tǒng)僅選用了一片2764， 其地址空間為其地址空間為8K，那么還有，那么還有56K地址空間閑置。當(dāng)程序地址空間閑置。當(dāng)程序“跑飛跑飛” 到這些空間時(shí)，讀入數(shù)據(jù)將為到這些空間時(shí)，讀入數(shù)據(jù)將為FFH，這是，這是“MOV R7，A”指令指令 的機(jī)器碼，此代碼的執(zhí)行將

43、修改的機(jī)器碼，此代碼的執(zhí)行將修改R7中的內(nèi)容。因此，可采用圖中的內(nèi)容。因此，可采用圖 419所示電路來避免。圖中所示電路來避免。圖中74LS08為四二與門，當(dāng)為四二與門，當(dāng)PC落入落入 2000HFFFFH這段閑置空間時(shí)，定有為高電平。當(dāng)執(zhí)行取指令這段閑置空間時(shí)，定有為高電平。當(dāng)執(zhí)行取指令 操作時(shí)，為低電平，從而引起中斷，在中斷服務(wù)程序中設(shè)置軟操作時(shí)，為低電平，從而引起中斷，在中斷服務(wù)程序中設(shè)置軟 件陷阱可將件陷阱可將“跑飛跑飛”的程序迅速拉入正軌。的程序迅速拉入正軌。 圖419 非EPROM區(qū)防“跑飛”電路 （3）非）非EPROM芯片空間芯片空間 由于程序是采用模塊化的設(shè)計(jì)方法，因此，程序也

44、是以由于程序是采用模塊化的設(shè)計(jì)方法，因此，程序也是以 模塊方式運(yùn)行的。此時(shí)可以將陷阱指令組分散放置在用戶程模塊方式運(yùn)行的。此時(shí)可以將陷阱指令組分散放置在用戶程 序各模塊之間空余的單元里。一般每序各模塊之間空余的單元里。一般每1K字節(jié)有幾個(gè)陷阱就夠字節(jié)有幾個(gè)陷阱就夠 了。了。 在正常程序中不執(zhí)行這些陷阱指令，保證用戶程序正常在正常程序中不執(zhí)行這些陷阱指令，保證用戶程序正常 運(yùn)行；但當(dāng)程序運(yùn)行；但當(dāng)程序“跑飛跑飛”時(shí)，一旦落入這些陷阱區(qū)，馬上就時(shí)，一旦落入這些陷阱區(qū)，馬上就 可將可將“跑飛跑飛”的程序拉到正確軌道。的程序拉到正確軌道。 （4）運(yùn)行程序區(qū)）運(yùn)行程序區(qū) 設(shè)用戶主程序運(yùn)行區(qū)間為設(shè)用戶主程

45、序運(yùn)行區(qū)間為add1add2，且定時(shí)器，且定時(shí)器T0產(chǎn)生產(chǎn)生 10ms定時(shí)中斷；當(dāng)程序定時(shí)中斷；當(dāng)程序“跑飛跑飛”落入落入add1add2以外的區(qū)間，以外的區(qū)間， 此時(shí)又發(fā)生了定時(shí)中斷，則可在中斷服務(wù)程序中判定中斷斷此時(shí)又發(fā)生了定時(shí)中斷，則可在中斷服務(wù)程序中判定中斷斷 點(diǎn)地址點(diǎn)地址addx是否在是否在add1add2之間，若不在則說明發(fā)生了程之間，若不在則說明發(fā)生了程 序序“跑飛跑飛”，應(yīng)使程序返回到復(fù)位入口地址，應(yīng)使程序返回到復(fù)位入口地址0000H，使跑飛，使跑飛 程序納入正軌。程序納入正軌。 （5）中斷服務(wù)程序區(qū)）中斷服務(wù)程序區(qū) 程序運(yùn)行監(jiān)視系統(tǒng)又稱“看門狗”（WATCHDOG）。 “看門

46、狗”好比是主人（單片機(jī)）養(yǎng)的一條“狗”，在正常工作時(shí)，每 隔段固定時(shí)間就給“狗”吃點(diǎn)東西“狗”吃過東西后就不會(huì)影響主 人干活了。如果主人打瞌睡，到一定時(shí)間，“狗”餓了，發(fā)現(xiàn)主人還沒 有給它吃東西，就會(huì)叫醒主人。由此可以看出，“看門狗”就是一個(gè)監(jiān) 視跟蹤定時(shí)器，應(yīng)用“看門狗”技術(shù)可以使單片機(jī)從死循環(huán)中恢復(fù)到正 常狀態(tài)。 “看門狗”可以用硬件電路實(shí)現(xiàn)，也可采用軟件技術(shù)通過內(nèi)部定時(shí)/ 計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)。目前，大多數(shù)單片機(jī)片內(nèi)都集成有程序運(yùn)行監(jiān)視系統(tǒng)。 （1）硬件“看門狗” MAX706是一款帶有“看門狗”和電壓監(jiān)控功能的芯片，其外形如 圖820（a）所示。由其構(gòu)成的硬件“看門狗”見圖820（b）。 2設(shè)置

47、程序運(yùn)行監(jiān)視系統(tǒng)。設(shè)置程序運(yùn)行監(jiān)視系統(tǒng)。 在MAX706內(nèi)部有一個(gè)定時(shí)器，它獨(dú)立工作于單片機(jī)之外。若單片 機(jī)正常工作，每隔一段時(shí)間就通過P1.1向“看門狗”輸出一個(gè)脈沖，使 “看門狗”電路復(fù)位，“看門狗”從0開始重新計(jì)數(shù)。但當(dāng)單片機(jī)由于 干擾等原因不能正常向“看門狗”電路輸出復(fù)位脈沖時(shí)，如果“看門狗” 的定時(shí)時(shí)間已到，MAX706的端就會(huì)輸出一個(gè)脈沖給單片機(jī)，使單片機(jī) 復(fù)位，使其從故障狀態(tài)恢復(fù)正常。 圖420 MAX706實(shí)現(xiàn)的硬件“看門狗”電 路 （2）軟件“看門狗” 軟件“看門狗”技術(shù)的基本思路是：在主程序中對(duì)定時(shí)器T0中斷服 務(wù)程序進(jìn)行監(jiān)視；在定時(shí)器T1中斷服務(wù)程序中對(duì)主程序進(jìn)行監(jiān)視；定

48、時(shí) 器T0中斷監(jiān)視定時(shí)器T1中斷。軟件“看門狗”設(shè)計(jì)請(qǐng)參閱相關(guān)書籍，這 里就不再詳述。 （3）“看門狗”設(shè)計(jì)時(shí)的注意事項(xiàng) 復(fù)位看門狗，使看門狗電路繼續(xù)起作用的程序段應(yīng)安排在等待查詢的 循環(huán)體內(nèi)部、耗時(shí)很大的函數(shù)體內(nèi)部及主程序任務(wù)隊(duì)列中，而不要加在 定時(shí)器中斷服務(wù)程序中. “硬狗”實(shí)現(xiàn)冷啟動(dòng)，“軟狗”實(shí)現(xiàn)熱啟動(dòng)8.4，“硬狗”的可靠性 和作用都要比“軟狗”強(qiáng)。在開發(fā)產(chǎn)品時(shí)，“硬狗”是必須得加的，而 “軟狗”不一定要加。 （1）算術(shù)平均值法 算術(shù)平均值法就是連續(xù)取N個(gè)值進(jìn)行采樣，然后算術(shù)平均。這種方法適用于 對(duì)般具有隨機(jī)干擾的信號(hào)進(jìn)行濾波。 （2）比較舍取法 當(dāng)控制系統(tǒng)測量結(jié)果的個(gè)別數(shù)據(jù)存在偏差時(shí)

49、，為了剔除個(gè)別錯(cuò)誤數(shù)據(jù)，可采 用比較舍取法，即對(duì)某個(gè)采樣點(diǎn)連續(xù)采樣幾次，根據(jù)所采樣的變化情況確定舍 取辦法，剔除偏差數(shù)據(jù)。 （3）中值法 中值濾波法就是對(duì)某一被測參數(shù)連續(xù)采樣N次(一般N取奇數(shù))，然后把N次采 樣值按大小排列，取中間值為本次采樣值。中值濾波能有效地克服因偶然因素 引起的波動(dòng)干擾。適用于緩慢變化的被測量。 （4）一階遞推數(shù)字濾波法 這種方法是利用軟件完成RC低通濾波器的算法，代替硬件實(shí)現(xiàn)RC濾波。 4.4.3 數(shù)據(jù)采集誤差的軟件對(duì)策數(shù)據(jù)采集誤差的軟件對(duì)策 用軟件濾波算法，可濾掉大部分由輸入信號(hào)干擾而引起的用軟件濾波算法，可濾掉大部分由輸入信號(hào)干擾而引起的 輸出控制錯(cuò)誤。最常用的方

50、法有算術(shù)平均值法、比較舍取法、輸出控制錯(cuò)誤。最常用的方法有算術(shù)平均值法、比較舍取法、 中值法、一階遞推數(shù)字濾波法等。中值法、一階遞推數(shù)字濾波法等。 4.5課外閱讀課外閱讀 4.5.1固態(tài)繼電器的基本應(yīng)用固態(tài)繼電器的基本應(yīng)用 固態(tài)繼電器SSR (SOLID STATE RELAYS)是一種典型的弱電控制強(qiáng) 電的新型無觸點(diǎn)開關(guān)器件，它在數(shù)控和自控設(shè)備等方面應(yīng)用非常廣泛，在 相當(dāng)程度上可取代傳統(tǒng)的“線圈簧片觸點(diǎn)式”繼電器(簡稱“MER”)。 因此，對(duì)于電氣自動(dòng)化專業(yè)的學(xué)生來講，多學(xué)一點(diǎn)這方面的相關(guān)知識(shí)，對(duì) 今后的工作會(huì)有很大的幫助。 SSR只有兩個(gè)輸入端(A和B)及兩個(gè)輸出端(C和D)，是一種四端器

51、件。 工作時(shí)只要在A、B端加上一定的控制信號(hào)，就可以控制C、D兩端之間的 “通”和“斷”，實(shí)現(xiàn)“開關(guān)”的功能。圖8-21給出了幾種國內(nèi)、外常見 的SSR的外形。 圖4-21固態(tài)繼電器的外形 固態(tài)繼電器的特點(diǎn)主要體現(xiàn)為： 工作可靠性高、壽命長 SSR由全固態(tài)電子元件組成，它沒有任何可動(dòng)的機(jī)械部件，工作中 也沒有任何機(jī)械動(dòng)作；其開關(guān)的“通”、“斷”功能由電路三極管或雙 向晶閘管控制實(shí)現(xiàn)，無機(jī)械觸點(diǎn)。因而工作更加可靠。有資料表明SSR 的開關(guān)次數(shù)可達(dá)108-109次，比一般傳統(tǒng)繼電器的106高幾百倍； 靈敏度高、控制功率小、電磁兼容性好 SSR的輸入電壓范圍較寬、驅(qū)動(dòng)功率低（一般只需十幾毫瓦就能正常

52、工 作），可與大多數(shù)邏輯集成電路兼容，而不需加裝緩沖器或驅(qū)動(dòng)器。 1固態(tài)繼電器的特點(diǎn)固態(tài)繼電器的特點(diǎn) 轉(zhuǎn)換速度快 SSR用固態(tài)器件控制電路通斷，所以轉(zhuǎn)換速度可達(dá)幾毫秒甚至幾微 秒。 產(chǎn)生的電磁干擾小 SSR沒有輸入線圈，沒有觸點(diǎn)燃弧和回跳，因而電磁干擾較小。 無動(dòng)作噪聲、耐振耐機(jī)械沖擊、對(duì)安裝位置無限制，能適應(yīng)環(huán)境惡劣的 工作場合。 SSR很容易用絕緣防水材料灌封做成全密封形式，而且具有良好的 防潮防霉防腐性能，在防爆和防止臭氧污染方面的性能也極佳。這些特 點(diǎn)使SSR可在軍事(如飛行器、火炮、艦船、車載武器系統(tǒng))、化工、井 下采煤和各種工業(yè)民用電控設(shè)備的應(yīng)用中大顯身手，具有超越傳統(tǒng)繼電 器的技

53、術(shù)優(yōu)勢。 SSR還能承受在數(shù)值上可達(dá)額定電流十倍左右的浪涌電流。 固態(tài)繼電器的應(yīng)用領(lǐng)域很廣，以下只作簡要說明。 多組輸出電路 圖8-22（a）為多組輸出電路。當(dāng)輸入為“0”時(shí)，三極管 BG截止，SSR1、SSR2、SSR3的輸入端無輸入電壓，各自 的輸出端斷開；當(dāng)輸入為“1”時(shí)，三極管BG導(dǎo)通，SSR1、 SSR2、SSR3的輸入端有輸入電壓，各自的輸出端接通，因而 達(dá)到了由一個(gè)輸入端口控制多個(gè)輸出端“通”、 “斷”的目 的。 2固態(tài)繼電器的基本應(yīng)用固態(tài)繼電器的基本應(yīng)用 圖4-22(b)為單刀雙擲控制電路，當(dāng)輸入為“0”時(shí)，三極管BG截止， SSR1輸入端無輸入電壓，輸出端斷開，此時(shí)A點(diǎn)電壓加

54、到SSR2的輸入端 上(UAUDW應(yīng)使SSR2輸出端可靠接通)，SSR2的輸出端接通；當(dāng)輸入為 “1”時(shí)，三極管BG導(dǎo)通，SSR1輸入端有輸入電壓，輸出端接通，此時(shí)A點(diǎn) 雖有電壓，但UAUDW的電壓值已不能使SSR2的輸出端接通而處于斷開 狀態(tài)，因而達(dá)到了“單刀雙擲控制電路”的功能。 但需注意：選擇穩(wěn)壓二極管DW的穩(wěn)壓值時(shí)，應(yīng)保證在導(dǎo)通的SSR1“+” 端的電壓不會(huì)使SSR2導(dǎo)通，同時(shí)又要兼顧到SSR1截止時(shí)期“+”端的電壓 能使SSR2導(dǎo)通。 圖4-22固態(tài)繼電器的多組輸出和單刀雙擲控制電路 單刀雙擲控制電路 光電耦合器也常用于較遠(yuǎn)距離的信號(hào)隔離傳送。在傳送中光電耦合器光電耦合器也常用于較遠(yuǎn)距離的信號(hào)隔離傳送。在傳送中光電耦合器 可以起到隔離兩個(gè)系統(tǒng)地線的作用可以起到隔離兩個(gè)系統(tǒng)地線的作用,使兩個(gè)系統(tǒng)電源相互獨(dú)立使兩個(gè)系統(tǒng)電源相互獨(dú)立,形成電流環(huán)形成電流環(huán) 路的傳送形式路的傳送形式.由于電流環(huán)電路是低阻抗電路由于電流環(huán)電路是低阻抗電路,它對(duì)噪音的敏感度低它對(duì)噪音的敏感度低,因此提因此提 高了通訊系統(tǒng)的抗干擾能力高了通訊系統(tǒng)的抗干擾能力.常用于有噪音干擾的環(huán)境下作遠(yuǎn)距離的信號(hào)傳常用于有噪音干擾的環(huán)境下作遠(yuǎn)距離的信號(hào)傳 輸輸.