單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性及抗干擾設(shè)計(jì)

1、第第1414章章 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的可靠性及單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的可靠性及抗干擾設(shè)計(jì)抗干擾設(shè)計(jì) 單片機(jī)系統(tǒng)的單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性可靠性是由多種因素決定，其中系統(tǒng)的是由多種因素決定，其中系統(tǒng)的抗干擾性能的好壞抗干擾性能的好壞是影響系統(tǒng)可靠性的重要因素。是影響系統(tǒng)可靠性的重要因素。本章將從本章將從干擾源的來源、硬件、軟件以及電源系統(tǒng)、干擾源的來源、硬件、軟件以及電源系統(tǒng)、接地系統(tǒng)接地系統(tǒng)等方面研究分析并給出等方面研究分析并給出有效可行的解決措有效可行的解決措施施。 14.1 14.1 干擾的來源干擾的來源 影響單片機(jī)測控系統(tǒng)正常工作的信號(hào)稱為影響單片機(jī)測控系統(tǒng)正常工作的信號(hào)稱為噪聲噪聲，又稱，又稱干擾。干擾

2、。干擾會(huì)影響指令的正常執(zhí)行，干擾會(huì)影響指令的正常執(zhí)行，造成控制事故或控制失造成控制事故或控制失靈靈，在測量通道中產(chǎn)生了干擾，就會(huì)使，在測量通道中產(chǎn)生了干擾，就會(huì)使測量產(chǎn)生誤測量產(chǎn)生誤差差，電壓的沖擊電壓的沖擊有可能使系統(tǒng)遭到致命的破壞。有可能使系統(tǒng)遭到致命的破壞。干擾一般都是干擾一般都是以脈沖的形式進(jìn)入系統(tǒng)的以脈沖的形式進(jìn)入系統(tǒng)的， 竄入單片機(jī)系統(tǒng)的竄入單片機(jī)系統(tǒng)的干擾干擾渠道主要有渠道主要有三條：三條： (1)(1)空間干擾空間干擾(2)(2)供電系統(tǒng)干擾供電系統(tǒng)干擾(3)(3)過程通道干擾過程通道干擾(1)(1)空間干擾空間干擾電氣設(shè)備電氣設(shè)備如如發(fā)射機(jī)、中頻爐、可控硅逆變電源發(fā)射機(jī)、中頻

3、爐、可控硅逆變電源等發(fā)等發(fā)出的電干擾和磁干擾；出的電干擾和磁干擾；廣播電臺(tái)或通訊發(fā)射臺(tái)廣播電臺(tái)或通訊發(fā)射臺(tái)發(fā)出的電磁波；發(fā)出的電磁波；空中雷電空中雷電，甚至，甚至地磁場地磁場的變化也會(huì)引起干擾。會(huì)使的變化也會(huì)引起干擾。會(huì)使單片機(jī)系統(tǒng)不能正常工作。單片機(jī)系統(tǒng)不能正常工作。(2)(2)供電系統(tǒng)干擾供電系統(tǒng)干擾大功率設(shè)備，大感性負(fù)載設(shè)備大功率設(shè)備，大感性負(fù)載設(shè)備的啟停使的啟停使電網(wǎng)電壓大電網(wǎng)電壓大幅度漲落（浪涌），幅度漲落（浪涌），欠壓或過壓欠壓或過壓常常達(dá)到額定電壓的常常達(dá)到額定電壓的15% 15% 以上。長達(dá)幾以上。長達(dá)幾分鐘、幾小時(shí)、甚至幾天。分鐘、幾小時(shí)、甚至幾天。由于大功率開關(guān)的通斷，電機(jī)

4、的啟停，電焊由于大功率開關(guān)的通斷，電機(jī)的啟停，電焊等原因，等原因，電網(wǎng)上常出現(xiàn)幾百伏，甚至幾千伏的尖脈沖干擾電網(wǎng)上常出現(xiàn)幾百伏，甚至幾千伏的尖脈沖干擾。(3)(3)過程通道干擾過程通道干擾開關(guān)量開關(guān)量/ /模擬量模擬量輸入輸出的輸入輸出的信號(hào)線多至幾百條甚至幾信號(hào)線多至幾百條甚至幾千條千條，長度往往達(dá)幾百或幾千米，不可避免地將干，長度往往達(dá)幾百或幾千米，不可避免地將干擾引入單片機(jī)系統(tǒng)。擾引入單片機(jī)系統(tǒng)。大的電氣設(shè)備漏電，接地系統(tǒng)不完善，或者測量部件大的電氣設(shè)備漏電，接地系統(tǒng)不完善，或者測量部件絕緣不好絕緣不好，會(huì)使通道中直接串入干擾信號(hào)；，會(huì)使通道中直接串入干擾信號(hào)；各通道的線路如果同出一根電

5、纜中或綁扎在一起，各通道的線路如果同出一根電纜中或綁扎在一起，各路間會(huì)通過電磁感應(yīng)各路間會(huì)通過電磁感應(yīng)而產(chǎn)生瞬間的干擾，尤其是而產(chǎn)生瞬間的干擾，尤其是0 01515V V的信號(hào)與交流的信號(hào)與交流220220V V的電源線同套在一根長達(dá)的電源線同套在一根長達(dá)幾百米的管中其干擾更為嚴(yán)重。這種幾百米的管中其干擾更為嚴(yán)重。這種彼此感應(yīng)產(chǎn)生彼此感應(yīng)產(chǎn)生的干擾其的干擾其表現(xiàn)形式表現(xiàn)形式仍然是通道中形成干擾電壓仍然是通道中形成干擾電壓。這樣，輕者會(huì)使這樣，輕者會(huì)使測量的信號(hào)發(fā)生誤差測量的信號(hào)發(fā)生誤差，重者會(huì)使，重者會(huì)使有用有用的信號(hào)完全淹沒的信號(hào)完全淹沒。這種通過這種通過感應(yīng)產(chǎn)生的干擾電壓感應(yīng)產(chǎn)生的干擾電壓

6、會(huì)達(dá)到會(huì)達(dá)到幾十伏以上幾十伏以上，使，使單片機(jī)系統(tǒng)無法工作。單片機(jī)系統(tǒng)無法工作。三種干擾三種干擾以來自以來自供電系統(tǒng)的干擾最甚供電系統(tǒng)的干擾最甚，其次為來自，其次為來自過過程通道程通道的干擾。對(duì)于的干擾。對(duì)于來自空間的輻射干擾來自空間的輻射干擾，需加適，需加適當(dāng)?shù)钠帘渭敖拥貋斫鉀Q當(dāng)?shù)钠帘渭敖拥貋斫鉀Q。14.2 14.2 供電系統(tǒng)干擾及其抗干擾措施供電系統(tǒng)干擾及其抗干擾措施 任何電源及輸電線路都存在任何電源及輸電線路都存在內(nèi)阻內(nèi)阻，正是這些內(nèi)阻才引，正是這些內(nèi)阻才引起了電源的噪聲干擾。起了電源的噪聲干擾。如果沒有內(nèi)阻，無論何種噪聲都會(huì)被電源短路吸收，如果沒有內(nèi)阻，無論何種噪聲都會(huì)被電源短路吸收，

7、在線路中不會(huì)建立起任何干擾電壓。在線路中不會(huì)建立起任何干擾電壓。 系統(tǒng)中系統(tǒng)中最重要、危害最嚴(yán)重的干擾源來源于最重要、危害最嚴(yán)重的干擾源來源于電源電源。在。在某些大功率耗電設(shè)備的電網(wǎng)中，經(jīng)對(duì)電源檢測發(fā)現(xiàn)，某些大功率耗電設(shè)備的電網(wǎng)中，經(jīng)對(duì)電源檢測發(fā)現(xiàn)，在在5050周正弦波上周正弦波上疊加有很多疊加有很多10001000多伏的尖峰電壓多伏的尖峰電壓。14.2.1 14.2.1 電源噪聲來源、種類及危害電源噪聲來源、種類及危害（1 1）過壓、欠壓、停電：）過壓、欠壓、停電：11s;s;（2 2）浪涌、下陷：浪涌、下陷：1 1st10ms;st10ms;（3 3）尖峰電壓：尖峰電壓：t t為為 s s

8、量級(jí)；量級(jí)；（4 4）射頻干擾：）射頻干擾：t t為為nsns量級(jí)；量級(jí)；（5 5）其它：半周內(nèi)的停電或者過欠壓。）其它：半周內(nèi)的停電或者過欠壓。過壓、欠壓、停電的危害過壓、欠壓、停電的危害是顯而易見的，是顯而易見的，解決的辦法解決的辦法: :使用各種穩(wěn)壓器、電源調(diào)節(jié)器，使用各種穩(wěn)壓器、電源調(diào)節(jié)器，對(duì)付對(duì)付暫短的停電暫短的停電則配置不間斷電源（則配置不間斷電源（UPSUPS）。）。浪涌與下陷浪涌與下陷是電壓的快變化，如幅度過大也會(huì)毀壞系是電壓的快變化，如幅度過大也會(huì)毀壞系統(tǒng)。即使變化不大（統(tǒng)。即使變化不大（10101515），直接使用不一），直接使用不一定會(huì)毀壞系統(tǒng)，但由于電源系統(tǒng)中接有反應(yīng)遲

9、緩的定會(huì)毀壞系統(tǒng)，但由于電源系統(tǒng)中接有反應(yīng)遲緩的磁飽和或電子交流穩(wěn)壓器，往往會(huì)在這些變化點(diǎn)附磁飽和或電子交流穩(wěn)壓器，往往會(huì)在這些變化點(diǎn)附近產(chǎn)生振蕩，使得電壓忽高忽低。近產(chǎn)生振蕩，使得電壓忽高忽低。如有連續(xù)幾個(gè)如有連續(xù)幾個(gè)10101515的浪涌或下陷，由此造成的的浪涌或下陷，由此造成的振蕩能產(chǎn)生振蕩能產(chǎn)生30304040的電源變化，使系統(tǒng)無法工的電源變化，使系統(tǒng)無法工作，作，解決辦法：解決辦法：使用快速響應(yīng)的交流電源穩(wěn)壓器。使用快速響應(yīng)的交流電源穩(wěn)壓器。尖峰電壓尖峰電壓持續(xù)時(shí)間很短，一般不會(huì)毀壞系統(tǒng)，但對(duì)單持續(xù)時(shí)間很短，一般不會(huì)毀壞系統(tǒng)，但對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)正常運(yùn)行危害很大，會(huì)造成邏輯功能紊亂，片機(jī)系

10、統(tǒng)正常運(yùn)行危害很大，會(huì)造成邏輯功能紊亂，甚至沖壞源程序。甚至沖壞源程序。解決辦法：解決辦法：使用具有噪聲抑制能力的交流電源調(diào)節(jié)器、使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。參數(shù)穩(wěn)壓器或超隔離變壓器。射頻干擾射頻干擾對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)影響不大，一般對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)影響不大，一般加接加接2 23 3節(jié)低節(jié)低通濾波器通濾波器既可解決。既可解決。14.2.2 14.2.2 供電系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計(jì)供電系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計(jì)單單一臺(tái)高質(zhì)量的電源不足以解決干擾和電壓波動(dòng)問單單一臺(tái)高質(zhì)量的電源不足以解決干擾和電壓波動(dòng)問題的，必須題的，必須完整地設(shè)計(jì)整個(gè)電源供電系統(tǒng)完整地設(shè)計(jì)整個(gè)電源供電系統(tǒng)。如果邏輯電路是

11、在如果邏輯電路是在低電壓、大電流低電壓、大電流下工作，下工作，電源的分電源的分配就必須引起注意配就必須引起注意，譬如譬如一條一條0.10.1的電源線回路，的電源線回路，對(duì)于對(duì)于5 5A A的供電系統(tǒng)，就會(huì)把電源電壓從的供電系統(tǒng)，就會(huì)把電源電壓從5 5V V降到降到4.54.5V V，以至不能正常工作。以至不能正常工作。另一方面另一方面工作在極高頻率下的數(shù)字電路工作在極高頻率下的數(shù)字電路，對(duì)電源線有，對(duì)電源線有高頻要求，所以高頻要求，所以一般電源線上的干擾是數(shù)字系統(tǒng)最一般電源線上的干擾是數(shù)字系統(tǒng)最常出現(xiàn)的問題之一常出現(xiàn)的問題之一。電源分配系統(tǒng)首要的就是電源分配系統(tǒng)首要的就是良好的接地良好的接地，

12、系統(tǒng)的地線，系統(tǒng)的地線必須必須能夠吸收能夠吸收來自所有電源系統(tǒng)的全部電流。來自所有電源系統(tǒng)的全部電流。應(yīng)該采用應(yīng)該采用粗導(dǎo)線粗導(dǎo)線作為作為電源連接線電源連接線，地線地線應(yīng)盡量短而應(yīng)盡量短而直接走線；對(duì)于插件式線路板，應(yīng)多給電源線、直接走線；對(duì)于插件式線路板，應(yīng)多給電源線、地線分配幾個(gè)沿插頭方向均勻分布的插針。地線分配幾個(gè)沿插頭方向均勻分布的插針。在單片機(jī)系統(tǒng)中，在單片機(jī)系統(tǒng)中，為了提高供電系統(tǒng)的質(zhì)量為了提高供電系統(tǒng)的質(zhì)量，防止防止竄入干擾竄入干擾，建議采用如圖，建議采用如圖14-214-2的形式。的形式。 所示的所示的供電配置供電配置和采取如下和采取如下措施措施：（1 1）交流交流進(jìn)線端加交流

13、濾波器進(jìn)線端加交流濾波器，可濾掉高頻干擾，可濾掉高頻干擾，如電網(wǎng)上大功率設(shè)備啟停造成的瞬間干擾。如電網(wǎng)上大功率設(shè)備啟停造成的瞬間干擾。濾波器市場上的產(chǎn)品濾波器市場上的產(chǎn)品有一級(jí)、二級(jí)濾波器之分，安裝有一級(jí)、二級(jí)濾波器之分，安裝時(shí)時(shí)外殼要加屏蔽并良好接地，進(jìn)出線要分開，外殼要加屏蔽并良好接地，進(jìn)出線要分開，防止防止感應(yīng)感應(yīng)和和輻射輻射耦合。耦合。低通濾波器僅允許低通濾波器僅允許5050HzHz交流電通交流電通過過，對(duì)高頻和中頻干擾有良好的衰減作用。，對(duì)高頻和中頻干擾有良好的衰減作用。（2 2）要求高的系統(tǒng)要求高的系統(tǒng)加加交流穩(wěn)壓器交流穩(wěn)壓器。（3 3）采用具有靜電屏蔽和抗電磁干擾的采用具有靜電屏

14、蔽和抗電磁干擾的隔離電源變隔離電源變壓器。壓器。（4 4）采用集成穩(wěn)壓塊兩級(jí)穩(wěn)壓采用集成穩(wěn)壓塊兩級(jí)穩(wěn)壓目前市場上目前市場上集成穩(wěn)壓塊集成穩(wěn)壓塊有許多種，如提供正電源的有許多種，如提供正電源的78057805、78127812、78207820、78247824以及提供負(fù)電壓的以及提供負(fù)電壓的7979系列系列穩(wěn)壓塊，它們內(nèi)部是多級(jí)穩(wěn)壓電路。穩(wěn)壓塊，它們內(nèi)部是多級(jí)穩(wěn)壓電路。采用采用兩級(jí)穩(wěn)壓，效果好兩級(jí)穩(wěn)壓，效果好。例如例如主機(jī)電源先用主機(jī)電源先用78097809穩(wěn)到穩(wěn)到9 9V V，再用再用78057805穩(wěn)到穩(wěn)到5 5V V。（5 5）直流輸出采用直流輸出采用大容量電解電容大容量電解電容進(jìn)行平滑

15、濾波進(jìn)行平滑濾波。（6 6）交流電源線與其他線盡量分開交流電源線與其他線盡量分開，減少再度耦合，減少再度耦合干擾。如濾波器的輸出線上干擾已減少，應(yīng)使其干擾。如濾波器的輸出線上干擾已減少，應(yīng)使其與電源進(jìn)線級(jí)濾波器外殼保持一定距離，與電源進(jìn)線級(jí)濾波器外殼保持一定距離，交流電交流電源線源線與與直流電源線直流電源線及及信號(hào)線信號(hào)線分開走線。分開走線。（7 7）電源線電源線與與信號(hào)線信號(hào)線一般都通過地板下面走線，而一般都通過地板下面走線，而且且不可把兩線靠得太近或互相平行不可把兩線靠得太近或互相平行，以減少電源，以減少電源信號(hào)線的影響。信號(hào)線的影響。（8 8）在每塊印刷版的）在每塊印刷版的電源電源與與地

16、地之間之間并接退耦電容并接退耦電容。即即5 51010 F F的電解電容和一個(gè)的電解電容和一個(gè)0.010.011.01.0 F F的電容，的電容，以消除直流電源與地線中的脈沖電流所造成的干以消除直流電源與地線中的脈沖電流所造成的干擾。擾。14.3 14.3 過程通道干擾的抑制措施過程通道干擾的抑制措施-隔離隔離過程通道是系統(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鬏數(shù)穆窂?。過程通道的干擾的抑制主要采用過程通道的干擾的抑制主要采用光電光電隔離技術(shù)隔離技術(shù)。14.3.1 14.3.1 光電隔離的基本配置光電隔離的基本配置采用采用光電耦合器光電耦合

17、器可以將單片機(jī)與前向、后向以及其他可以將單片機(jī)與前向、后向以及其他部分切斷電路的聯(lián)系，能有效地防止干擾從過程通部分切斷電路的聯(lián)系，能有效地防止干擾從過程通道進(jìn)入單片機(jī)。其原理如圖道進(jìn)入單片機(jī)。其原理如圖14-314-3所示。所示。光電耦合的主要優(yōu)點(diǎn)光電耦合的主要優(yōu)點(diǎn)是能有效抑制是能有效抑制尖峰脈沖尖峰脈沖以及以及各各種噪聲干擾種噪聲干擾，從而使過程通道上的信噪比大大提，從而使過程通道上的信噪比大大提高。高。14.3.2 14.3.2 光電隔離的實(shí)現(xiàn)光電隔離的實(shí)現(xiàn)一、一、ADCADC、DACDAC與單片機(jī)之間的隔離與單片機(jī)之間的隔離對(duì)對(duì)CPUCPU數(shù)據(jù)總線進(jìn)行隔離數(shù)據(jù)總線進(jìn)行隔離是一種十分理想的

18、方法，全是一種十分理想的方法，全部部I/OI/O端口均被隔離。端口均被隔離。但但是，由于在是，由于在CPUCPU數(shù)據(jù)總線上是高速（數(shù)據(jù)總線上是高速（ S S級(jí)）雙向傳級(jí)）雙向傳輸，這就要求頻率響應(yīng)為輸，這就要求頻率響應(yīng)為MHzMHz級(jí)級(jí)的隔離器件，而這的隔離器件，而這種器件目前較難買到種器件目前較難買到, ,價(jià)格較高。因此，這種方法價(jià)格較高。因此，這種方法采用的不多。通常采用下列方法采用的不多。通常采用下列方法將將ADCADC、DACDAC與單片機(jī)與單片機(jī)之間的電氣聯(lián)系切斷之間的電氣聯(lián)系切斷。1.1.對(duì)對(duì)A/DA/D、D/AD/A進(jìn)行模擬隔離進(jìn)行模擬隔離 通常采用通常采用隔離放大器隔離放大器對(duì)

19、模擬量進(jìn)行隔離。但所用的對(duì)模擬量進(jìn)行隔離。但所用的隔隔離型放大器離型放大器必須滿足必須滿足A/DA/D、D/AD/A變換的精度和線性要變換的精度和線性要求。求。例如，如果對(duì)例如，如果對(duì)1212位位A/DA/D、D/AD/A變換器進(jìn)行隔離，其隔離變換器進(jìn)行隔離，其隔離放大器要達(dá)到放大器要達(dá)到1313位，甚至位，甚至1414位精度，如此位精度，如此高精度的高精度的隔離放大器隔離放大器，價(jià)格昂貴價(jià)格昂貴。2.2.在在I/OI/O與與A/DA/D、D/AD/A之間進(jìn)行數(shù)字隔離之間進(jìn)行數(shù)字隔離這種方案最經(jīng)濟(jì)，也稱數(shù)字隔離。這種方案最經(jīng)濟(jì)，也稱數(shù)字隔離。A/DA/D變換時(shí)變換時(shí)，先將模擬量變?yōu)閿?shù)字量，對(duì)數(shù)

20、字量進(jìn)行，先將模擬量變?yōu)閿?shù)字量，對(duì)數(shù)字量進(jìn)行隔離，然后再送入單片機(jī)。隔離，然后再送入單片機(jī)。D/AD/A變換時(shí)變換時(shí)，先將數(shù)字量進(jìn)行隔離，然后進(jìn)行，先將數(shù)字量進(jìn)行隔離，然后進(jìn)行D/AD/A變變換。換。這種方法的這種方法的優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)是方便、可靠、廉價(jià)，不影響是方便、可靠、廉價(jià)，不影響A/DA/D、D/AD/A的精度和線性度。的精度和線性度。缺點(diǎn)缺點(diǎn)是速度不高。如果用廉價(jià)的光電隔離器件，最是速度不高。如果用廉價(jià)的光電隔離器件，最大轉(zhuǎn)換速度約為每秒大轉(zhuǎn)換速度約為每秒3000300050005000點(diǎn)，這對(duì)于一般點(diǎn)，這對(duì)于一般工業(yè)測控對(duì)象（如溫度、濕度、壓力等）已能滿足要工業(yè)測控對(duì)象（如溫度、濕度、壓力

21、等）已能滿足要求。求。圖圖14-414-4所示是實(shí)現(xiàn)所示是實(shí)現(xiàn)數(shù)字隔離數(shù)字隔離的一個(gè)例子。的一個(gè)例子。 將輸出的數(shù)字量經(jīng)鎖存器鎖存后，將輸出的數(shù)字量經(jīng)鎖存器鎖存后，驅(qū)動(dòng)光電隔離器，驅(qū)動(dòng)光電隔離器，經(jīng)光電隔離之后的數(shù)字量被送到經(jīng)光電隔離之后的數(shù)字量被送到D/AD/A變換器。變換器。但要注意的是，現(xiàn)場電源但要注意的是，現(xiàn)場電源F+5VF+5V，現(xiàn)場地現(xiàn)場地FGNDFGND和系統(tǒng)電和系統(tǒng)電源源S+5VS+5V及系統(tǒng)地及系統(tǒng)地SGNDSGND，必須必須分別由兩個(gè)隔離電源供分別由兩個(gè)隔離電源供電電。還應(yīng)指出的是，還應(yīng)指出的是，光電隔離器件的數(shù)量不能太多光電隔離器件的數(shù)量不能太多，由于，由于光電隔離器件的

22、光電隔離器件的發(fā)光二極管與受光三極管之間存在發(fā)光二極管與受光三極管之間存在分布電容分布電容。當(dāng)數(shù)量較多時(shí)，當(dāng)數(shù)量較多時(shí)，必須必須考慮將考慮將并聯(lián)輸出并聯(lián)輸出改改為為串聯(lián)輸出串聯(lián)輸出的方式的方式，這可使光電器件大大減少，且，這可使光電器件大大減少，且保持很高的抗干擾能力，但傳送速度下降。保持很高的抗干擾能力，但傳送速度下降。二、開關(guān)量隔離二、開關(guān)量隔離常用的開關(guān)量隔離器件有常用的開關(guān)量隔離器件有繼電器、光電隔離器、光電繼電器、光電隔離器、光電隔離固態(tài)繼電器（隔離固態(tài)繼電器（SSRSSR）。）。用繼電器對(duì)開關(guān)量進(jìn)行隔離時(shí)，要考慮到用繼電器對(duì)開關(guān)量進(jìn)行隔離時(shí)，要考慮到繼電器線包繼電器線包的反電動(dòng)勢的

23、影響，的反電動(dòng)勢的影響，驅(qū)動(dòng)電路的器件必須驅(qū)動(dòng)電路的器件必須能耐高壓能耐高壓。為了吸收繼電器線包的反電動(dòng)勢為了吸收繼電器線包的反電動(dòng)勢通常在線包兩端通常在線包兩端并并聯(lián)一個(gè)二極管聯(lián)一個(gè)二極管。其。其觸點(diǎn)并聯(lián)一個(gè)消火花電容器觸點(diǎn)并聯(lián)一個(gè)消火花電容器，容，容量可在量可在0.10.1-0.047-0.047 F F之間選擇，耐壓視負(fù)荷電壓而之間選擇，耐壓視負(fù)荷電壓而定。定。對(duì)于開關(guān)量的輸入，一般對(duì)于開關(guān)量的輸入，一般用電流傳輸?shù)姆椒ㄓ秒娏鱾鬏數(shù)姆椒ā４朔椒?。此方法抗干擾能力強(qiáng)，如圖抗干擾能力強(qiáng)，如圖14-514-5所示。所示。 R1R1為限流電阻，為限流電阻，D1D1、R2R2為保護(hù)二極管和保護(hù)電阻

24、。當(dāng)為保護(hù)二極管和保護(hù)電阻。當(dāng)外部開關(guān)閉合時(shí)，由電源外部開關(guān)閉合時(shí)，由電源E E產(chǎn)生電流，使光電二極產(chǎn)生電流，使光電二極管導(dǎo)通，采用不同的管導(dǎo)通，采用不同的R1, R2R1, R2值以保證良好的干擾能值以保證良好的干擾能力。力。固態(tài)繼電器固態(tài)繼電器代替代替機(jī)械觸點(diǎn)的繼電器機(jī)械觸點(diǎn)的繼電器是十分優(yōu)越的。它是十分優(yōu)越的。它是是將發(fā)光二極管與可控硅封裝將發(fā)光二極管與可控硅封裝在一起的一種新型器在一起的一種新型器件。當(dāng)發(fā)光二極管導(dǎo)通時(shí)，可控硅被觸發(fā)而接通電件。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。路。固態(tài)繼電器固態(tài)繼電器視觸發(fā)方式不同，可分為視觸發(fā)方式不同，可分為過零觸發(fā)過零觸發(fā)與與非過零觸發(fā)非

25、過零觸發(fā)兩大類。兩大類。過零觸發(fā)過零觸發(fā)的固態(tài)繼電器，本身幾乎不產(chǎn)生干擾，這對(duì)的固態(tài)繼電器，本身幾乎不產(chǎn)生干擾，這對(duì)單片機(jī)控制是十分有利的，但造價(jià)是一般繼電器的單片機(jī)控制是十分有利的，但造價(jià)是一般繼電器的5 51010倍。倍。 14.4 14.4 空間干擾及抗干擾措施空間干擾及抗干擾措施空間干擾空間干擾主要指主要指電磁場在線路、導(dǎo)線、殼體上的輻射、電磁場在線路、導(dǎo)線、殼體上的輻射、吸收和解調(diào)。吸收和解調(diào)。空間干擾來自應(yīng)用系統(tǒng)的空間干擾來自應(yīng)用系統(tǒng)的內(nèi)部內(nèi)部和和外部外部。市電電源線市電電源線是無線電波的媒介，而在電網(wǎng)中有脈沖源工是無線電波的媒介，而在電網(wǎng)中有脈沖源工作時(shí)，它又是作時(shí)，它又是輻射天

26、線輻射天線，因而任一線路、導(dǎo)線、殼體，因而任一線路、導(dǎo)線、殼體等在空間均同時(shí)存在輻射、接收、調(diào)制。等在空間均同時(shí)存在輻射、接收、調(diào)制。解決空間干擾時(shí)，解決空間干擾時(shí)，首先要正確判斷是否是空間干擾，首先要正確判斷是否是空間干擾，可在可在系統(tǒng)供電電源入口處接入系統(tǒng)供電電源入口處接入WRYWRY型微機(jī)干擾抑制型微機(jī)干擾抑制器，器，觀察干擾現(xiàn)象是否繼續(xù)存在，如干擾現(xiàn)象繼續(xù)觀察干擾現(xiàn)象是否繼續(xù)存在，如干擾現(xiàn)象繼續(xù)存在則可認(rèn)為空間干擾。存在則可認(rèn)為空間干擾?？臻g干擾不一定是來自系統(tǒng)外部，空間干擾的抗干擾空間干擾不一定是來自系統(tǒng)外部，空間干擾的抗干擾設(shè)計(jì)主要是設(shè)計(jì)主要是地線系統(tǒng)設(shè)計(jì)地線系統(tǒng)設(shè)計(jì)，系統(tǒng)的屏蔽與

27、布局設(shè)計(jì)。系統(tǒng)的屏蔽與布局設(shè)計(jì)。14.4.1 14.4.1 接地技術(shù)接地技術(shù)一、接地種類一、接地種類有有兩大類接地兩大類接地。一類是為人身或設(shè)備安全目的，而把。一類是為人身或設(shè)備安全目的，而把設(shè)備的外殼接地，這稱之為設(shè)備的外殼接地，這稱之為外殼接地或安全接地外殼接地或安全接地；另外一類接地是提供一個(gè)另外一類接地是提供一個(gè)公共的電位參考點(diǎn)公共的電位參考點(diǎn)，這種，這種地稱為地稱為工作接地工作接地。1 1外殼接地外殼接地是是真正的與大地連接真正的與大地連接，以使漏到機(jī)殼的電荷能及時(shí)泄，以使漏到機(jī)殼的電荷能及時(shí)泄放到地球上去，這樣才能確保人身和設(shè)備的安全。放到地球上去，這樣才能確保人身和設(shè)備的安全。外

28、殼接地的外殼接地的接地電阻接地電阻應(yīng)當(dāng)盡可能低，因此在材料及施應(yīng)當(dāng)盡可能低，因此在材料及施工方面均有一定的要求。外殼接地是十分重要的，工方面均有一定的要求。外殼接地是十分重要的，但實(shí)際上往往又為人們所忽視。但實(shí)際上往往又為人們所忽視。2 2工作接地工作接地工作接地是電路工作需要而進(jìn)行的。在許多情況下，工作接地是電路工作需要而進(jìn)行的。在許多情況下，工作地不與設(shè)備外殼相連，因此工作地的工作地不與設(shè)備外殼相連，因此工作地的零電位零電位參考點(diǎn)（及工作地）相對(duì)地球的大地是參考點(diǎn)（及工作地）相對(duì)地球的大地是浮空的浮空的。所以也把工作地稱為所以也把工作地稱為“浮地浮地”。二、接地系統(tǒng)二、接地系統(tǒng)正確、合理地

29、接地，是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)抑制干擾的正確、合理地接地，是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)抑制干擾的主要方法。主要方法。在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，前述兩大類地按單元電路的在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，前述兩大類地按單元電路的性質(zhì)又可分為性質(zhì)又可分為以下幾種接地以下幾種接地： （1 1）數(shù)字地?cái)?shù)字地（又稱邏輯地），為邏輯電路的零電位。（又稱邏輯地），為邏輯電路的零電位。（2 2）模擬地模擬地，為，為A/DA/D轉(zhuǎn)換、前置放大器或比較器的零轉(zhuǎn)換、前置放大器或比較器的零電位。電位。（3 3）功率地功率地，為大的電流網(wǎng)絡(luò)部件的零電位。，為大的電流網(wǎng)絡(luò)部件的零電位。（4 4）信號(hào)地信號(hào)地，通常為，通常為傳感器的地傳感器的地。（5 5）小信號(hào)前

30、置放大器的地小信號(hào)前置放大器的地。（6 6）交流地交流地，交流，交流5050HzHz地線，這種地線是噪聲地。地線，這種地線是噪聲地。（7 7）屏蔽地屏蔽地，為防止靜電感應(yīng)和磁場感應(yīng)而設(shè)置的地。，為防止靜電感應(yīng)和磁場感應(yīng)而設(shè)置的地。 以上這些地線是以上這些地線是浮地還是接地浮地還是接地？是？是一點(diǎn)接地還是一點(diǎn)接地還是多點(diǎn)接地多點(diǎn)接地？下面就來討論它們。？下面就來討論它們。1.1.機(jī)殼接地與浮地的比較機(jī)殼接地與浮地的比較全機(jī)浮空全機(jī)浮空，即機(jī)器各個(gè)部分全部與大地浮置起來。，即機(jī)器各個(gè)部分全部與大地浮置起來。這種方法有一定的抗干擾能力，但這種方法有一定的抗干擾能力，但要求機(jī)器與大要求機(jī)器與大地的絕緣

31、電阻不能小于地的絕緣電阻不能小于5050M M，且一旦絕緣下降便且一旦絕緣下降便會(huì)帶來干擾；另外，浮空會(huì)帶來干擾；另外，浮空容易產(chǎn)生靜電容易產(chǎn)生靜電，導(dǎo)致干，導(dǎo)致干擾。擾。機(jī)殼接地機(jī)殼接地，其余部分浮空其余部分浮空，如圖，如圖14-614-6所示。所示。 浮空部分應(yīng)設(shè)置必要的屏蔽，例如浮空部分應(yīng)設(shè)置必要的屏蔽，例如雙層屏蔽浮地雙層屏蔽浮地或或多多層屏蔽層屏蔽。這種方法干擾能力強(qiáng)，而且安全可靠，但。這種方法干擾能力強(qiáng)，而且安全可靠，但工藝較復(fù)雜。工藝較復(fù)雜。兩種方法比較，后者較好兩種方法比較，后者較好，并為越來，并為越來越多的人所采用。越多的人所采用。2.2.一點(diǎn)接地與多點(diǎn)接地的應(yīng)用原則一點(diǎn)接地

32、與多點(diǎn)接地的應(yīng)用原則一般，一般，低頻（低頻（1 1MHzMHz以下）電路應(yīng)一點(diǎn)接地以下）電路應(yīng)一點(diǎn)接地，如圖，如圖14-714-7所示。所示。因?yàn)?，因?yàn)?，在低頻電路中，布線和元件間的電感較小在低頻電路中，布線和元件間的電感較小，而接地電路形成的環(huán)路，對(duì)干擾的影響卻很大，而接地電路形成的環(huán)路，對(duì)干擾的影響卻很大，因此應(yīng)一點(diǎn)接地；因此應(yīng)一點(diǎn)接地；高頻（高頻（1010MHzMHz以上）電路應(yīng)多點(diǎn)就近接地以上）電路應(yīng)多點(diǎn)就近接地。地線上具地線上具有電感，因?yàn)樵黾恿说鼐€阻抗，同時(shí)有電感，因?yàn)樵黾恿说鼐€阻抗，同時(shí)各地線之間各地線之間產(chǎn)生了電感耦合產(chǎn)生了電感耦合。當(dāng)頻率甚高時(shí)，當(dāng)頻率甚高時(shí)，特別是當(dāng)?shù)鼐€特別

33、是當(dāng)?shù)鼐€長度等于長度等于1 14 4波長的奇數(shù)倍時(shí)波長的奇數(shù)倍時(shí)，地線阻抗就會(huì)變，地線阻抗就會(huì)變得很高，這時(shí)地線得很高，這時(shí)地線變成了天線變成了天線，可以向外輻射噪，可以向外輻射噪聲信號(hào)。聲信號(hào)。 單片機(jī)測控系統(tǒng)的工作頻率大多較低，單片機(jī)測控系統(tǒng)的工作頻率大多較低，對(duì)它起作用的對(duì)它起作用的干擾頻率也大都在干擾頻率也大都在1 1MHzMHz以下，故宜采用以下，故宜采用一點(diǎn)接地一點(diǎn)接地。在在1 1MHzMHz100MHz100MHz之間，如用一點(diǎn)接地，其地線長度不之間，如用一點(diǎn)接地，其地線長度不得超過波長的得超過波長的1 12020。否則應(yīng)該多點(diǎn)接地。否則應(yīng)該多點(diǎn)接地。3.3.交流地與信號(hào)地不能共

34、用交流地與信號(hào)地不能共用因?yàn)樵谝驗(yàn)樵谝欢坞娫础⒌鼐€的兩點(diǎn)間一段電源、地線的兩點(diǎn)間會(huì)有數(shù)毫伏，甚至幾會(huì)有數(shù)毫伏，甚至幾伏電壓伏電壓，對(duì)低電平信號(hào)電路來說，這是一個(gè)非常嚴(yán)，對(duì)低電平信號(hào)電路來說，這是一個(gè)非常嚴(yán)重的干擾重的干擾 。因此，交流地和信號(hào)地不能共用，圖。因此，交流地和信號(hào)地不能共用，圖14-814-8為一種不正確的接法。為一種不正確的接法。4.4.數(shù)字地和模擬地?cái)?shù)字地和模擬地?cái)?shù)字地?cái)?shù)字地通常有很大的噪聲且電平的跳躍會(huì)造成很大通常有很大的噪聲且電平的跳躍會(huì)造成很大的電流尖峰。的電流尖峰。所有的模擬公共導(dǎo)線（地）應(yīng)該與數(shù)字公共導(dǎo)線所有的模擬公共導(dǎo)線（地）應(yīng)該與數(shù)字公共導(dǎo)線（地）分開走線，然后只

35、是一點(diǎn)匯在一起（地）分開走線，然后只是一點(diǎn)匯在一起。特別是特別是在在ADCADC和和DACDAC電路中，電路中，尤其要注意地線的正確尤其要注意地線的正確連接，連接，否則轉(zhuǎn)換將不準(zhǔn)確否則轉(zhuǎn)換將不準(zhǔn)確。因此。因此ADCADC、DACDAC和采樣和采樣保持芯片都提供了獨(dú)立的保持芯片都提供了獨(dú)立的模擬地模擬地和和數(shù)字地?cái)?shù)字地，他們，他們分別有相應(yīng)的引腳，必須將所有的模擬地和數(shù)字分別有相應(yīng)的引腳，必須將所有的模擬地和數(shù)字地分別相連，然后模擬（公共）地與數(shù)字（公地分別相連，然后模擬（公共）地與數(shù)字（公共）共）地地僅在一點(diǎn)上相連接僅在一點(diǎn)上相連接，在此連接點(diǎn)外，在芯片和其他電，在此連接點(diǎn)外，在芯片和其他電路

36、中且不可再有公共點(diǎn)，如圖路中且不可再有公共點(diǎn)，如圖14-9所示。所示。5.5.微弱信號(hào)模擬地的接法微弱信號(hào)模擬地的接法A/DA/D轉(zhuǎn)換器在采集轉(zhuǎn)換器在采集0 05050mVmV微小信號(hào)微小信號(hào)時(shí)，時(shí)，模擬地的接法模擬地的接法極為重要極為重要。為提高抗共模干擾的能力，可用三線采。為提高抗共模干擾的能力，可用三線采樣雙層屏蔽浮地技術(shù)。這種三線采樣雙層屏蔽技術(shù)樣雙層屏蔽浮地技術(shù)。這種三線采樣雙層屏蔽技術(shù)是抗共模干擾最有效的方法。是抗共模干擾最有效的方法。6.6.功率地功率地這種地線電流大，這種地線電流大，地線應(yīng)粗些地線應(yīng)粗些，且應(yīng)，且應(yīng)與小信號(hào)分開走與小信號(hào)分開走線線。14.4.2 14.4.2 屏

37、蔽技術(shù)屏蔽技術(shù)高頻電源、交流電源、強(qiáng)電設(shè)備產(chǎn)生的電火花甚至高頻電源、交流電源、強(qiáng)電設(shè)備產(chǎn)生的電火花甚至雷電，都能產(chǎn)生電磁波，從而成為電磁干擾的噪雷電，都能產(chǎn)生電磁波，從而成為電磁干擾的噪聲源。聲源。當(dāng)當(dāng)距離較近距離較近時(shí)，電磁波會(huì)通過時(shí)，電磁波會(huì)通過分布電容分布電容和和電感電感耦合耦合到信號(hào)回路而形成電磁干擾；當(dāng)?shù)叫盘?hào)回路而形成電磁干擾；當(dāng)距離較遠(yuǎn)距離較遠(yuǎn)時(shí)，電時(shí)，電磁波則磁波則以輻射形式以輻射形式構(gòu)成干擾。構(gòu)成干擾。單片機(jī)使用的振蕩器單片機(jī)使用的振蕩器，本身就是一個(gè)電磁干擾源，本身就是一個(gè)電磁干擾源，同時(shí)也又極易受其他電磁干擾的影響，破壞單片同時(shí)也又極易受其他電磁干擾的影響，破壞單片機(jī)的正常

38、工作。機(jī)的正常工作。屏蔽屏蔽可分為以下三類可分為以下三類：（1 1）電磁屏蔽電磁屏蔽，防止電磁場的干擾；，防止電磁場的干擾； （2 2）磁屏蔽磁屏蔽，防止磁場的干擾；，防止磁場的干擾；（3 3）電場屏蔽電場屏蔽，防止電場的耦合干擾。，防止電場的耦合干擾。電磁屏蔽電磁屏蔽主要是防止高頻電磁波輻射的干擾，以主要是防止高頻電磁波輻射的干擾，以金屬金屬板、金屬網(wǎng)或金屬盒構(gòu)成的屏蔽體板、金屬網(wǎng)或金屬盒構(gòu)成的屏蔽體能有效地對(duì)付電能有效地對(duì)付電磁波的干擾。屏蔽體以反射方式和吸收方式來削弱磁波的干擾。屏蔽體以反射方式和吸收方式來削弱電磁波，從而形成對(duì)電磁波的屏蔽作用。電磁波，從而形成對(duì)電磁波的屏蔽作用。磁場屏

39、蔽磁場屏蔽是防止電極、變壓器、磁鐵、線圈等的磁感是防止電極、變壓器、磁鐵、線圈等的磁感應(yīng)和磁耦合，應(yīng)和磁耦合，使用高導(dǎo)磁材料做成屏蔽層，使磁路使用高導(dǎo)磁材料做成屏蔽層，使磁路閉合閉合，一般接大地。當(dāng)，一般接大地。當(dāng)屏蔽屏蔽低頻磁場低頻磁場時(shí)，選擇磁鋼、時(shí)，選擇磁鋼、坡莫合金、鐵等坡莫合金、鐵等導(dǎo)磁率高導(dǎo)磁率高的材料的材料；而而屏蔽高頻磁場屏蔽高頻磁場則則應(yīng)選擇銅、鋁等導(dǎo)電率高的材料應(yīng)選擇銅、鋁等導(dǎo)電率高的材料。電場屏蔽電場屏蔽是為了是為了解決分布電容問題解決分布電容問題一般是接大地，這一般是接大地，這主要是指單層屏蔽。對(duì)于雙層屏蔽，例如雙變壓器，主要是指單層屏蔽。對(duì)于雙層屏蔽，例如雙變壓器，原

40、邊屏蔽接機(jī)殼（即接大地），副邊屏蔽接到浮地原邊屏蔽接機(jī)殼（即接大地），副邊屏蔽接到浮地的屏蔽盒。的屏蔽盒。當(dāng)一個(gè)接地的放大器與一個(gè)不接地的信號(hào)源相連時(shí)，當(dāng)一個(gè)接地的放大器與一個(gè)不接地的信號(hào)源相連時(shí)，連接電纜的屏蔽層應(yīng)接到放大器公共端。連接電纜的屏蔽層應(yīng)接到放大器公共端。反之，反之，應(yīng)應(yīng)接信號(hào)源的公共端。接信號(hào)源的公共端。高增益放大器高增益放大器的的屏蔽層屏蔽層應(yīng)接到應(yīng)接到放大器的公共端。放大器的公共端。 為了有效發(fā)揮屏蔽體的屏蔽作用，還應(yīng)注意為了有效發(fā)揮屏蔽體的屏蔽作用，還應(yīng)注意屏蔽體的屏蔽體的接地問題接地問題。為了消除屏蔽體與內(nèi)部電路的寄生電容，。為了消除屏蔽體與內(nèi)部電路的寄生電容，屏蔽體應(yīng)

41、按屏蔽體應(yīng)按“一點(diǎn)接地一點(diǎn)接地”的原則接地。的原則接地。14.5 14.5 反電勢干擾的抑制反電勢干擾的抑制在單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)中，常使用具有在單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)中，常使用具有較大電感量的元較大電感量的元件或設(shè)備件或設(shè)備，諸如繼電器、電動(dòng)機(jī)、電磁閥諸如繼電器、電動(dòng)機(jī)、電磁閥等。當(dāng)?shù)取．?dāng)電電感回路感回路的的電流被切斷電流被切斷時(shí)，會(huì)產(chǎn)生很大的反電勢而形時(shí)，會(huì)產(chǎn)生很大的反電勢而形成噪聲干擾。這種反電勢成噪聲干擾。這種反電勢甚至可能擊穿電路中晶體甚至可能擊穿電路中晶體管管之類的器件，之類的器件，反電勢形成的噪聲干擾能產(chǎn)生電磁場反電勢形成的噪聲干擾能產(chǎn)生電磁場，對(duì)單片機(jī)應(yīng)用，對(duì)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中的其它電路產(chǎn)

42、生干擾。系統(tǒng)中的其它電路產(chǎn)生干擾。對(duì)于反電勢干擾，可對(duì)于反電勢干擾，可采用如下措施：采用如下措施：（1 1）如果）如果通過電感線圈的是直流電流通過電感線圈的是直流電流，可在線圈兩，可在線圈兩端并聯(lián)二極管和穩(wěn)壓管，如圖端并聯(lián)二極管和穩(wěn)壓管，如圖14-10(14-10(a) a) 在穩(wěn)定工作時(shí)，并聯(lián)支路被二極管在穩(wěn)定工作時(shí)，并聯(lián)支路被二極管D D阻斷而不起作用；阻斷而不起作用；當(dāng)三極管當(dāng)三極管T T由由導(dǎo)通導(dǎo)通變?yōu)樽優(yōu)榻刂菇刂箷r(shí)，在電感線圈兩端產(chǎn)生時(shí)，在電感線圈兩端產(chǎn)生反電勢反電勢e e。此電勢可在并聯(lián)支路中流通，因此此電勢可在并聯(lián)支路中流通，因此e e的幅的幅值被限制在穩(wěn)壓管值被限制在穩(wěn)壓管DW

43、DW的工作電壓范圍之內(nèi)，并被很的工作電壓范圍之內(nèi)，并被很快消耗掉快消耗掉, ,從而抑制了反電勢的干擾。使用時(shí)從而抑制了反電勢的干擾。使用時(shí)DWDW的的工作電壓應(yīng)選擇得比外加電源高些。工作電壓應(yīng)選擇得比外加電源高些。如果把穩(wěn)壓管換為電阻如果把穩(wěn)壓管換為電阻，可以，可以同樣達(dá)到抑制反電勢同樣達(dá)到抑制反電勢的的目的，如圖目的，如圖14-1014-10（b b）所示。所示。 因此因此也適用于直流驅(qū)動(dòng)線圈也適用于直流驅(qū)動(dòng)線圈的電路。在這個(gè)電路中，的電路。在這個(gè)電路中，電阻的阻值范圍可以從幾歐姆到幾十歐姆。電阻的阻值范圍可以從幾歐姆到幾十歐姆。阻值阻值太小太小，反電勢衰減得慢，反電勢衰減得慢；而；而阻值太

44、大阻值太大又會(huì)增大反又會(huì)增大反電勢的幅值。電勢的幅值。（2 2）反電勢抑制電路也可由電阻和電容組成，反電勢抑制電路也可由電阻和電容組成，如圖如圖14-1114-11所示所示。 適當(dāng)選擇適當(dāng)選擇R R、C C參數(shù)，也能獲得較好的耗能效果。這種參數(shù)，也能獲得較好的耗能效果。這種電路不僅適用于交流驅(qū)動(dòng)的線圈，也適用于直流驅(qū)電路不僅適用于交流驅(qū)動(dòng)的線圈，也適用于直流驅(qū)動(dòng)的線圈。動(dòng)的線圈。（3 3）反電勢抑制電路反電勢抑制電路不但可以接在線圈的兩端，也可不但可以接在線圈的兩端，也可以以接在開關(guān)的兩端接在開關(guān)的兩端。例如例如繼電器，接觸器等部件在操作時(shí)，繼電器，接觸器等部件在操作時(shí)，開關(guān)會(huì)產(chǎn)生較開關(guān)會(huì)產(chǎn)生

45、較大的火花大的火花，必須利用，必須利用RCRC電路加以吸收，如圖電路加以吸收，如圖14-1214-12所所示。對(duì)于圖示。對(duì)于圖14-1214-12（b b），），一般一般R R取取1 12 2KK，C C取取2.22.24.74.7FF。 14.6 14.6 印刷電路板的抗干擾設(shè)計(jì)印刷電路板的抗干擾設(shè)計(jì)印刷電路板（也稱印制版）是單片機(jī)系統(tǒng)中印刷電路板（也稱印制版）是單片機(jī)系統(tǒng)中器件、信器件、信號(hào)線、電源線的高密度集合體號(hào)線、電源線的高密度集合體，印刷電路板設(shè)計(jì)的印刷電路板設(shè)計(jì)的好壞對(duì)抗干擾能力影響很大好壞對(duì)抗干擾能力影響很大，故印刷電路板設(shè)計(jì)決，故印刷電路板設(shè)計(jì)決不單是器件、線路的簡單布局安排

46、，還必須符合抗不單是器件、線路的簡單布局安排，還必須符合抗干擾的設(shè)計(jì)原則。干擾的設(shè)計(jì)原則。14.6.1 14.6.1 地線及電源線設(shè)計(jì)地線及電源線設(shè)計(jì)一、地線寬度一、地線寬度 加粗地線加粗地線能能降低導(dǎo)線電阻降低導(dǎo)線電阻，是它能通過三倍于印制，是它能通過三倍于印制板上的允許電流。如有可能，板上的允許電流。如有可能，地線寬度地線寬度應(yīng)在應(yīng)在2 23 3mmmm以以上。上。二、接地線構(gòu)成閉環(huán)路二、接地線構(gòu)成閉環(huán)路接地線構(gòu)成閉環(huán)路接地線構(gòu)成閉環(huán)路能明顯地提高抗噪聲能力。能明顯地提高抗噪聲能力。閉環(huán)形狀能閉環(huán)形狀能顯著地縮短線路的環(huán)路，降低線路阻抗，顯著地縮短線路的環(huán)路，降低線路阻抗，從而減少干擾。但

47、要從而減少干擾。但要注意注意環(huán)路所包圍的面積環(huán)路所包圍的面積越小越越小越好好。三、印刷電路板分區(qū)集中并聯(lián)一點(diǎn)接地三、印刷電路板分區(qū)集中并聯(lián)一點(diǎn)接地當(dāng)同一印制板上有多個(gè)不同功能的電路時(shí)，可當(dāng)同一印制板上有多個(gè)不同功能的電路時(shí)，可將同一將同一功能單元的元器件集中于一點(diǎn)接地，自成獨(dú)立回路。功能單元的元器件集中于一點(diǎn)接地，自成獨(dú)立回路。這就可使地線電流不會(huì)流到其它功能單元的回路中這就可使地線電流不會(huì)流到其它功能單元的回路中去，避免了對(duì)其它單元的干擾。去，避免了對(duì)其它單元的干擾。與此同時(shí)，與此同時(shí)，還應(yīng)將各功能單元的還應(yīng)將各功能單元的接地塊接地塊與主機(jī)的電源與主機(jī)的電源地相連接地相連接，如圖，如圖14-

48、1314-13所示。所示。 這種接法稱為這種接法稱為“分區(qū)集中并聯(lián)一點(diǎn)接地分區(qū)集中并聯(lián)一點(diǎn)接地”。為了減小為了減小線路阻抗，線路阻抗，地線地線和和電源線電源線要采用要采用大面積匯流排大面積匯流排。數(shù)字地和模擬地分開設(shè)計(jì)數(shù)字地和模擬地分開設(shè)計(jì)，在電源處兩種地線相連，在電源處兩種地線相連，且且地線應(yīng)盡量加粗地線應(yīng)盡量加粗。四、電源線的布置四、電源線的布置電源線除了要根據(jù)電流的大小，盡量加粗導(dǎo)體寬度外，電源線除了要根據(jù)電流的大小，盡量加粗導(dǎo)體寬度外，采取采取使電源線、地線的走向與數(shù)據(jù)傳遞的方向一致，使電源線、地線的走向與數(shù)據(jù)傳遞的方向一致，將有助于增強(qiáng)抗噪聲能力。將有助于增強(qiáng)抗噪聲能力。14.6.2

49、 14.6.2 去耦電容的配置去耦電容的配置印制板上裝有多個(gè)集成電路，而當(dāng)其中印制板上裝有多個(gè)集成電路，而當(dāng)其中有些元件耗電有些元件耗電很多時(shí)，地線上會(huì)出現(xiàn)很大的電位差很多時(shí)，地線上會(huì)出現(xiàn)很大的電位差。抑制電位差。抑制電位差的方法是的方法是在各個(gè)集成器件的電源線和地線間分別接在各個(gè)集成器件的電源線和地線間分別接入去耦電容入去耦電容，以，以縮短開關(guān)電流的流通途徑縮短開關(guān)電流的流通途徑，降低電，降低電阻降壓。這是印制板設(shè)計(jì)的一項(xiàng)常規(guī)做法。阻降壓。這是印制板設(shè)計(jì)的一項(xiàng)常規(guī)做法。一、電源去耦一、電源去耦電源去耦就是在每個(gè)電源去耦就是在每個(gè)印制板入口外的電源線與地線之印制板入口外的電源線與地線之間并接退

50、耦電容。間并接退耦電容。并接的電容應(yīng)為并接的電容應(yīng)為一個(gè)大容量的電一個(gè)大容量的電解電容（解電容（1010100100FF）和一個(gè)和一個(gè)0.010.010.10.1FF的非電的非電解電容。解電容。可以把可以把干擾分解成高頻干擾和低頻干擾干擾分解成高頻干擾和低頻干擾兩部分，兩部分，并接大電容并接大電容為了去掉低頻干擾成分，為了去掉低頻干擾成分，并接小并接小電容電容為了去掉高頻干擾部分。為了去掉高頻干擾部分。低頻去耦電容低頻去耦電容用鋁或用鋁或鉭電解電容，鉭電解電容，高頻去耦電容高頻去耦電容采用自身電感小的云母采用自身電感小的云母或陶瓷電容?；蛱沾呻娙荨６?、集成芯片去耦二、集成芯片去耦每個(gè)集成芯片都

51、應(yīng)安置一個(gè)每個(gè)集成芯片都應(yīng)安置一個(gè)0.10.1FF的陶瓷電容器的陶瓷電容器，安，安裝每個(gè)芯片的去耦電容時(shí)，必須將裝每個(gè)芯片的去耦電容時(shí)，必須將去耦電容安裝在去耦電容安裝在本集成芯片的本集成芯片的VccVcc和和GNDGND線線之間，否則便失去了抗干之間，否則便失去了抗干擾作用。擾作用。如遇到印刷電路板空隙小裝不下時(shí)，可每如遇到印刷電路板空隙小裝不下時(shí)，可每4 41010個(gè)芯個(gè)芯片安置一個(gè)片安置一個(gè)1 11010FF的限噪聲用的鉭電容器的限噪聲用的鉭電容器。這種。這種電容器的高頻阻抗特別小，在電容器的高頻阻抗特別小，在500500HzHz200MHz200MHz范圍范圍內(nèi)阻抗小于內(nèi)阻抗小于1 1

52、，而且漏電流很?。ǘ衣╇娏骱苄。?.50.5AA以下）。以下）。對(duì)于對(duì)于抗噪聲能力弱抗噪聲能力弱，關(guān)斷電流大的器件和關(guān)斷電流大的器件和ROMROM、RAMRAM存存儲(chǔ)器儲(chǔ)器，應(yīng)在芯片的電源線，應(yīng)在芯片的電源線VccVcc和地線（和地線（GNDGND）間直接間直接入去耦電容。入去耦電容。14.6.3 14.6.3 印制板的布線的抗干擾設(shè)計(jì)印制板的布線的抗干擾設(shè)計(jì)印制板的印制板的布線布線對(duì)抗干擾性能對(duì)抗干擾性能有直接影響有直接影響。前面已經(jīng)介。前面已經(jīng)介紹了一些布線原則，沒有介紹到一些布線原則，下紹了一些布線原則，沒有介紹到一些布線原則，下面予以補(bǔ)充說明。面予以補(bǔ)充說明。（1 1）如果印制板上邏

53、輯電路的）如果印制板上邏輯電路的工作速度低于工作速度低于TTLTTL的速的速度，導(dǎo)線條的形狀無什么特別要求度，導(dǎo)線條的形狀無什么特別要求；若工作速度較；若工作速度較高使用高使用高速邏輯器件高速邏輯器件，用作導(dǎo)線的銅箔在用作導(dǎo)線的銅箔在9090轉(zhuǎn)彎轉(zhuǎn)彎處的導(dǎo)線阻抗不連續(xù)處的導(dǎo)線阻抗不連續(xù)，可能，可能導(dǎo)致反射干擾導(dǎo)致反射干擾的發(fā)生，的發(fā)生，所以宜采用圖所以宜采用圖14-1414-14中右方的形狀，把中右方的形狀，把彎成彎成9090的的導(dǎo)線改成導(dǎo)線改成4545，這將有助于減少反射干擾的發(fā)生。這將有助于減少反射干擾的發(fā)生。 （2 2）不要在印制板中留下無用的空白銅箔層不要在印制板中留下無用的空白銅箔層

54、，因?yàn)椋驗(yàn)樗鼈兛梢猿洚?dāng)發(fā)射天線或接收天線，可把就近它它們可以充當(dāng)發(fā)射天線或接收天線，可把就近它們接地。們接地。（3 3）雙面布線的印制板，應(yīng)使）雙面布線的印制板，應(yīng)使雙面的線條垂直交叉雙面的線條垂直交叉，以減少磁場耦合，有利于抑制干擾。以減少磁場耦合，有利于抑制干擾。（4 4）導(dǎo)線間距離要盡量加大導(dǎo)線間距離要盡量加大。對(duì)于信號(hào)回路，印制。對(duì)于信號(hào)回路，印制銅箔條的銅箔條的相互距離要有足夠的尺寸相互距離要有足夠的尺寸，而且這個(gè)距，而且這個(gè)距離要離要隨信號(hào)頻率的升高而加大隨信號(hào)頻率的升高而加大，尤其是頻率極高，尤其是頻率極高或脈沖前言十分陡峭的情況更要注意，只有這樣或脈沖前言十分陡峭的情況更要注

55、意，只有這樣才降低導(dǎo)線之間分布電容的影響。才降低導(dǎo)線之間分布電容的影響。（5）高電壓或大電流線路對(duì)其它線路更容易形成干高電壓或大電流線路對(duì)其它線路更容易形成干擾擾，低電平或小電流信號(hào)線路容易受到感應(yīng)干擾，低電平或小電流信號(hào)線路容易受到感應(yīng)干擾，布線時(shí)使兩者盡量相互遠(yuǎn)離，避免平行鋪設(shè)布線時(shí)使兩者盡量相互遠(yuǎn)離，避免平行鋪設(shè)，應(yīng)采，應(yīng)采用屏蔽等措施。用屏蔽等措施。（6）所有線路）所有線路盡量沿直流地鋪設(shè)盡量沿直流地鋪設(shè)，盡量避免沿交流，盡量避免沿交流地鋪設(shè)。地鋪設(shè)。（7）電源線的布線除了要盡量加粗導(dǎo)體寬度外，采）電源線的布線除了要盡量加粗導(dǎo)體寬度外，采取使取使電源線、地線的走向與數(shù)據(jù)傳遞的方向一致電

56、源線、地線的走向與數(shù)據(jù)傳遞的方向一致，將有助于增強(qiáng)抗噪聲能力。將有助于增強(qiáng)抗噪聲能力。（8）走線不要有分支走線不要有分支，這可避免在傳輸高頻信號(hào)導(dǎo)，這可避免在傳輸高頻信號(hào)導(dǎo)致反射干擾或發(fā)生諧波干擾致反射干擾或發(fā)生諧波干擾,如圖如圖14-15所示所示 。14.714.7軟件抗干擾措施軟件抗干擾措施單片機(jī)系統(tǒng)在噪聲環(huán)境下運(yùn)行，除了前面介紹的各種單片機(jī)系統(tǒng)在噪聲環(huán)境下運(yùn)行，除了前面介紹的各種抗干擾的措施外，還可采用軟件來增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干抗干擾的措施外，還可采用軟件來增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾能力。本節(jié)介紹幾種常用軟件抗干擾的方法。擾能力。本節(jié)介紹幾種常用軟件抗干擾的方法。14.7.1 14.7.1 軟件抗干擾的

57、一般方法軟件抗干擾的一般方法軟件抗干擾技術(shù)軟件抗干擾技術(shù)是當(dāng)系統(tǒng)受干擾后使系統(tǒng)恢復(fù)正常運(yùn)是當(dāng)系統(tǒng)受干擾后使系統(tǒng)恢復(fù)正常運(yùn)行或輸入信號(hào)受干擾后去偽求真的一種輔助方法。行或輸入信號(hào)受干擾后去偽求真的一種輔助方法。因此軟件抗干擾是因此軟件抗干擾是被動(dòng)被動(dòng)措施，而硬件抗干擾是措施，而硬件抗干擾是主動(dòng)主動(dòng)措措施。但由于軟件設(shè)計(jì)靈活，節(jié)省硬件資源，所以施。但由于軟件設(shè)計(jì)靈活，節(jié)省硬件資源，所以軟件抗干擾技術(shù)已得到較為廣泛的應(yīng)用。研究的主要軟件抗干擾技術(shù)已得到較為廣泛的應(yīng)用。研究的主要內(nèi)容如下：內(nèi)容如下：(1)(1)軟件濾波軟件濾波。采用軟件的方法。采用軟件的方法抑制疊加在輸入信號(hào)抑制疊加在輸入信號(hào)上噪聲的

58、影響上噪聲的影響, ,可以通過可以通過軟件濾波剔除虛假信號(hào)軟件濾波剔除虛假信號(hào), ,求求取真值。取真值。(2)(2)開關(guān)量的輸入輸出抗干擾設(shè)計(jì)。開關(guān)量的輸入輸出抗干擾設(shè)計(jì)?？刹捎脤?duì)開關(guān)可采用對(duì)開關(guān)量輸入信號(hào)重復(fù)檢測，對(duì)開關(guān)量輸出口數(shù)據(jù)刷新的量輸入信號(hào)重復(fù)檢測，對(duì)開關(guān)量輸出口數(shù)據(jù)刷新的方法。方法。(3)(3)由于由于CPUCPU受到干擾，程序計(jì)數(shù)器受到干擾，程序計(jì)數(shù)器PCPC的狀態(tài)被破壞，的狀態(tài)被破壞，導(dǎo)致程序從一個(gè)區(qū)域跳轉(zhuǎn)到另一個(gè)區(qū)域，或者導(dǎo)致程序從一個(gè)區(qū)域跳轉(zhuǎn)到另一個(gè)區(qū)域，或者程程序在地址空間內(nèi)序在地址空間內(nèi)“亂飛亂飛”，或者進(jìn)入死循環(huán)。，或者進(jìn)入死循環(huán)。因因此必須盡可能早的發(fā)現(xiàn)并采取措施，

59、使此必須盡可能早的發(fā)現(xiàn)并采取措施，使程序納入程序納入正軌正軌。為使為使“亂飛亂飛”的程序被攔截或程序擺脫的程序被攔截或程序擺脫“死循環(huán)死循環(huán)”可采用可采用指令冗余、軟件陷阱或指令冗余、軟件陷阱或“看門狗看門狗”等技術(shù)。等技術(shù)。下面介紹上述的各種軟件抗干擾技術(shù)。下面介紹上述的各種軟件抗干擾技術(shù)。14.7.2 14.7.2 軟件濾波軟件濾波采用軟件也可以實(shí)現(xiàn)濾波，完成模擬濾波器類似的采用軟件也可以實(shí)現(xiàn)濾波，完成模擬濾波器類似的功能，就是數(shù)字濾波。功能，就是數(shù)字濾波。一、算術(shù)平均濾波法一、算術(shù)平均濾波法對(duì)一點(diǎn)數(shù)據(jù)連續(xù)取對(duì)一點(diǎn)數(shù)據(jù)連續(xù)取n n個(gè)值進(jìn)行采樣，然后算術(shù)平均。個(gè)值進(jìn)行采樣，然后算術(shù)平均。這種

60、方法這種方法適用于對(duì)一般具有隨機(jī)干擾的信號(hào)進(jìn)行適用于對(duì)一般具有隨機(jī)干擾的信號(hào)進(jìn)行濾波。濾波。這樣信號(hào)的特點(diǎn)是有一個(gè)平均值，信號(hào)在這樣信號(hào)的特點(diǎn)是有一個(gè)平均值，信號(hào)在某一數(shù)值范圍附近上下波動(dòng)。這種濾波法當(dāng)某一數(shù)值范圍附近上下波動(dòng)。這種濾波法當(dāng)n n值較值較大時(shí)，信號(hào)的平滑度高，但是靈敏度低；大時(shí)，信號(hào)的平滑度高，但是靈敏度低；當(dāng)當(dāng)n n值較值較小時(shí)，平滑度低，但靈敏度高。小時(shí)，平滑度低，但靈敏度高。應(yīng)視具體情況選應(yīng)視具體情況選取取n n，以使既節(jié)約時(shí)間，又濾波效果好。對(duì)于一般以使既節(jié)約時(shí)間，又濾波效果好。對(duì)于一般流量流量測量測量，通常取，通常取n=12n=12；若為若為壓力壓力，則取，則取n=4