可靠性及抗干扰技术.ppt

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1、第15章单片机应用系统的可靠性及抗干扰设计15.1干扰的来源15.2供电系统干扰及其抗干扰措施15.3过程通道干扰的抑制措施15.4空间干扰及抗干扰措施15.5反电势干扰的抑制15.6印刷电路板的抗干扰设计15.7软件抗干扰措施15.8“看门狗”技术和掉电保护单片机系统的可靠性是由多种因素决定，其中系统的抗干扰性能的好坏是影响系统可靠性的重要因素。15.1干扰的来源影响单片机测控系统正常工作的信号称为噪声，又称干扰。干扰一般都是以脉冲的形式进入系统，窜入单片机系统的干扰渠道主要有三条：(1)空间干扰(2)供电系统干扰(3)过程通道干扰(1)空间干扰电气设备发出的电干扰和磁干扰；广

2、播电台或通讯发射台发出的电磁波；空中雷电，甚至地磁场的变化也会引起干扰。(2)供电系统干扰大功率设备，大感性负载设备的启停使电网电压大幅度涨落。(3)过程通道干扰开关量/模拟量输入输出的信号线;大的电气设备漏电，接地系统不完善，或者测量部件绝缘不好;各通道的线路如果同出一根电缆中或绑扎在一起，各路间会通过电磁感应而产生瞬间的干扰。15.2供电系统干扰及其抗干扰措施系统中最重要、危害最严重的干扰源来源于电源。15.2.1电源噪声来源、种类（1）过压、欠压、停电：>1s;使用各种稳压器、电源调节器，（2）浪涌、下陷：1s>t>10ms;使用快速响应的交流电源稳压器。（3）尖峰电压：t

3、为µs量级；使用具有噪声抑制能力的交流电源调节器、参数稳压器或超隔离变压器。（4）射频干扰：t为ns量级；加接2～3节低通滤波器既可解决。15.2.2供电系统的抗干扰设计一般电源线上的干扰是数字系统最常出现的问题之一。电源分配系统首要的就是良好的接地,地线应尽量短而直接走线。采用粗导线作为电源连接线。对于插件式线路板，应多给电源线、地线分配几个沿插头方向均匀分布的插针。在单片机系统中，为了提高供电系统的质量，防止窜入干扰，建议采用如图形式:供电配置和采取如下措施：（1）交流进线端加交流滤波器，可滤掉高频干扰，如电网上大功率设备启停造成的瞬间干扰。滤波器市场上的产品有一级、二级滤波

4、器之分，安装时外壳要加屏蔽并良好接地，进出线要分开，防止感应和辐射耦合。低通滤波器仅允许50Hz交流电通过，对高频和中频干扰有良好的衰减作用。（2）要求高的系统加交流稳压器。（3）采用具有静电屏蔽和抗电磁干扰的隔离电源变压器。（4）采用集成稳压块两级稳压（5）直流输出采用大容量电解电容进行平滑滤波。（6）交流电源线与直流电源线及信号线分开走线。（7）电源线与信号线不可把两线靠得太近或互相平行。（8）在每块印刷版的电源与地之间并接退耦电容。即5～10µF的电解电容和一个0.01～1.0µF的电容，以消除直流电源与地线中的脉冲电流所造成的干扰。15.3过程通道干扰的抑制措施过程通道是

5、系统输入、输出以及单片机之间进行信息传输的路径。过程通道的干扰的抑制主要采用光电隔离技术。光电耦合的主要优点是能有效抑制尖峰脉冲以及各种噪声干扰14.3.1光电隔离的基本配置15.3.2光电隔离的实现一、ADC、DAC与单片机之间的隔离对CPU数据总线进行隔离是一种十分理想的方法，全部I/O端口均被隔离。但是，由于在CPU数据总线上是高速（µS级）双向传输，这就要求频率响应为MHz级的隔离器件，而这种器件目前较难买到,价格较高。1.对A/D、D/A进行模拟隔离通常采用隔离放大器对模拟量进行隔离。但所用的隔离型放大器必须满足A/D、D/A变换的精度和线性要求。高精度的隔离放大器，价

6、格昂贵。2.在I/O与A/D、D/A之间进行数字隔离A/D变换时，先将模拟量变为数字量，对数字量进行隔离，然再送入单片机。D/A变换时，先将数字量进行隔离，然后进行D/A变换。优点:方便、可靠、廉价，不影响A/D、D/A的精度和线性度。缺点:速度不高。如果用廉价的光电隔离器件，最大转换速度为每秒3000～5000点，这对于一般工业测控对象（如温度、湿度、压力等）已能满足要求。例：将输出的数字量经锁存器锁存后，驱动光电隔离器，经光电隔离之后的数字量被送到D/A变换器。但要注意的是，现场电源F+5V，现场地FGND和系统电源S+5V及系统地SGND，必须分别由两个隔离电源供电。光电隔

7、离器件的数量不能太多，由于光电隔离器件的发光二极管与受光三极管之间存在分布电容。当数量较多时，必须考虑将并联输出改为串联输出的方式，这可使光电器件大大减少，且保持很高的抗干扰能力，但传送速度下降。二、开关量隔离常用的开关量隔离器件有继电器、光电隔离器、光电隔离固态继电器（SSR）。用继电器对开关量进行隔离时，要考虑到继电器线包的反电动势的影响，驱动电路的器件必须能耐高压。为了吸收继电器线包的反电动势通常在线包两端并联一个二极管。其触点并联一个消火花电容器，容量可在0.1-0.04