_单片机应用系统抗干扰技术

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1、单片机原理与接口技术第10章单片机应用系统抗干扰技术11.了解单片机应用系统所遇到的干扰问题；2.熟悉单片机应用系统硬件抗干扰措施；3.熟悉单片机应用系统软件抗干扰措施；4.掌握“看门狗”技术；5.掌握数字滤波技术。本章教学要求-----第10章单片机应用系统抗干扰技术2本章目录10.1干扰源及其分类10.1.1干扰的定义10.1.2干扰的种类10.2干扰对单片机应用系统的影响10.3硬件抗干扰技术10.3.1无源滤波10.3.2有源滤波10.3.3去耦电路10.3.4屏蔽技术10.3.5隔离技术10.3.6接地技术10.4软件抗干扰技术10.4.1软件抗干扰的一般方法10.4.2指令冗余

2、技术10.4.3软件陷阱技术10.4.4“看门狗”技术10.5数字滤波技术习题与思考题-----第10章单片机应用系统抗干扰技术310.1干扰源及其分类叠加在有用信号上，使原来有用信号发生畸变的变化电量称为噪声。由于噪声在一定条件下影响和破坏设备或系统的正常工作，所以通常把具有危害性的噪声称为干扰。噪声原来的意义是指不同频率、不同强度杂乱声音的组合。10.1.1干扰的定义----干扰与噪声410.1.2干扰的种类表10-1常见干扰的分类表1．干扰的种类----干扰的分类表510.1.2干扰的种类串模干扰是指串联于信号回路中的干扰。这种干扰表现为噪声信号和有效信号串联叠加在一起作用于电路中，噪

3、声往返于两条线路间。2．按干扰与输入信号关系分类（1）串模干扰----串模干扰610.1.2干扰的种类共模干扰是干扰电压同时叠加于两条信号线上出现的干扰。干扰侵入线路和地线之间，噪声电流在两条线上各流过一部分，以地为公共回路而信号电流只在往返两条线路中流过。这种干扰出现在输入信号端和系统本体接地之间，主要是由于两者接地之间存在干扰电压引起的，如图所示。（2）共模干扰----共模干扰710.1.2干扰的种类3．按干扰传播方式分类----干扰分类810.1.2干扰的种类4．按干扰波形的性质分类----干扰分类干扰波形分为持续正弦波和各种形状的脉冲波。图10-3(a)干扰信号表现为持续正弦波形，它

4、通常以频率、幅值和相位角等特征值来表示。图10-3(b)是浪涌脉冲电压波形，它通常以最高幅值、脉冲宽度及能量等特征值表示，如雷击波、静电放电等波形。图10-3(c)是脉冲序列波形，它通常以最高幅值、脉冲宽度、周期等特征值表示。910.2干扰对单片机应用系统的影响1．数据采集误差增大2．控制状态失灵3．数据受干扰发生变化4．程序运行失常1010.3硬件抗干扰技术通过合理的硬件电路设计，可以消弱或抑制绝大部分干扰。本节简要介绍在工程上广泛采用的一些硬件抗干扰电路的概念及使用，主要包括无源滤波和有源滤波、去耦电路、屏蔽技术、隔离技术、接地技术等。1110.3.1无源滤波----C、RC、LC滤波电

5、路采用滤波技术抑制干扰的硬件电路是滤波器，滤波器按组成结构分为无源滤波器和有源滤波器。由无源元件电阻、电容和电感构成的滤波器为无源滤波器。1210.3.2有源滤波由电阻、电容、电感和有源元件如晶体管、线性运算放大器等构成的滤波器为有源滤波器。----有源滤波器1310.3.3去耦电路由于单片机系统三总线上的信息变化几乎是在同一时刻发生的，所产生的尖峰电流将在电源内阻抗上产生压降、在公共传输导线阻抗上产生压降，使供电电压跳动。欲降低尖峰电流的影响，一种方法是在布线上采取措施，使杂散电容降至最小。另一种方法是设法降低供电电源的内阻，使尖峰电流不致引起过大的电源电压波动。----C吸收频电流141

6、0.3.4屏蔽技术屏蔽是指用屏蔽体把通过空间进行电场、磁场或电磁场耦合的部分隔离开来，割断其空间场的耦合通道。屏蔽的方法通常是用低电阻材料作成屏蔽体，把需要隔离的部分包围起来。被隔离的部分既可以是干扰源，也可以是易受干扰的部分。1．屏蔽的概念-----屏蔽是作用15屏蔽信号线的方法，一种是采用双绞线，其中一根用作屏蔽线，另一根用作信号传输线；另一种是采用金属网状编织的屏蔽线，金属编织网作屏蔽外层，芯线用来传输信号。一般的原则是：抑制静电感应干扰采用金属网的屏蔽线，抑制电磁感应干扰用双绞线。2．信号传输中屏蔽技术的使用10.3.4屏蔽技术----屏蔽信号线的方法1610.3.5隔离技术从电路上

7、把干扰源和易干扰的部分隔离开来，使单片机应用系统与现场仅保持信号联系，不直接发生电的联系。隔离的实质是把引进干扰的通道切断，从而达到隔离现场干扰的目的。测控装置与现场信号之间、弱电和强电之间，常用的隔离方式有光电隔离、变压器隔离、继电器隔离等。-----隔离的实质17光电隔离是由光电耦合器件来完成的，光电耦合器是以光为媒介传输信号的器件。其输入端配置发光源，输出端配置受光器，因而输入和输出在电气上是完全隔离的