微機化測控系統(tǒng)第七章

1、第七章第七章 抗干擾技術抗干擾技術 內容內容: :噪聲干擾的形成、噪聲干擾的形成、硬件抗干擾技術、硬件抗干擾技術、軟件抗干擾技術軟件抗干擾技術重點：噪聲干擾的形成、軟件抗干擾技術重點：噪聲干擾的形成、軟件抗干擾技術難點：硬件抗干擾技術、難點：硬件抗干擾技術、干擾的定義干擾的定義l干擾是指對系統(tǒng)的正常工作產生不良影響的內部或外部因素。從廣義上講，機電一體化系統(tǒng)的干擾因素包括電磁干擾、溫度干擾、濕度干擾、聲波干擾和振動干擾等等。l電磁干擾是指在工作過程中受環(huán)境因素的影響，出現(xiàn)的一些與有用信號無關的，并且對系統(tǒng)性能或信號傳輸有害的電氣變化現(xiàn)象。形成干擾的三個要素形成干擾的三個要素l干擾源：干擾源：產

2、生干擾信號的設備被稱為干擾源，如變壓器、繼電器、微波設 備、電機、無繩電話和高壓電線等都可以產生空中電磁信號 l傳播途徑傳播途徑：噪聲源到接收電路間的耦合通道。 l接收載體：接收載體：接收載體是指受影響的設備的某個環(huán)節(jié)，該環(huán)節(jié)吸收了干擾信 號，并轉化為對系統(tǒng)造成影響的電器參數(shù)。交流動力線引入噪聲高壓電線雷電雷達、電臺等天線發(fā)射裝置地電位波動電機、電焊機等大用電設備過程控制系統(tǒng)7-1-1 噪聲源噪聲源一、內部噪聲源1、電路元器件產生的固有噪聲，電阻熱噪聲、晶體管閃爍噪聲2、感性負載切換時產生的噪聲干擾，3、接觸噪聲（兩種材料之間的不完全接觸而引起導電兩種材料之間的不完全接觸而引起導電率起伏所產生

3、的噪聲，如虛焊或漏焊率起伏所產生的噪聲，如虛焊或漏焊 ）2 2。感性負載切換時產生的噪聲干擾。感性負載切換時產生的噪聲干擾在微機測控系統(tǒng)中常使用具有較大電感量的元件或在微機測控系統(tǒng)中常使用具有較大電感量的元件或設備，諸如繼電器、電動機、電磁閥等。當電感回設備，諸如繼電器、電動機、電磁閥等。當電感回路的電流被切斷時，會產生很大的反電勢而形成噪路的電流被切斷時，會產生很大的反電勢而形成噪聲干擾。這種反電勢甚至可能擊穿電路中晶體管之聲干擾。這種反電勢甚至可能擊穿電路中晶體管之類的器件，反電勢形成的噪聲干擾能產生電磁場，類的器件，反電勢形成的噪聲干擾能產生電磁場，對系統(tǒng)中的其它電路產生干擾。對于反電勢

4、干擾，對系統(tǒng)中的其它電路產生干擾。對于反電勢干擾，可采用如下措施：可采用如下措施：2。感性負載切換時產生的噪聲干擾。感性負載切換時產生的噪聲干擾圖7-1-1 感性負載的干擾抑制網(wǎng)絡7-1-1 噪聲源噪聲源二、外部噪聲源二、外部噪聲源1 1、天體和天電干擾、天體和天電干擾2 2、放電干擾：、放電干擾：電動機的電刷和整流子間的周期性電動機的電刷和整流子間的周期性瞬間放電，電焊、電火花加工機床、電氣開關設備中瞬間放電，電焊、電火花加工機床、電氣開關設備中的開關通斷，電氣機車和電車導電線與電刷間的放電的開關通斷，電氣機車和電車導電線與電刷間的放電等。等。3 3、射頻干擾：、射頻干擾：電視廣播、雷達及無

5、線電收發(fā)機等，電視廣播、雷達及無線電收發(fā)機等，對鄰近電子設備的干擾。對鄰近電子設備的干擾。 4 4、工頻干擾、工頻干擾: :大功率輸、配電線與鄰近測試系統(tǒng)的大功率輸、配電線與鄰近測試系統(tǒng)的傳輸線通過耦合產生的干擾。傳輸線通過耦合產生的干擾。 7-1-2 噪聲的耦合方式噪聲的耦合方式l靜電耦合（電容性耦合）l電磁耦合（電感性耦合）：磁場耦合干擾是指大電流周圍磁場對機電一體化設備回路耦合形成的干擾。l漏電耦合干擾（電阻性耦合） ：漏電耦合干擾是因絕緣電阻降低而由漏電流引起的干擾，多發(fā)生于工作條件比較惡劣的環(huán)境或器件性能退化、器件本身老化的情況下。l共阻抗干擾：共阻抗干擾是指電路各部分公共導線阻抗、

6、地阻抗和電源內阻壓降相互耦合形成的干擾,這是機電一體化系統(tǒng)普遍存在的一種干擾。如圖7-1所示的串聯(lián)接地方式，由于接地電阻的存在，三個電路的接地電位明顯不同。 l電磁輻射干擾：由各種大功率高頻、中頻發(fā)生裝置,各種電火花以及電臺、電視臺等產生的高頻電磁波向周圍空間輻射，形成電磁輻射干擾。雷電和宇宙空間也會有電磁波干擾信號。7-1-2 噪聲的耦合方式噪聲的耦合方式一、靜電偶合（電容性耦合）l寄生的含義就是本來沒有在那個地方設計電容，但由于布線構之間總是有互容，互感就好像是寄生在布線之間的一樣，所以叫寄生電容。 l寄生電容一般是指電感，電阻，芯片引腳等在高頻情況下表現(xiàn)出來的電容特性。實際上，一個電阻等

7、效于一個電容，一個電感，和一個電阻的串連，在低頻情況下表現(xiàn)不是很明顯，而在高頻情況下，等效值會增大，不能忽略。l兩個電路之間存在的寄生電容，產生靜電效應而引起的干擾，多發(fā)生在小電流、高電壓小電流、高電壓噪聲源對測試系統(tǒng)的干擾。如下頁圖7-1-2所示圖7-1-2 靜電電容耦合示意圖圖中導線圖中導線1 1是干擾源，導線是干擾源，導線2 2為測試系統(tǒng)傳輸線，為測試系統(tǒng)傳輸線，C1C1、C2C2分別為導線分別為導線1 1、2 2的寄生電容，的寄生電容，C12C12是導線是導線1 1和和2 2之間的寄生電容，之間的寄生電容，R R為導線為導線2 2被干被干擾電路的等效輸入阻抗。當干擾源的電壓擾電路的等效

8、輸入阻抗。當干擾源的電壓U1U1和角頻率和角頻率一定時，要一定時，要降低靜電電容性耦合效應就必須減小電路的等效輸入阻抗降低靜電電容性耦合效應就必須減小電路的等效輸入阻抗R R和寄生和寄生電容電容C12C12。 7-1-2 噪聲的耦合方式噪聲的耦合方式二、電磁干擾（電感性耦合）兩個電路之間存在的互感。多發(fā)生在大電流、大電流、低電壓低電壓噪聲源對測試系統(tǒng)的干擾。圖7-1-3 兩個電路之間的互感7-1-2 噪聲的耦合方式噪聲的耦合方式三、漏電耦合（電阻性耦合）由于絕緣不良，流經絕緣電阻的漏電使電測裝置引起干擾。圖7-1-4 電阻耦合等效電路 7-1-2 噪聲的耦合方式噪聲的耦合方式四、共阻抗耦合兩個

9、或兩個以上的電路有公共阻抗時，一個電路中的電流變化在公共阻抗端產生的電壓。這個電壓會影響與公共阻抗相連的其他電路的工作，成為其干擾電壓。1、電源內阻抗的耦合干擾當一個電源對幾路供電時，電源內部電阻R0就是公共阻抗，當某一路電流變化時，公共阻抗上產生的電壓就構成了對其他電路干擾源，如下圖7-1-5。7-1-2 噪聲的耦合方式噪聲的耦合方式圖7-1-5 電源共阻抗耦合干擾為了抑制電源內阻抗的耦合干擾，可采取如下措施：為了抑制電源內阻抗的耦合干擾，可采取如下措施： 減小電源減小電源的內阻；的內阻； 在電路中增加電源退耦濾波電路。在電路中增加電源退耦濾波電路。 7-1-2 噪聲的耦合方式噪聲的耦合方式

10、2、公共地線耦合干擾由于公共地線存在一定的阻抗，當電流通過時會產生干擾電壓。如圖圖7-1-6 公共地線耦合干擾圖中圖中R1,R2,R3R1,R2,R3為地線電阻，為地線電阻，A1,A2A1,A2為前置電壓放大器，為前置電壓放大器，A3A3為功率放大器，為功率放大器，A3A3級的電流級的電流I3I3較大，通過地線電阻較大，通過地線電阻R3R3時產生的電壓為時產生的電壓為U3=I3R3,U3U3=I3R3,U3就會對就會對A1A1、A2A2產生干擾。產生干擾。 7-1-2 噪聲的耦合方式噪聲的耦合方式3、輸出阻抗耦合干擾輸出向幾路負載供電時，任何一路負載電壓的變化都會通過線路公共阻抗耦合而影響其他

11、的輸出，產生干擾。7-1-2 噪聲的耦合方式噪聲的耦合方式圖7-1-7 輸出阻抗耦合干擾圖為一個信號輸出電路同時向三路負載提供信號的示意圖。圖為一個信號輸出電路同時向三路負載提供信號的示意圖。Z ZS S為信號輸出為信號輸出電路的輸出阻抗，電路的輸出阻抗，Z Z0 0為輸出接線阻抗，為輸出接線阻抗，Z ZL L為負載阻抗。若為負載阻抗。若A A路輸出電壓產路輸出電壓產生變化生變化UUA A, ,它將在負載它將在負載B B上引起上引起UUB B的變化，的變化，UUB B就是干擾電壓。一般就是干擾電壓。一般Z ZL LZZS SZZ0 0，故由上圖可得，故由上圖可得UUB B UA Z UA ZS

12、 S/Z/ZL L 。公式表明，減小輸出阻。公式表明，減小輸出阻抗抗Z ZS S，可減小由輸出阻抗耦合產生的干擾，可減小由輸出阻抗耦合產生的干擾UUB B。 7-1-2 噪聲的耦合方式噪聲的耦合方式7-1-3 噪聲的干擾模式噪聲的干擾模式在電路中，干擾信號通常以串模干擾和共模干擾形式與有用信號一同傳輸。1. 串模信號串模干擾是疊加在被測信號上的干擾信號，也稱橫向干擾。產生串模干擾的原因有分布電容的靜電耦合、長線傳輸?shù)幕ジ?、空間電磁場引起的磁場耦合以及50Hz的工頻干擾等。在機電一體化系統(tǒng)中，被測信號是直流（或變化比較緩慢的）信號，而干擾信號經常是一些雜亂的波形并含有尖峰脈沖，如圖7-2(c)所

13、示。圖7-2中Us表示理想測試信號， U c表示實際傳輸信號，Ug表示不規(guī)則干擾信號。干擾可能來自信號源內部（圖7-2(a)），也可能來自于導線的感應（圖7-2(b)）。圖 串模干擾示意圖A/D轉換器UsUg信號源A/D轉換器UsUg理想被測信號UsOUgOt串模干擾信號UcOtt實測信號(a)(b)(c)l共模干擾往往是指同時加載在各個輸入信號接口端的共有的信號干擾。l圖7-3所示的電路中，檢測信號輸入A/D轉換器，A/D轉換器的兩個輸入端上即存在公共的電壓干擾。l由于輸入信號源與主機有較長的距離，輸入信號Us的參考接地點和計算機控制系統(tǒng)輸入端參考接地點之間存在電位差Ucm。l這個電位差就在

14、轉換器的兩個輸入端上形成共模干擾。以計算機接地點為參考點，加到輸入點A上的信號為Us+Ucm，加到輸入點B上的信號為Ucm。2.2.共模干擾共模干擾圖7-3 共模干擾示意圖A/D轉換器UsUcm計 算 機AB7.2 抗干擾的措施抗干擾的措施l屏蔽l隔離l濾波l接地l屏蔽是指利用導電或導磁材料制成的盒狀或殼狀屏蔽體，將干擾源屏蔽是指利用導電或導磁材料制成的盒狀或殼狀屏蔽體，將干擾源或干擾對象包圍起來，從而割斷或削弱干擾場的空間耦合通道，阻或干擾對象包圍起來，從而割斷或削弱干擾場的空間耦合通道，阻止其電磁能量的傳輸。按需屏蔽的干擾場的性質不同止其電磁能量的傳輸。按需屏蔽的干擾場的性質不同l一、屏蔽

15、的類型和原理一、屏蔽的類型和原理1 1、靜電屏蔽、靜電屏蔽是為了消除或抑制由于電場耦合引起的干擾。是為了消除或抑制由于電場耦合引起的干擾?？招膶w內部沒有靜空心導體內部沒有靜電荷。電荷。2 2、電磁屏蔽、電磁屏蔽高頻電磁場能夠在導體中產生渦流，利用渦流可以抵消高頻干擾的高頻電磁場能夠在導體中產生渦流，利用渦流可以抵消高頻干擾的磁場。主要用于防止高頻電磁干擾。磁場。主要用于防止高頻電磁干擾。3 3、磁屏蔽、磁屏蔽利用高導磁材料制成屏蔽罩，使低頻磁場干擾的磁力線在屏蔽罩內利用高導磁材料制成屏蔽罩，使低頻磁場干擾的磁力線在屏蔽罩內形成回路，達到抑制低頻磁場。形成回路，達到抑制低頻磁場。l二、屏蔽的結

16、構形式：二、屏蔽的結構形式：主要有屏蔽罩、屏蔽柵網(wǎng)、屏蔽銅箔、隔離主要有屏蔽罩、屏蔽柵網(wǎng)、屏蔽銅箔、隔離倉和導電涂料等。倉和導電涂料等。 l7.2.1 7.2.1 屏蔽屏蔽l磁場屏蔽是為了消除或抑制由于磁場耦合引起的干擾。 l如圖7-4所示的變壓器，在變壓器繞組線包的外面包一層銅皮作為漏磁短路環(huán)。l在如圖7-5所示的同軸電纜）同軸電纜）中，為防止信號在傳輸過程中受到電磁干擾，在電纜線中設置了屏蔽層。 圖7-4 變壓器的屏蔽圖7-5 同軸電纜示意圖12431芯線；2絕緣體；3外層導線；4絕緣外皮l1.光電隔離l光電隔離是以光作為媒介在隔離的兩端之間進行信號傳輸?shù)?，所用的器件是光電耦合器。l由于光

17、電耦合器在傳輸信息時，不是將其輸入和輸出的電信號進行直接耦合，而是借助于光作為媒介物進行耦合的，因而具有較強的隔離和抗干擾能力。l圖7-6(a)所示為一般光電耦合器組成的輸入/輸出線路。在控制系統(tǒng)中，它既可以用作一般輸入/輸出的隔離，也可以代替脈沖變壓器起線路隔離與脈沖放大作用。l由于光電耦合器具有二極管、三極管的電氣特性，使它能方便地組合成各種電路；又由于它靠光耦合傳輸信息，使它具有很強的抗電磁干擾的能力，因而在機電一體化產品中獲得了極其廣泛的應用。 l7.2.2 隔離隔離 光電隔離隔離原理UsAB光耦合器FGASGASGBFGB(a)l對于交流信號的傳輸,一般使用變壓器隔離干擾信號的辦法。

18、隔離變壓器也是常用的隔離部件，用來阻斷交流信號中的直流干擾和抑制低頻干擾信號的強度,如圖7-6(b)所示的變壓器耦合隔離電路。隔離變壓器把各種模擬負載和數(shù)字信號源隔離開來，也就是把模擬地和數(shù)字地斷開。傳輸信號通過變壓器獲得通路，而共模干擾由于不形成回路而被抑制。2.2.變壓器隔離變壓器隔離變壓器隔離原理UsAB隔離變壓器FGASGASGBFGB(b)繼電器線圈和觸點僅有機械上的聯(lián)系，而沒有直接的電的聯(lián)系，因此可利用繼電器線圈接收電信號，而利用其觸點控制和傳輸電信號，從而可實現(xiàn)強電和弱電的隔離（如圖7-8所示）。同時，繼電器觸點較多，且其觸點能承受較大的負載電流，因此應用非常廣泛。 3.繼電器隔

19、離繼電器隔離圖7-8 繼電器隔離弱電電路強電電路繼電器l濾波是抑制干擾傳導的一種重要方法。由于干擾源發(fā)出的電磁干擾的頻譜往往比要接收的信號的頻譜寬得多，因而當接收器接收有用信號時，也會接收到那些不希望有的干擾。l圖7-9所示為計算機電源采用的一種LC低通濾波器的接線圖。含有瞬間高頻干擾的220V工頻電源通過截止頻率為50Hz的濾波器，其高頻信號被衰減，只有50Hz的工頻信號通過濾波器到達電源變壓器，保證正常供電。l7.2.3 7.2.3 濾波濾波圖7-9 低通濾波器220 Vl圖7-10(a)所示為觸點抖動抑制電路，對抑制各類觸點或開關在閉合或斷開瞬間因觸點抖動所引起的干擾是十分有效的。l圖7

20、-10(b)所示電路是交流信號抑制電路，主要用于抑制電感性負載在切斷電源瞬間所產生的反電勢。這種阻容吸收電路可以將電感線圈的磁場釋放出來的能量轉化為電容器電場的能量儲存起來，以降低能量的消散速度。l圖7-10(c)所示電路是輸入信號的阻容濾波電路，類似的這種線路既可作為直流電源的輸入濾波器，也可作為模擬電路輸入信號的阻容濾波器。(a)(b)(c)圖7-11 雙T型帶阻濾波器C1C2R1R2C3R3U1U2l圖7-11所示為一種雙T型帶阻濾波器，可用來消除工頻（電源）串模干擾。圖中輸入信號U1經過兩條通路送到輸出端。 一、接地的基本概念1、測控系統(tǒng)中的地線種類信號地：傳感器本身的零電位基準線模擬

21、地：模擬信號的參考點，最后匯總到供電的直流電源上。數(shù)字地：數(shù)字信號的參考點，最后匯總到供電的直流電源上。負載地：大功率負載或感性負載的地線。也叫噪聲地系統(tǒng)地：將數(shù)字地、模擬地、負載地的最后匯合點。7-2-4 7-2-4 接地技術接地技術2、共地和浮地浮地：系統(tǒng)地與大地絕緣，則該系統(tǒng)稱為浮地系統(tǒng)。，則該系統(tǒng)稱為浮地系統(tǒng)。共地系統(tǒng)：把系統(tǒng)地與大地連接在一起。宜采用共地系統(tǒng)；接地點與交流電源接地點距離不少于800米，接地棒深埋并與電力線垂直。3、接地方式單點接地：兩個或兩個以上的電路共用一段地線的接地方法稱為串聯(lián)單點接地。容易受到別的電路干擾。適合于地電流比較小電路。圖7-2-1 串聯(lián)單點接地方式串

22、聯(lián)接地串聯(lián)接地方式的缺方式的缺點：點： 離接地點離接地點越遠，電越遠，電路中出現(xiàn)路中出現(xiàn)的噪聲干的噪聲干擾越大。擾越大。圖7-12 并聯(lián)一點接地電 路 1Ar3r2電 路 2電 路 3r1I1I2I3BC圖7-12所示是并聯(lián)一點接地方式。這種方式在低頻時是最適用的，因為各電路的地電位只與本電路的地電流和地線阻抗有關，不會因地電流而引起各電路間的耦合。這種方式的缺點是需要連很多根地線，用起來比較麻煩。多點接地所需地線較多，一般適用于低頻信號。若電路工作頻率較高，電感分量大，各地線間的互感耦合會增加干擾。如圖7-13所示，各接地點就近接于接地匯流排或底座、外殼等金屬構件上。 2. 2. 多點接地多

23、點接地電 路 1電 路 2電 路 3R1R2R3L1L2L3圖7-13 多點接地接地方式選擇原則接地方式選擇原則一般在信號低于1MHz時采用單點接地方式。在信號高于10MHz時采用多點接地方式。在1MHz -10MHz時可采用單點接地，但地線長度不能小于信號波長的1/20。否則，用多點接地。機電一體化系統(tǒng)設計時要綜合考慮各種地線的布局和接地方法。圖7-14所示是一臺數(shù)控機床的接地方法。機械地強電柜地功率地信號地公共點大地圖7-14 數(shù)控機床的接地硬件抗干擾技術硬件抗干擾技術3、直流電源接地點的選擇數(shù)字、模擬等電源地應該各自匯于一點再與系統(tǒng)地相連。4、印刷線路板的接地布局模擬、數(shù)字地分別設置，盡

24、量減少地線電阻，模擬地線可以用來隔離兩個模擬信號的有害耦合。硬件抗干擾技術硬件抗干擾技術5、機柜地線布局各個電路模塊的地線不要混接。各個模塊的可采用單點并聯(lián)接地復雜系統(tǒng)中，各個電路模塊被分裝在多層柜架上，可在各個柜架之間安裝若干個縱向匯流排連接所有的橫向匯流排。7.2.7印制電路板抗干擾技術印制電路板抗干擾技術一、合理分配電路板尺寸&合理布置器件二、合理分配印刷電路板插腳三、印刷電路板合理布線四.電源線地線的布置五. 去耦電容器的配置印刷電路板尺寸要適中：u過大時，印刷線條長，阻抗增加，不僅抗干擾能力下降，而且成本提高；u過小，則散熱不好，且易受鄰近線條干擾；一、合理分配電路板尺寸一、

25、合理分配電路板尺寸&合理布置器件合理布置器件l器件布置的原則：印刷電路板上的器件布置應符合電氣干擾少和器件布置的原則：印刷電路板上的器件布置應符合電氣干擾少和易于散熱易于散熱.l從符合電氣干擾少角度考慮：從符合電氣干擾少角度考慮：l相關器件應盡量放得靠近些。例如晶振和相關器件應盡量放得靠近些。例如晶振和CPU的時鐘信號輸入的時鐘信號輸入端應相互靠近些；端應相互靠近些；l遠離易產生噪聲的器件。例如信號線與其他器件應盡量遠離晶遠離易產生噪聲的器件。例如信號線與其他器件應盡量遠離晶振；振；l從散熱角度考慮從散熱角度考慮 ：l邏輯電路應遠離大電流噪聲電路。例如控制電路與驅動電路應邏輯電路應遠離

26、大電流噪聲電路。例如控制電路與驅動電路應分板制作。分板制作。l發(fā)熱元器件要考慮通風散熱，需安裝散熱器。發(fā)熱元器件要考慮通風散熱，需安裝散熱器。l發(fā)熱元器件要分散布置，不能集中。發(fā)熱元器件要分散布置，不能集中。l熱敏感元器件要遠離發(fā)熱器件或進行熱屏蔽。熱敏感元器件要遠離發(fā)熱器件或進行熱屏蔽。lI/O驅動器件、功率放大器件盡量靠近印制電路板的邊緣、靠近驅動器件、功率放大器件盡量靠近印制電路板的邊緣、靠近引出接插件。引出接插件。l最好把最好把ROM、RAM、時鐘發(fā)生器等發(fā)熱較多的器件布置在印、時鐘發(fā)生器等發(fā)熱較多的器件布置在印制板的偏上方部位（當印制板豎直安裝時）或易通風散熱的地制板的偏上方部位（當

27、印制板豎直安裝時）或易通風散熱的地方。方。一、合理分配電路板尺寸一、合理分配電路板尺寸&合理布置器件合理布置器件二、合理分配印刷電路板插腳二、合理分配印刷電路板插腳l盡量不使用盡量不使用IC插座，而把插座，而把IC直接焊在印制直接焊在印制板上，這樣可減少板上，這樣可減少IC插座間較大的分布電插座間較大的分布電容。容。l電源插接件與信號插接件要盡量遠離，主電源插接件與信號插接件要盡量遠離，主要信號的插接件外面最好帶有屏蔽。要信號的插接件外面最好帶有屏蔽。l在安排插針信號時，用一部分插針為接地在安排插針信號時，用一部分插針為接地針，均勻分布于各信號針之間，起到隔離針，均勻分布于各信號針之間

28、，起到隔離干擾的作用。信號針與接地針理想的比例干擾的作用。信號針與接地針理想的比例為為1：1。l輸入、出線分置三、印刷電路板合理布線三、印刷電路板合理布線1、通過元件跨接線路，不能交叉配線.2、配線不要做成環(huán)路3、不要有長段的窄線并行4、旁路電容不能太長5、單元的輸入和輸出線應該用地線隔開6、信號線盡可能短印刷電路板抗干擾印刷電路板抗干擾圖7-2-24 印刷電路的輸入輸出線布置在圖在圖(a)(a)中，由于中，由于輸出線平行于輸輸出線平行于輸入線，存在寄生入線，存在寄生電容電容C0C0，將引起，將引起寄生耦合。這種寄生耦合。這種布線形式不可取。布線形式不可取。圖圖(b)(b)中，由于輸中，由于輸

29、出線和輸入線之出線和輸入線之間有地線，起到間有地線，起到屏蔽作用，消除屏蔽作用，消除了寄生電容了寄生電容C0C0和和寄生反饋，因此寄生反饋，因此這種布線形式正這種布線形式正確。確。 數(shù)字信號地與模擬信號地分開連接，最終單點相連，消除地電路經過公共阻抗而產生的干擾； 接地線盡量加粗，盡可能減小地線阻抗，從而減小因公共阻抗耦合而產生的干擾； 將數(shù)字地做成閉合的網(wǎng)格，可以降低各元器件之間的地線電位差，能明顯提高抗干擾能力。巨大電位差三、印刷電路板合理布線三、印刷電路板合理布線（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

30、用45的折線，不的折線，不要使用要使用90折線，以減小折線，以減小高頻信號的發(fā)射。其布線高頻信號的發(fā)射。其布線方式如圖方式如圖818所示。所示。圖818 銅膜線的布線方式三、印刷電路板合理布線三、印刷電路板合理布線四四. .電源線地線的布置電源線地線的布置l盡量加大線條寬度；l利用電源線高頻阻抗小的特點，將它與邏輯信號線平行布線，以起到與地線相似的隔離作用；l接地線應盡量加粗，使它能通過三倍于印接地線應盡量加粗，使它能通過三倍于印制板上的允許電流。一般接地線寬度應在制板上的允許電流。一般接地線寬度應在23mm以上。地線、電源線與信號線的以上。地線、電源線與信號線的關系是：地線電源線信號線。關系

31、是：地線電源線信號線。 單點接地與多點接地選擇：u在低頻電路中，導線與元器件間的電感影響較小，而接地電路中的環(huán)流引起的干擾對系統(tǒng)影響較大，因而采用一點接地；u在高頻電路中，地線感抗變得很大，此時應盡量降低地線阻抗，應采用就近多點接地法。ABCABC四四. .電源線地線的布置電源線地線的布置l在印刷電路板的各個關鍵部位配置去耦電容是印刷電路板設計的一項常規(guī)做法：l在電路板電源輸入端跨接一個10100F(或更大)的電解電容，消除電源中的低頻干擾；l在每個關鍵集成電路芯片的電源輸入端跨接一個0.010.1F的陶瓷電容或鉭電容，消除電源中的高頻干擾；l去耦電容的引線不能太長，特別是高頻旁路電容不能有長

32、引線。五五. 去耦電容器的配置去耦電容器的配置7-3 軟件抗干擾技術軟件抗干擾技術軟件抗干擾技術前提條件：1、在干擾作用下，微機系統(tǒng)硬件部分不會受到任何損壞?；蛞讚p部分狀態(tài)可以被查詢。2、ROM程序區(qū)不會受到干擾。3、RAM區(qū)中的重要數(shù)據(jù)不會被破壞，或雖然可以被破壞但是可以重新建立。軟件抗干擾技術研究內容：軟件抗干擾技術研究內容：1、采取軟件的方法抑制疊加在模擬輸入信號上的噪聲。如數(shù)字濾波器技術如數(shù)字濾波器技術(見見4. .6節(jié)節(jié)) 2、程序跑飛或死循環(huán)時，采用使程序納入正規(guī)的措施。如：軟件冗余、軟件陷阱、如：軟件冗余、軟件陷阱、“看門狗看門狗”技術。技術。 軟件抗干擾技術軟件抗干擾技術7-3

33、-1 軟件冗余技術一、指令冗余技術一、指令冗余技術主要針對程序在取指令周期時，誤將數(shù)據(jù)（操作數(shù)）取出，當成指令（操作碼）執(zhí)行。為克服此種情況，操作碼）執(zhí)行。為克服此種情況，多多采用采用單字節(jié)指單字節(jié)指令，并在關鍵地方人為插入一些單字節(jié)指令令，并在關鍵地方人為插入一些單字節(jié)指令NOPNOP，或將有效單字節(jié)指令重寫，稱為指令冗余。方法：1、NOP的使用（1）在三字節(jié)指令后插入兩個NOP指令可保證后面的指令不再被拆散。對程序流向起決定作用的指令和某些對系統(tǒng)狀態(tài)有重要影響的指令后面可以重復寫入NOP，則可不會將其后的指令當操作數(shù)執(zhí)行，從而使程序納入正軌。軟件抗干擾技術（2）對程序流向起決定作用的指令(

34、如RET、RETI、ACALL、LCALL、LJMP、JZ、JNZ、JC、JNC、DJNZ等)和某些對系統(tǒng)工作狀態(tài)起重要作用的指令(如SETB、EA等)之前插入兩條NOP指令，可保證亂飛程序迅速納入軌道，確保這些指令正確執(zhí)行。 軟件抗干擾技術軟件抗干擾技術2、重要指令冗余對于程序流向起決定作用的指令和對系統(tǒng)狀態(tài)有重要影響的指令后面可以重復寫上這些重復寫上這些行區(qū)行區(qū)。采用冗余技術使PC納入正確軌道的條件是，跑飛的PC必須指向程序運行區(qū)，并且必須執(zhí)行到冗余指令。 二、時間冗余技術二、時間冗余技術通過消耗時間資源達到糾正錯誤的目的。1、重復檢測法通過多次檢測，看檢測結果是否一致。圖7-3-1 重復

35、檢測法對接口中的輸入數(shù)據(jù)信對接口中的輸入數(shù)據(jù)信息進行多次檢測，若檢息進行多次檢測，若檢測結果完全一致，則是測結果完全一致，則是真的輸入信號；若相鄰真的輸入信號；若相鄰的檢測內容不一致，或的檢測內容不一致，或多次檢測結果不一致，多次檢測結果不一致，則是偽輸入信號。兩次則是偽輸入信號。兩次檢測之間應有一定的時檢測之間應有一定的時間間隔間間隔t t，設干擾存在的，設干擾存在的時間為時間為T T，重復次數(shù)為，重復次數(shù)為K K，則則t=T/Kt=T/K。圖中。圖中K K為重復為重復檢測次數(shù)，檢測次數(shù)，t t為時間間隔，為時間間隔，將相鄰的兩次結果進行將相鄰的兩次結果進行比較，相等時對比較，相等時對J J

36、計數(shù)，計數(shù)，不等時對不等時對I I計數(shù)。當重復計數(shù)。當重復K K次之后，對次之后，對I I、J J結果進結果進行判別，以確定輸入信行判別，以確定輸入信號的真?zhèn)?。號的真?zhèn)巍?軟件抗干擾技術軟件抗干擾技術2、重復輸出法開關量輸出抗干擾設計，主要采用重復輸出的方法，是一種提高輸出接口抗干擾性能的有效措施3、指令復執(zhí)技術重復執(zhí)行已經發(fā)現(xiàn)錯誤的指令。就是一旦發(fā)現(xiàn)錯誤就重新執(zhí)行被錯誤破壞的現(xiàn)行指令。指令復執(zhí)既可用編制程序來實現(xiàn)，也可用硬件控制來實現(xiàn)，基本的實現(xiàn)方法是： 當發(fā)現(xiàn)錯誤時，能準確保留現(xiàn)行指令的地址，以便重新取出執(zhí)行； 現(xiàn)行指令使用的數(shù)據(jù)必須保留，以便重新取出執(zhí)行時使用。指令復執(zhí)類似于程序中斷，但

37、又有所區(qū)別。類似的是二者都要保護現(xiàn)場，不同的是，程序中斷時，機器一般沒有故障，執(zhí)行完當前指令后保留現(xiàn)場；但指令復執(zhí)，不能讓當前指令執(zhí)行完，否則會保留錯誤結果，因此，在傳送執(zhí)行結果之前就停止執(zhí)行現(xiàn)行指令，以保存上一條指令執(zhí)行的結果，且PC要后退一步。 4、程序卷回技術這是針對一段程序重復執(zhí)行。5、延時避開法通過軟件延時避開大用電器開啟時間。軟件抗干擾技術軟件抗干擾技術軟件抗干擾技術軟件抗干擾技術7-3-2 軟件陷阱技術此方法適用于ROM中出現(xiàn)非程序的空白區(qū)。軟件冗余方法的條件不滿足一、軟件陷阱用引導命令強行將捕獲到的亂飛程序引入復位入口地址0000H，在此處將程序轉向專門對程序出錯進行處理，使程

38、序納入正軌。軟件陷阱形式如下頁表。軟件抗干擾技術軟件抗干擾技術l形式之一機器碼為：0000020000l形式之一機器碼為：0202020000軟件抗干擾技術軟件抗干擾技術二、軟件陷阱的安排1、未使用的中斷區(qū)用于處理因未使用的中斷被錯誤的開啟而引起中斷。2、未使用的EPROM空間用跳轉指令填充未使用的EPROM空間。使程序納入正軌。3、非EPROM芯片空間當使用的程序存儲器的容量不足64K時將有空余地址，當跑飛到這部分的地址時將返回FF命令，這是MOV R7，A 命令，會修改R7內容，所以，通過如下硬件電路實現(xiàn)非EPROM芯片空間陷阱。軟件抗干擾技術軟件抗干擾技術圖7-3-2 非EPROM區(qū)程序

39、陷阱之一圖圖732732中中74LS0874LS08為四正與門。為四正與門。EPROMEPROM芯片地址空間為芯片地址空間為0000H1FFFH,0000H1FFFH,譯碼器譯碼器74LS13874LS138中的中的Y0Y0為其片選信號?？臻g為其片選信號?？臻g2000HFFFFH2000HFFFFH為非應用空間。當為非應用空間。當PCPC落落入入2000HFFFFH2000HFFFFH空間時，定有空間時，定有Y0Y0為高電平。當取指令操作時，為高電平。當取指令操作時，PSENPSEN為低，為低，從而引出中斷。在中斷服務程序中設置軟件陷阱，可將亂飛的從而引出中斷。在中斷服務程序中設置軟件陷阱，可

40、將亂飛的PCPC迅速拉迅速拉入正軌。入正軌。 軟件抗干擾技術軟件抗干擾技術4、RAM數(shù)據(jù)保護的條件陷阱通過對寫RAM的先提條件判斷，來決定是否改寫外部的RAM。方法見下頁程序：為了減小為了減小RAMRAM中數(shù)據(jù)丟失的可能性，可在中數(shù)據(jù)丟失的可能性，可在RAMRAM寫操作之前加入條件陷阱，不滿足條寫操作之前加入條件陷阱，不滿足條件時不允許寫操作，并進入陷阱，形成死件時不允許寫操作，并進入陷阱，形成死循環(huán)，循環(huán)，具體形式是：具體形式是： MOV A,#NNH MOV DPTR，#H MOV 6EH，#55H MOV 6FH，#0AAH LCALL WRDP RET WRDP：NOP NOP NOP

41、 CJNE 6EH，#55H，XJ；6EH中不為55H則落入死循環(huán) CJNE 6FH，#0AAH，XJ；6FH中不為AAH則落入死循環(huán) MOVX DPTR，A；A中數(shù)據(jù)寫入RAMH中 NOP NOP NOP MOV 6EH，#00H MOV 6FH，#00HRETXJ：NOP；死循環(huán) NOP SJMP XJ 落入死循環(huán)之后，可以通過下面的落入死循環(huán)之后，可以通過下面的“看門狗看門狗”技術使其擺脫困境。技術使其擺脫困境。軟件抗干擾技術軟件抗干擾技術7-3-3 看門狗技術 當程序因為陷阱或其他原因進入死循環(huán)時，采用看門狗技術可以擺脫死循環(huán)。方法是利用計算機運行循環(huán)程序時，時間固定的特點，通過計算機

42、軟件或硬件監(jiān)控運行時間周期，發(fā)現(xiàn)時間超時就認為系統(tǒng)陷入了死循環(huán)。這個技術就是看門狗技術，可由軟件或硬件實現(xiàn)。軟件抗干擾技術軟件抗干擾技術l硬件看門狗電路l計數(shù)器型看門狗電路l 采用CD4020作為計數(shù)器，計算機ALE為第一個計數(shù)器的CLK輸入，P1.0口為第一個計數(shù)器清零端，控制第一個計數(shù)器在一定時間內不向第二個計數(shù)器進位，當計算機死循環(huán)時， P1.0口不能在規(guī)定的時間內向第一個計數(shù)器清零端發(fā)出信號，第一個計數(shù)器向第二個計數(shù)器進位，引起第二個計數(shù)器計數(shù)，當?shù)诙€計數(shù)器計數(shù)到一定值時，通過74LS123引起復位信號。軟件抗干擾技術軟件抗干擾技術圖7-3-7 計數(shù)器型“看門狗”電路軟件抗干擾技術軟

43、件抗干擾技術圖7-3-5 74LS123管腳排列與功能軟件抗干擾技術軟件抗干擾技術通過通過1#CD40201#CD4020輸出端與輸出端與#CD4020#CD4020的的CLKCLK的連接方的連接方式，可獲得不同的延時時間，如表式，可獲得不同的延時時間，如表732732所列。所列。 軟件抗干擾技術軟件抗干擾技術3、采用微處理器監(jiān)控器實現(xiàn)看門狗功能MAX690、 MAX692A、 MAX705/706/813L等都可以實現(xiàn)看門狗功能。微處理器監(jiān)控器: 為了保證微處理器可靠運行，需配置電壓監(jiān)控電路；為實現(xiàn)掉電數(shù)據(jù)保護，需備用電池及切換電路；為使微機處理器擺脫干擾陷入的死循環(huán)，需配置Watchdog

44、 (看門狗)電路。將完成這些功能的電路集成在一個芯片當中，稱為微處理器監(jiān)控器。軟件抗干擾技術軟件抗干擾技術圖7-3-8 MAX813L框圖 圖中圖中WDIWDI為看門狗輸入為看門狗輸入端，該端的作用是啟動端，該端的作用是啟動WatchdogWatchdog定時器開始計數(shù)。定時器開始計數(shù)。RESETRESET有效或有效或WDIWDI輸入高阻輸入高阻態(tài)時，態(tài)時，WatchdogWatchdog定時器被定時器被清零且不計數(shù)。當復位信清零且不計數(shù)。當復位信號號RESETRESET變?yōu)楦唠娖剑易優(yōu)楦唠娖?，且WDIWDI發(fā)生電平變化時，定發(fā)生電平變化時，定時器開始計數(shù)，可檢測的時器開始計數(shù)，可檢測的驅動

45、脈寬短至驅動脈寬短至50 ns50 ns。 若若WDIWDI懸空，則懸空，則WatchdogWatchdog不起作用。不起作用。 當當WDOWDO為低電平，要使其恢復高為低電平，要使其恢復高電平的條件是在電平的條件是在VccVcc高于復位門高于復位門的情況下：的情況下： 采取手動復位，采取手動復位，MRMR有一低脈沖，發(fā)出復位信號，有一低脈沖，發(fā)出復位信號，在復位信號的前沿，在復位信號的前沿，WDOWDO變?yōu)楦咦優(yōu)楦唠娖?，但電平，但WatchdogWatchdog被清零，且被清零，且不計數(shù)；不計數(shù)； 若若WDIWDI電平發(fā)生變化，電平發(fā)生變化，WatchdogWatchdog被清零，且開始計數(shù)

46、，被清零，且開始計數(shù)，同時同時WDOWDO變?yōu)楦唠娖?。變?yōu)楦唠娖健?若使若使WDIWDI懸空，則懸空，則WatchdogWatchdog失失效，效，WDOWDO可用做低壓標志輸出?？捎米龅蛪簶酥据敵?。當當VccVcc降至復位門限以下，降至復位門限以下，WDOWDO為低電平，表示電壓已降低。為低電平，表示電壓已降低。軟件抗干擾技術軟件抗干擾技術二、軟件看門狗技術原因：有些干擾可能破壞計算機中斷 ，硬件看門狗技術無法實現(xiàn)。軟件看門狗思想：在主程序中對T0中斷程序進行監(jiān)控，在T1中斷服務程序中對主程序進行監(jiān)控，T0中斷監(jiān)視T1中斷。內容：系統(tǒng)軟件包括主程序、高級中斷程序、低級中斷子程序三部分。圖7-

47、3-10 主程序流程圖主程序完成系統(tǒng)測控主程序完成系統(tǒng)測控的同時，還監(jiān)視的同時，還監(jiān)視T0T0中中斷因干擾而引起的中斷因干擾而引起的中斷關閉故障。斷關閉故障。A0A0為為T0T0中斷服務程序運行狀中斷服務程序運行狀態(tài)觀測單元，態(tài)觀測單元，T0T0中斷中斷運行時，每中斷一次，運行時，每中斷一次，A0A0便自動加便自動加1 1。在測。在測控功能模塊程序入口控功能模塊程序入口處，先將處，先將A0A0之值暫存之值暫存于于E0E0單元。由于測控單元。由于測控功能模塊程序運行時功能模塊程序運行時間較長，設定在此期間較長，設定在此期間間T0T0產生定時中斷產生定時中斷( (設設T0T0定時溢出時間小于測定時

48、溢出時間小于測控功能模塊運行時間控功能模塊運行時間) )，從而引起從而引起A0A0的變化。的變化。在測控功能模塊的出在測控功能模塊的出口處，將口處，將A0A0的即時值的即時值與先前的暫存單元與先前的暫存單元E0E0的值相比較，觀察的值相比較，觀察A0A0值變化。若值變化。若A0A0之值改之值改變，說明變，說明T0T0中斷運行中斷運行正常；若正常；若A0A0之值沒變之值沒變化，說明化，說明T0T0中斷關閉，中斷關閉，則轉到則轉到0000H0000H處，進處，進行出錯處理。行出錯處理。 圖7-3-11 T1中斷程序流程圖T1T1中斷程序完成系統(tǒng)特定測控功中斷程序完成系統(tǒng)特定測控功能的同時，還監(jiān)視主

49、程序運行。能的同時，還監(jiān)視主程序運行。在中斷服務程序中設置一個主程在中斷服務程序中設置一個主程序運行計時器序運行計時器M M，T1T1每中斷一次，每中斷一次，M M便自動加便自動加1 1。M M中的數(shù)值與中的數(shù)值與T1T1定定時溢出時間之積表示時間值。若時溢出時間之積表示時間值。若M M表示的時間值大于主程序運行表示的時間值大于主程序運行時間時間T T，說明主程序陷入死循環(huán)，說明主程序陷入死循環(huán)，T1T1中斷服務程序便修改斷點地址，中斷服務程序便修改斷點地址，返回返回0000H0000H，進行出錯處理。若，進行出錯處理。若M M小于小于T T，則中斷正常返回。，則中斷正常返回。 圖7-3-12

50、 T0中斷服務程序T0T0中斷程序的功能是監(jiān)視中斷程序的功能是監(jiān)視T1T1中斷程序的運行。該程序較中斷程序的運行。該程序較短，受干擾破壞的機率小。短，受干擾破壞的機率小。A1A1、B1B1為為T1T1中斷運行狀態(tài)檢中斷運行狀態(tài)檢測單元。測單元。A1A1的初始值為的初始值為00H00H，T1T1每發(fā)生一次中斷，每發(fā)生一次中斷，A1A1便自便自動加動加1 1。T0T0中斷服務程序中中斷服務程序中若檢測若檢測A10A10，說明，說明T1T1中斷正中斷正常；若常；若A1=0A1=0，則，則B1B1單元加單元加1(B11(B1的初始值為的初始值為00H)00H)，若，若B1B1的累加值大于的累加值大于Q Q，說明，說