概述
搅扰是构成单片机测控体系毛病的首要原因之一。搅扰对体系的影响轻则影响丈量与操控精度,重则使作业体系彻底异常。要消除搅扰有必要捉住构成搅扰的三要素,即：搅扰源、耦合通道和接纳设备。
1搅扰要素
在单片机测控体系中,首要存在空间辐射搅扰、信号通道搅扰、电源搅扰和数字电路引起的搅扰。
抗搅扰便是针对搅扰的发生性质、传达途径、侵入的方位和侵入的方式,采纳恰当的办法消除搅扰源,按捺耦合通道,削弱电路对噪声搅扰的敏感性,一般需求采纳“综合治理”的办法。
(1)合理挑选元器材
依据电器参数挑选合理器材以满意体系功能要求。尽量选用集成度高、温漂小、抗搅扰功能好以及功耗小的元器材。
(2)电源搅扰的按捺
在沟通电网进线端并接压敏电阻,吸收浪涌电压,也可防雷。高频电感与电路电容组成的低通滤波器,可按捺电网引入的高频噪声。可采纳模仿电路与数字电路的电源分隔、电源浮空技能、运用电源阻隔变压器、阻隔电源技能和电源滤波技能。在规划滤波器时有必要留意让谐振频率远小于搅扰频率。
(3)电场、磁场搅扰的按捺
选用由导电功能杰出的金属作屏蔽盒,并接大地,则屏蔽盒内电力线不会影响外部,一起外部的电力线也不会穿透屏蔽盒进入内部,前者可按捺搅扰源,后者可阻截搅扰的传输途径,起电场阻隔的作用。磁路屏蔽是选用高磁资料并以封闭式结构为妥,并接大地。
(4)接地技能
单片机测控体系中的高频电路应就近多点接地,低频电路应一点接地;沟通地和信号地不能共用;将体系的各个部分悉数与大地浮置起来,但体系中的各机壳接地;关于数字地,印刷板中的地线应成网状,并且其他布线不要构成环路,特别是盘绕外周的环路,印刷板中的条线不能长间隔平行,不得已时,应加阻隔电极和跨接线或屏蔽;当A/D转化器的模仿信号较弱时,可选用三线采样双层屏蔽浮地技能进步抗共模搅扰的才能;体系中的高增益扩大电路最好用金属罩屏蔽起来。将屏蔽体接到扩大电路的公共端,将寄生电容短路避免反应,避免扩大器的震动;关于功率地,因为地线的电流较大,接地线的线径应较粗,且与小信号地线分隔,连直流地;关于小信号前置扩大电路自身选用一点接地,不能一个电路多点接地,A/D前置扩大电路一般浮空。内存扩大电路的印刷电路板上一点入地,这类扩大器的地线一定要远离功率地和噪声地。
(5)通道搅扰
a)阻隔技能
阻隔分对模仿信号的阻隔和对数字信号的阻隔,对数字信号的阻隔一般选用光电耦合器。因这种办法信号的传递是经过光信号完成的没有直接的电信号衔接,因而阻隔了搅扰的传递途径,但这种办法阻隔不断辐射,感应搅扰,且光电耦器材阻隔传导搅扰的才能只要1kV左右。在详细电路规划时在A/D后和D/A前加光电耦合器,其电源与微机的电源有必要独立,地线有必要分隔,确保微机与现场仅有光的联络,堵截搅扰通路也避免构成环流,关于强搅扰或长线传输可选用两次阻隔,既可消除搅扰,又能处理长线驱动和阻抗匹配等问题。关于模仿信号的阻隔,一般选用阻隔扩大器,运用阻隔扩大器内的变压器将信号磁耦合,间隔通路的线路衔接,然后堵截搅扰源,也可选用光电耦合器完成模仿信号阻隔,即由电压-频率转化器VFC把模仿信号转化成数字信号再经过光电耦合器阻隔,而光电耦合器的输出信号在由频率-电压转化器FVC转化成模仿信号。在多点巡回检测微机体系中若被测信号改动较慢,其多路模仿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仿开关来堵截被测信号与信号通道的连线,然后起到抗搅扰作用。因为负脉冲传输抗搅扰才能比正脉冲强,所以,一般在长线传输时,选用负脉冲传输。并且速度不高时,在始端用驱动器比用一般的TTL作用要好。用OC门作双向总线传输能够把输出端连在一起,直接用来单向、双向总线传输。
b)通道中器材挑选与抗搅扰
多路转化器的输入常常遭到各种环境噪声的污染,特别易遭到共模噪声的搅扰。在多路转化器输入端接入共模扼流圈,可按捺外部传感器引入的高频共模噪声。转化器高频采样时发生的高频噪声,应在单片机与A/D之间选用光电耦合器阻隔。在传感器作业环境杂乱和恶劣时,应挑选丈量扩大器,使其在弱小信号体系中广泛用作前置扩大器。为了避免共模噪声窜入体系能够选用阻隔扩大器。采样坚持器电路(S/H)在采样与坚持两种状况转化时,会窜入搅扰,为了削减差错,印刷电路布线时,使逻辑输入端的走线与模仿输入端尽或许间隔远些,或许将模仿输入端用地线包围起来,以下降线间寄生电容耦合和间隔漏电通路。下降逻辑输入信号的起伏也能够削减寄生耦合和漏电耦合搅扰。装备总线驱动器可进步总线的负载才能,改进信号波形。当总线的负载挨近负载总线的驱动才能时,或许会影响总线信号的逻辑电平,可经过衔接某I/O线到数据线来改进总线的不平衡程度,进步体系的可靠性。在总线上恰当装置上拉电阻也可进步总线信号传输的可靠性。
(6)布线抗搅扰规划
为避免长线传输中的窜扰,选用交差走线是卓有成效的办法。长线传送时,功率线、载流线和信号线分隔,电位线和脉冲线分隔。把空余的输入端与运用端并联。把空余的输入端经过一个电阻接高电平,这种办法适用于慢速、多搅扰的场合。把空余的输入端悬空,用一反相器接地。这种办法适用于要求严厉的场合。在数字电路的每块组件上,都要别离装设高频去耦电容,并且这些电容应充沛接近集成块,而不该会集在印刷板上每一端。每块印刷板的电源引入端也应加去耦电容。直流配电线的引出端应尽量作成低阻抗传输线。因为快速逻辑电路发生高频搅扰,所以这些电路均应按高频电路处理,应将逻辑电路的印刷板杰出接地。存储器的布线抗搅扰规划,一般采纳的办法有：数据线、地址线、操控线要尽量缩短,以削减对地电容。因为开关噪声严峻,要在电源进口处以及每片存储芯片的VCC与GND之间接入去耦电容。因为负载电流大,电源线和地线要加粗,走线尽量短。印制板两面的三总线相互笔直,以避免总线之间的电磁搅扰。总线的始端和终端要装备适宜的上拉电阻,以进步高电平噪声容限,添加存储器端口在高阻状况下抗搅扰才能和削弱反射波搅扰。三总线与其他扩展板相衔接时,经过三态缓冲门后衔接。能够有用避免外界电磁搅扰,改进波形和削弱反射搅扰。
(7)软件抗搅扰办法
a)数字滤波技能
一般运用的办法有：算术均匀法、中值法、按捺脉冲算术均匀法、一阶惯性滤波法、程序判别滤波法和递推均匀滤波法等。
b)软件冗余
关于条件操控体系,对操控条件的一次采样、处理操控输出改为多采样、处理操控输出。可有用地消除偶尔搅扰。
c)设置软件圈套
当因为搅扰使操作体系失控而进入非程序区时,用引导指令强即将捕获到的乱飞程序引向复位进口地址,在此处将程序转向专门对程序犯错进行处理的程序,使程序归入正轨。
d)重要指令冗余
对程序流向起决定作用的指令(如RET、RETI、LCALL、JZ、JC、JNC等)和某些对体系作业状况起重要作用的指令(如SETB、EA等)的后边,可重复写上这些指令,以确保这些指令的正确履行。
e)“看门狗”技能
PC遭到搅扰而失控,引起程序乱飞,也或许使程序进入“死循环”。指令冗余技能、软件圈套技能不能使失控的程序脱节“死循环”的窘境,一般选用程序监督技能,又称“看门狗”技能(Watchdog),“看门狗”技能便是不断监督程序循环运转时刻,若发现时刻超越已知的循环设守时刻,则以为体系陷入了“死循环”,然后逼迫程序返回到0000H进口,在0000H处组织一段犯错处理程序,使体系运转归入正轨。在规划看门狗时可规划两个守时器,一个为短守时器,一个为长守时器,并各自独立,短守时器像典型看门狗相同作业,它确保一般情况下看门狗有快的反映速度,长守时器的守时大于CPU履行一个主循环程序的时刻,用来避免看门狗失效。
f)数据的维护与康复技能
在编写程序的过程中,关于由指令改动成果性质的数据,能够考虑在每次改动后都尽或许地维护起来,以便必要时康复。有时计算机在强制复位后,I/O端口和特别寄存器SFR中的内容都将变成芯片出厂时的设定值,这很有或许引起体系的运转紊乱。因而单片机在重新启动后,应当首要履行数据康复程序,把操控端口等重要寄存器被维护的内容康复复原。
g)NOP的运用
在双字节和3字节指令之后刺进两个单字节NOP指令,这可确保指令不被离散。因为“乱飞”的程序即便落到操作数上,因为两个空操作指令NOP的存在,不会将这以后的指令当操作数履行,然后使程序归入正轨。
参考文献
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