寄生蟲卵電子殺滅方法研究課件

班級：測控技術與儀器授課：滕召勝第七章智能儀器設計方法班級：測控技術與儀器第七章智能儀器設計方法本章內(nèi)容：智能儀器的低功耗設計智能儀器的抗干擾設計智能儀器的維修性設計智能儀器的可靠性設計智能儀器的工業(yè)設計本章內(nèi)容：1智能儀器的低功耗設計1智能儀器的低功耗設計智能儀器的低功耗設計可以：提高儀器的可靠性，降低儀器干擾降低儀器功耗，延長儀器壽命減少能耗，利于環(huán)保減少儀器產(chǎn)生的干擾減少生產(chǎn)與使用成本1.1智能儀器的低功耗設計的意義智能儀器的低功耗設計可以：1.1智能儀器的低功耗設計的意1.2智能儀器低功耗設計原則

選用低功耗傳感器

簡化儀器功能

設計低功耗電路采用低功耗器件單電源、低電壓供電合理選用電池1.2智能儀器低功耗設計原則選用低功耗傳感器硬件方法

（1）降低電源電壓，壓縮電路動態(tài)范圍，降低功耗。例如LM324的單電源電壓工作范圍為5～30V

電源電壓為

5V時，功耗約為

15mW；電源電壓為

10V時，功耗約為

90mW；電源電壓為

15V時，功耗約為

220mW。

1.3智能儀器低功耗設計技術硬件方法1.3智能儀器低功耗設計技術

低電壓供電還可以降低計算機的電流消耗。以Micrichip公司生產(chǎn)的PIC16C71低功耗單片機為例，其單電源電壓工作范圍為3～6V，在時鐘頻率4.0MHz下：

當電源電壓為

3V時，功耗約為

3mW；當電源電壓為

6V時，功耗約為

12mW。

低電壓供電還可以降低計算機的電流消耗。

（2）控制大電流器件的工作時間

有的電路設計不可避免地必須使用大電流器件時，這種情況下，應采用軟件控制方式，設置開關電路，使大電流的電路單元僅僅在需要其工作的短時間內(nèi)工作，其余時間處于斷電狀態(tài)。這種電路設計時需要考慮電路的工作響應時間。（2）控制大電流器件的工作時間

（3）降低計算機的時鐘頻率

權衡計算機的運算速度后，選用較低的時鐘頻率可以降低電流消耗。例如，PIC16C71有4種振蕩方式：標準晶體/陶瓷振蕩器XT、高速晶體/陶瓷振蕩器HS（4MHz以上）、低頻低功耗振蕩LP（32kHz）和低成本阻容振蕩RC。當供電電壓為5V時：

時鐘頻率為

4MHz，功耗約為

10mW；時鐘頻率為

32kHz，功耗約為

0.15mW。

（3）降低計算機的時鐘頻率軟件方法

（1）睡眠方式

使用計算機睡眠方式可以減少計算機的工作時間，從而降低功耗。智能儀器在不進行測量采樣和數(shù)據(jù)處理時，可讓單片機執(zhí)行一條“SLEEP”指令，進入低功耗模式，此后看門狗定時器（WDT）被清零，重新開始計數(shù)，所有I/O口保持原來的狀態(tài)，振蕩停止，此時單片機系統(tǒng)的功耗極低。當有中斷命令時，計算機即被“喚醒”，使智能儀器進入工作狀態(tài)。軟件方法什么是看門狗（WatchdogTimer，WDT）？單片機在工作時，都會或多或少的受到各種干擾，可能會使單片機系統(tǒng)的存儲器、寄存器發(fā)生狀態(tài)改變，而使其上存儲的數(shù)據(jù)產(chǎn)生錯誤。其中以程序計數(shù)器PC的情況最為嚴重，因為PC每個時鐘周期都要被激活一次（或順序計數(shù)或改變整個計數(shù)值使程序發(fā)生跳轉），受干擾的幾率多于任何一個寄存器。干擾的結果通常會導致程序執(zhí)行的錯誤。而程序的錯誤往往會使執(zhí)行的時間變長。什么是看門狗（WatchdogTimer，WDT）？

看門狗是一個可控定時器（軟件的，硬件的；單片機自帶的，外部的)，它的作用是在不受控制的情況下，每隔一段時間就給單片機一個作用信號（高、低電平），使單片機產(chǎn)生復位或中斷。像一只狗一樣幫你看好系統(tǒng)。

而使用看門狗的單片機系統(tǒng)，通常要在程序的一定位置加入控制看門狗的指令。這樣，在程序正常執(zhí)行時，每隔一段時間（不超過看門狗的定時時間），都會去“關照”看門狗，使看門狗不產(chǎn)生作用信號。看門狗是一個可控定時器（軟件的，硬件的；單片

程序不正常執(zhí)行時，看門狗在規(guī)定的時間內(nèi)得不到程序的“關照”，就會在定時時間到的時候產(chǎn)生信號，使單片機復位或中斷，轉到相應的錯誤處理程序，繼而恢復正常的程序執(zhí)行

（1）硬件看門狗。就是一個能發(fā)出“復位”信號的計數(shù)器或定時器電路。

（2）軟件看門狗。就是通常所說的軟件陷井。在程序存儲器的空余地址中全部填上1條跳轉指令，一旦程序跑飛，只要程序指針指向這些地址，便立即被強行跳轉至程序開頭或其他指定地址處，從而使程序繼續(xù)正常運行。程序不正常執(zhí)行時，看門狗在規(guī)定的時間內(nèi)得不到

（2）完善軟件設計

1）減少A/D轉換工作時間；

2）盡量采用中斷或DMA采樣方式；

3）簡化程序設計，減少程序執(zhí)行時間。（2）完善軟件設計2智能儀器的抗干擾設計2智能儀器的抗干擾設計2.1干擾因素

對于智能儀器，干擾主要有：（1）空間輻射干擾；（2）儀器信號通道的干擾；（3）外接電源和儀器電源的干擾；（4）儀器內(nèi)部數(shù)字電路引起的干擾。2.1干擾因素對于智能儀器，干擾主要有：2.2干擾因素2.2干擾因素空間輻射干擾空間輻射干擾是通過空間以電磁波形式傳播的電磁干擾。主要有：地球大氣放電，如雷電；宇宙干擾，如太陽無線電輻射；地球大氣輻射；水蒸汽、雨雪、灰砂、煙塵作用的靜電放電等自然干擾；高壓輸電線、內(nèi)燃機、熒光燈、電焊機等電氣設備產(chǎn)生的放電干擾?？臻g輻射干擾地球大氣放電，如雷電；電荷如果靜止，則為靜電。

當電荷向某一方向移動時，便發(fā)生了靜電放電，產(chǎn)生了電流，電流周圍便產(chǎn)生了磁場。如果電流的方向和大小持續(xù)不斷變化，就產(chǎn)生了電磁波。

電以各種狀態(tài)存在，把這些所有狀態(tài)統(tǒng)稱為電磁。電荷如果靜止，則為靜電?？臻g輻射干擾的特點：

空間輻射源產(chǎn)生的輻射波頻率范圍廣，且無規(guī)律。譬如雷電干擾，其頻率從幾kHz

到幾百MHz

或更高頻域?？臻g輻射干擾的特點：GB9175-88電磁波的波段劃分：

100kHz~300kHz：長波或地波，主要沿地球表面繞射傳播；GB9175-88電磁波的波段劃分：300kHz~3MHz：中波，沿地球表面繞射或經(jīng)電離層反射傳播；300kHz~3MHz：中波，沿地球表面繞射或經(jīng)電離層反射傳3MHz~30MHz：短波或天波，主要由電離層反射傳播，其次沿地球表面繞射傳播；3MHz~30MHz：短波或天波，主要由電離層反30MHz~300MHz：超短波，主要是自由空間作直線式傳播，其次是電離層反射傳播和繞射傳播；300MHz~300GHz：微波，在自由空間作直線式傳播，沒有其他形式的傳播。30MHz~300MHz：超短波，主要是自由空間作直線式傳播寄生蟲卵電子殺滅方法研究課件空間輻射干擾的傳播途徑：

以電磁感應的方式通過智能儀器的殼體、導線、敏感探頭等形成接收電路，造成對儀器系統(tǒng)的干擾?？臻g輻射干擾的傳播途徑：信號通道干擾

信號通道干擾主要有：（1）共模干擾：各種信號電流通過儀器電源內(nèi)阻和公共地線阻抗，都會產(chǎn)生干擾電壓，形成共模干擾；信號通道干擾數(shù)字電路1數(shù)字電路2模擬電路1模擬電路2I2I1Z1Z2數(shù)字電路1數(shù)字電路2模擬電路1模擬電路2I2I1Z1Z2

（2）靜電耦合干擾：電路之間的寄生電容使智能儀器內(nèi)某一電路信號的變化影響其它電路，形成靜電耦合干擾。只要電路中有尖峰信號和脈沖信號等頻譜高的信號存在，就有靜電耦合干擾存在。因此，智能儀器的計算機部分和高頻信號模擬電路是產(chǎn)生靜電耦合干擾的直接根源。

（3）傳導耦合干擾：傳導耦合是指電磁能量以電壓或電流的形式通過金屬導線或集總元件（如電容器、變壓器等）耦合至接受載體。（2）靜電耦合干擾：電路之間的寄生電容使智能儀脈沖信號在傳輸過程中易出現(xiàn)延時、變形并接收干擾信號，形成傳導耦合干擾。小知識：集總元件如果實際電路元件或部件的外形尺寸遠比通過它的電磁波信號的波長小得多，可以忽略不計，這種元件和部件稱為集總元件。由集總元件構成的電路模型，稱集總電路。脈沖信號在傳輸過程中易出現(xiàn)延時、變形并接收干擾信號，形成傳導電源干擾

（1）外接電源干擾

智能儀器如果采用工業(yè)用電網(wǎng)絡供電，工業(yè)系統(tǒng)中的某些大設備的啟動、停機等，可能引起電源過壓、欠壓、浪涌、下陷及產(chǎn)生尖峰干擾，通過電源內(nèi)阻耦合到智能儀器的電路。

（2）儀器電源干擾

智能儀器如果采用開關電源，電源電路也會產(chǎn)生干擾信號。電源干擾數(shù)字電路引起的干擾

數(shù)字集成電路邏輯門引出的直流電流雖然只有mA級，但當電路處在高速開關時，就會形成較大的干擾。

若門工作時電流5mA，截止狀態(tài)下為1mA，在5ns（毫微秒）的時間內(nèi)其電流變化為4mA。如果在配電線上具有0.5μH的電感，當門電路改變狀態(tài)時，配電線上產(chǎn)生的噪聲電壓為0.4V。數(shù)字電路引起的干擾2.3干擾信號的區(qū)分

干擾源不同，干擾信號的頻域不同，產(chǎn)生干擾的方式不同：高電壓小電流產(chǎn)生的干擾主要是電場干擾；低電壓大電流產(chǎn)生的干擾主要是磁場干擾；當電壓或電流的頻率較高時，產(chǎn)生輻射電磁場，電場干擾和磁場干擾都必須考慮。2.3干擾信號的區(qū)分干擾源不同，干擾信號的頻2.4智能儀器抗干擾設計方法干擾的形成包括三個要素：干擾源、傳播途徑和接受載體。三個要素缺少任何一項，干擾都不會產(chǎn)生。1）干擾源產(chǎn)生干擾信號的設備被稱作干擾源，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(chǎn)生空中電磁信號。雷電、太陽和宇宙射線也是干擾源。2.4智能儀器抗干擾設計方法干擾的形成包括三個要素：干2）傳播途徑傳播途徑是指干擾信號的傳播路徑。電磁信號可在空中直線傳播，并具有穿透性地傳播——輻射；電磁信號也可借助導線傳入設備的傳播——傳導。傳播途徑是干擾擴散、干擾無時不在、無處不在的主要原因。3）接受載體接受載體是指受影響的設備的某個環(huán)節(jié)吸收了干擾信號，并轉化為對系統(tǒng)造成影響的電氣參數(shù)。2）傳播途徑接受載體的接受過程即耦合。如前所述，耦合分為兩類：輻射耦合、傳導耦合。輻射耦合指電磁干擾能量通過空間以電磁場形式耦合至接受載體。傳導耦合是指電磁能量以電壓或電流的形式通過金屬導線或集總元件（如電容器、變壓器等）耦合至接受載體。接受載體若不能感應干擾信號或弱化了干擾信號使其不被干擾影響，就提高了抗干擾的能力。接受載體的接受過程即耦合。如前所述，耦合分為兩類：輻射耦合、2.4智能儀器抗干擾設計方法硬件抗干擾設計措施：

屏蔽

隔離與耦合布線抗干擾設計接地軟件抗干擾設計

數(shù)字濾波睡眠與看門狗指令冗余、標志判斷2.4智能儀器抗干擾設計方法硬件抗干擾設計措施：軟件抗電磁干擾（ElectromagneticInterference，EMI）包括傳導干擾和輻射干擾兩種。傳導干擾通過導電介質把一個電網(wǎng)絡上的信號耦合（干擾）到另一個電網(wǎng)絡。輻射干擾是干擾源通過空間把其信號耦合（干擾）到另一個電網(wǎng)絡。在高速PCB及系統(tǒng)設計中，高頻信號線、集成電路的引腳、各類接插件等都可能成為具有天線特性的輻射干擾源，能發(fā)射電磁波并影響其他系統(tǒng)或本系統(tǒng)內(nèi)其他子系統(tǒng)的正常工作。電磁干擾（ElectromagneticInterfere屏蔽就是利用屏蔽體阻止或減少電磁能量的傳播。屏蔽體是為了阻止或減小電磁能傳輸而對裝置進行封閉或遮蔽的一種阻擋層，它可以是導電的、導磁的、介質的或帶有非金屬吸收填料的。屏蔽屏蔽就是利用屏蔽體阻止或減少電磁能量的傳播。屏蔽屏蔽前的場強E1屏蔽后的場強E2屏蔽作用的大小用屏蔽效能度量:SE=20lg(E1/E2)

（dB）屏蔽體屏蔽前的場強E1屏蔽后的場強E2屏蔽作用的大小用屏蔽效能度量屏蔽效能與場強衰減的關系屏蔽效能越高，每增加20dB的難度越大。民用設備的機箱一般僅需要40dB左右的屏蔽效能，而軍用設備的機箱一般需要60dB以上的屏蔽效能。屏蔽前場強屏蔽后的場強衰減量屏蔽效能(dB)10.10.92010.010.994010.0010.9996010.00010.99998010.000010.9999910010.0000010.999999120屏蔽效能與場強衰減的關系屏蔽效能越高，每增加20dB的難度越電屏蔽具有空腔的金屬導體在靜電平衡狀態(tài)下，不僅導體內(nèi)部場強為零，且腔內(nèi)場強也為零，因而置于腔內(nèi)的物體不受外界電場的影響，這種作用叫靜電屏蔽。導體不接地導體接地電屏蔽具有空腔的金屬導體在靜電平衡狀態(tài)下，不僅導體內(nèi)部場強為靜電屏蔽的一般方法是在電容耦合通道上插入一個接地的金屬屏蔽導體。由于金屬屏蔽導體接地，其中的干擾電壓為零，從而隔斷了電場干擾的原來耦合通道。C1sC1GC2GV1Vs靜電屏蔽的一般方法是在電容耦合通道上插入一個接地的金屬屏蔽導磁屏蔽載流導體或線圈周圍都會產(chǎn)生磁場，如果電流是隨時間變化的，則磁場也隨時間變化，這變化的磁場會對其他元件或電路造成干擾；磁場屏蔽，主要依賴高導磁率材料所具有的小磁阻起磁分路作用。磁屏蔽載流導體或線圈周圍都會產(chǎn)生磁場，如果電流是隨時間變化的高導磁率材料的磁旁路效果H0H1R0RsH0RsR0H1SE=1+R0/RS高導磁率材料的磁旁路效果H0H1R0RsH0RsR0H1SE磁屏蔽材料的頻率特性151015波莫合金金屬鎳鋼冷軋鋼

0.01

0.1

1.0

10

100kHzr103磁屏蔽材料的頻率特性151015波莫合金金屬鎳鋼冷軋鋼0電磁屏蔽電磁屏蔽是對于高頻電磁場的屏蔽電磁波在通過金屬材料或對電磁波有衰減作用的阻擋層時，會受到一定程度的衰減，起到電磁屏蔽的作用。電磁屏蔽電磁屏蔽是對于高頻電磁場的屏蔽趨膚深度趨膚深度電磁屏蔽與靜電屏蔽電磁屏蔽指的是對電磁波的屏蔽，而靜電屏蔽指的是對靜電場的屏蔽。靜電屏蔽要求屏蔽體必須接地。影響屏蔽體電磁屏蔽效能的不是屏蔽體接地與否，而是屏蔽體導電連續(xù)性。破壞屏蔽體的導電連續(xù)性的因素有屏蔽體上不同部分的接縫、開口等。電磁屏蔽對屏蔽體的導電性要求要比靜電屏蔽高得多。電磁屏蔽與靜電屏蔽電磁屏蔽指的是對電磁波的屏蔽，而靜電屏蔽智能儀器屏蔽體的一些實際問題智能儀器機箱上有許多泄漏源：不同部分結合處的縫隙、通風口、顯示窗、按鍵、指示燈、電纜線、電源線……通風口顯示窗鍵盤指示燈電纜插座調(diào)節(jié)旋鈕電源線縫隙智能儀器屏蔽體的一些實際問題智能儀器機箱上有許多泄漏源：不同縫隙的泄漏低頻起主要作用高頻起主要作用縫隙的泄漏低頻起主要作用高頻起主要作用縫隙處理電磁密封襯墊縫隙縫隙處理電磁密封襯墊縫隙電磁密封襯墊材料金屬絲網(wǎng)襯墊(帶橡膠芯的和空心的)導電橡膠(不同導電填充物的)指形簧片(不同表面涂覆層的)螺旋管襯墊(不銹鋼的和鍍錫鈹銅的)導電布電磁密封襯墊材料金屬絲網(wǎng)襯墊(帶橡膠芯的和空心的)指形簧片螺旋管電磁密封襯墊指形簧片螺旋管電磁密封襯墊屏蔽要點靜電屏蔽應具有兩個基本要點：完善的屏蔽體、良好的接地。電磁屏蔽不但要求有良好的接地，而且要求屏蔽體具有良好的導電連續(xù)性，對屏蔽體的導電性要求要比靜電屏蔽高得多。實際屏蔽中，電磁屏蔽效能更大程度上依賴于機箱的結構，即導電的連續(xù)性。機箱上的接縫、開口等都是電磁波的泄漏源。穿過機箱的電纜也是造成屏蔽效能下降的主要原因。屏蔽要點靜電屏蔽應具有兩個基本要點：完善的屏蔽體、良好屏蔽要點解決機箱縫隙電磁泄漏的方式是在縫隙處用電磁密封襯墊。電磁密封襯墊是一種導電的彈性材料，它能夠保持縫隙處的導電連續(xù)性。常見的電磁密封襯墊有導電橡膠、雙重導電橡膠、金屬編織網(wǎng)套、螺旋管襯墊、定向金屬導電橡膠等。電磁屏蔽材料的種類：導電橡膠、導電布、導電泡棉、導電布膠帶、鈹青銅指形簧片、金屬網(wǎng)絲屏蔽條、金屬導電屏蔽膠帶、導電涂料、微波吸收材料。屏蔽要點解決機箱縫隙電磁泄漏的方式是在縫隙處用電磁密封隔離與耦合儀器的的單片機與數(shù)字電路、脈沖電路、開關電路的接口，可用數(shù)字式光電隔離器進行隔離，以切斷公共阻抗環(huán)路，避免長線感應和共模干擾。較長的信號傳輸線可采用屏蔽與光電耦合配合使用的方法。前級放大和后續(xù)放大電路之間可采用光電耦合進行隔離。隔離與耦合寄生蟲卵電子殺滅方法研究課件發(fā)送接收RLVGVS光耦器件Cp發(fā)送接收RLVGVS光耦器件Cp不共地不共地電路板布線抗干擾（1）走線原則

為防止長線傳輸中的竄擾，采用交叉走線。長線傳送時，功率線、載流線和信號線分開，電位線和脈沖線分開。在傳送0~50mV小信號時，尤其注意。電力電纜最好用屏蔽電纜，單獨走線，且與信號線不能平行，更不能將電力線與信號線裝在同一電纜中。電路板布線抗干擾（2）元器件空余輸入端的處理把空余的輸入端與使用輸入端并聯(lián)。這種方法簡單易行，但增加了前級電路的輸出負擔。把空余的輸入端通過一個電阻接高電平。這種方法適用于慢速、多干擾的場合。把空余的輸入端懸空，用一反相器接地。這種方法適用于要求嚴格的場合，但多用了一個組件。（2）元器件空余輸入端的處理（3）數(shù)字電路的去干擾

每個數(shù)字集成塊的電源端，都要裝設高頻去耦電容（一般為0.01~0.02μF）。這些電容應充分靠近集成塊。每塊印刷板上的電源引進端（輸入端）應加10～100μF的去耦電容。直流配電線的引出端應盡量作成低阻抗傳輸線。（3）數(shù)字電路的去干擾（4）其他抗干擾措施

印制電路板要合理區(qū)分。通?？煞秩齾^(qū)：模擬電路區(qū)(怕干擾)，數(shù)字電路區(qū)(怕干擾、又產(chǎn)生干擾)，功率驅動區(qū)（干擾源）。印刷板按單點接電源、單點接地原則送電。三個區(qū)域的電源線、地線由該點分三路引出。噪聲元件與非噪聲元件要離得遠一些。時鐘振蕩電路、特殊高速邏輯電路部分用地線圈起來。讓周圍電場趨近于零。（4）其他抗干擾措施I/O驅動器件、功率放大器件盡量靠近印刷板的外邊，靠近引出接插件。能用低速的就不用高速的，高速器件只用在關鍵的地方。使用滿足系統(tǒng)要求的最低頻率的時鐘，時鐘產(chǎn)生器要盡量靠近用到該時鐘的器件。石英晶體振蕩器外殼要接地，時鐘線要盡量短，且不要引得到處都是。使用45°的折線布線，不要使用90°折線，以減小高頻信號的發(fā)射。I/O驅動器件、功率放大器件盡量靠近印刷板的外邊，靠近引出接單面板、雙面板，電源線、地線要盡量的粗。信號線的過孔要盡量少。4層板比雙面板噪聲低20dB。6層板比4層板噪聲低10dB。經(jīng)濟條件允許時盡量用多層板。關鍵的線盡量短并要盡量粗，并在兩邊加上保護地。將敏感信號和噪聲場帶信號通過一條扁帶電纜引出的話，要用地線-信號-地線......的方式引出。石英振蕩器下面、噪聲敏感器件下面要加大地的面積而不應該走其它信號線。任何信號線都不要形成環(huán)路，如不可避免，環(huán)路應盡量小。單面板、雙面板，電源線、地線要盡量的粗。信號線的過孔要盡量少時鐘線垂直于I/O線比平行于I/O線干擾小，時鐘線要遠離I/O線。對A/D類器件，數(shù)字部分與模擬部分寧可繞一下也不要交叉。噪聲敏感線不要與高速線、大電流線平行。單片機及其它IC電路，如有多個電源、地端，每端都要加一個去耦電容。單片機不用的I/O端口要定義成輸出。每個集成電路要加一個去耦電容，要選高頻信號好的獨石電容或瓷片電容作去耦電容。去耦電容焊在印制電路板上時，引腳要盡量短。時鐘線垂直于I/O線比平行于I/O線干擾小，時鐘線要遠離I/從高噪聲區(qū)來的信號要加濾波。繼電器線圈處要加放電二極管?？梢杂么粋€電阻的辦法來軟化I/O線的跳變沿或提供一定的阻尼。用大容量的鉭電容或聚脂電容而不用電解電容作電路充電的儲能電容。因為電解電容分布電感較大，對高頻無效。使用電解電容時要與高特性好的去耦電容成對使用。需要時，電源線、地線上可加用銅線繞制鐵氧體而成的高頻扼流器件阻斷高頻噪聲的傳導。弱信號引出線、高頻、大功率引出電纜要加屏蔽。引出線與地線要絞起來。從高噪聲區(qū)來的信號要加濾波。繼電器線圈處要加放電二極管?？梢杂∷暹^大，或信號線頻率過高，使得線上的延遲時間大于等于信號上升時間時，該線要按傳輸線處理，要加終端匹配電阻。盡量不要使用IC插座，把IC直接焊在印刷板上，IC插座的引腳間有較大的分布電容。印刷板過大，或信號線頻率過高，使得線上的延遲時間大于等于信號接地（1）接地目的

消除儀器各電路電流經(jīng)一公共地線阻抗時所產(chǎn)生的噪聲電壓；避免磁場和地電位差的影響，不使其形成地環(huán)路；避免噪聲耦合。地球是導體，體積非常大，其靜電容量也非常大，電位比較恒定，它的電位可以作為基準電位，即零電位。接地（2）接地分類

保護接地：保護接地是為了避免工作人員因設備的絕緣損壞、或下降時遭受觸電危險和保證系統(tǒng)安全而采取的安全措施。工作接地：工作接地是為了保證系統(tǒng)穩(wěn)定可靠地運行，防止地環(huán)路引起干擾而采取的防干擾措施。

接地阻值應小于10Ω，最好在4～5Ω之內(nèi)。（2）接地分類地線電位示意圖2mV200mV2mV~10mV10mV~20mV20mV~100mV100mV~200mV地線電位示意圖2mV200mV2mV~10mV10（3）接地要求一點接地和多點接地：低頻電路中，元件間的電感影響不大，接地電路形成的環(huán)路干擾影響大，應以一點作為接地點。高頻電路中，地線上具有電感因而增加了地線阻抗，同時各地線之間又產(chǎn)生電感耦合，容易形成干擾，應多點接地。在超高頻時，地線長度應小于25mm，且地線鍍銀。頻率在1MHz以下，可用一點接地；高于10MHz時，應多點接地。在1～10MHz之間，如用一點接地，其地線長度不得超過波長的1/20。否則，應采用多點接地。（3）接地要求單點接地串聯(lián)單點接地優(yōu)點：簡單缺點：公共阻抗耦合并聯(lián)單點接地優(yōu)點：無公共阻抗耦合缺點：接地線過多123I1I2I3ABC123I1I2I3ABCR1R2R3單點接地串聯(lián)單點接地并聯(lián)單點接地123I1I2I3ABC12串聯(lián)單點、并聯(lián)單點混合接地模擬電路1模擬電路2模擬電路3數(shù)字邏輯控制電路數(shù)字信息處理電路繼電器驅動電路馬達驅動電路串聯(lián)單點、并聯(lián)單點混合接地模擬電路1模擬電路2模擬電路3數(shù)字線路板上的地線噪聲模擬數(shù)字線路板上的地線噪聲模擬數(shù)字多點接地R1R2R3L1L2L3電路1電路2電路3多點接地R1R2R3L1L2L3電路1電路2電路3混合接地~Vs地電流Rs~Vs安全接地Rs安全接地地環(huán)路電流混合接地~Vs地電流Rs~Vs安全接地Rs安全接地地環(huán)路電流交流地與信號地：交流地和信號地不能共用。

浮地：浮地就是將儀器與大地浮置起來，即浮空。儀器與地的絕緣電阻不能小于50MΩ。數(shù)字地：印刷板中的數(shù)字地線應做成網(wǎng)狀，其他布線不要形成環(huán)路，特別是環(huán)繞外周的環(huán)路。印刷板中的條狀線不要長距離平行。屏蔽地：電場屏蔽解決分布電容問題，接大地；電磁場屏蔽主要避免雷達、短波電臺等高頻電磁場輻射干擾，屏蔽材料要利用低阻金屬材料，最好接大地；磁路屏蔽以封閉式結構為妥，并且接大地；

交流地與信號地：交流地和信號地不能共用。

高增益放大電路最好用金屬罩屏蔽起來。放大電路的寄生電容會使放大電路的輸出端到輸入端產(chǎn)生反饋通路，易使放大電路產(chǎn)生振蕩。將屏蔽體接到放大電路的公共端，將寄生電容短路防止反饋，避免放大電路的振蕩。

若電路有一個不接地的信號源和一個接地的（即使不是接大地）放大電路相連，輸入端的屏蔽應接至放大電路的公共端。相反，若接地的信號源與不接地的放大器連接，即使信號源接的不是大地，放大電路的輸入端也應接到信號源的公共端。高增益放大電路最好用金屬罩屏蔽起來。放大電路（4）接地方法

接地方法主要有埋設銅板法、接地棒法、網(wǎng)狀接地法和水管接地法。

1）埋設銅板法

把面積約為1m2，厚為1～2mm的銅板埋在地下1m深處。銅板和導線連接處可以用焊接的方法，也可以在銅板一邊剪開10mm左右寬的邊條（但不切斷），拉出地面作為引線。在銅板上下放上木碳，吸水，以減少接地電阻。埋好填土時，要使銅板正上方地面稍凹一些，這樣可以保持雨水，使土質保持潮濕狀態(tài)。（4）接地方法2）接地棒法

簡單的接地用長30～40cm的一頭尖的金屬棒。除了臨時作用外，一般不用這種地線。若要長期使用，則用立桿施工方法，鉆一個10～30m、直徑約6cm的坑洞，將接地導體埋入。由于接地棒和導線的接地部分會受雨露等的影響而氧化腐蝕，所以要求采取防腐措施，例如在鋁上涂以阿酪?。╝lodine）導電漆或酪酸鹽等。對長期使用的接地導體來說，防腐處理是非常重要的。2）接地棒法3）網(wǎng)狀地線法

將許多段直徑為2mm的裸銅線，埋在挖掘成輻射狀的溝道中，并且把每根線的一端集束在一起（焊接）作為接地電極。這種方法需要相當大的地方，而且施工量大。地溝約為1m深。這種接地方法適用于較為重要的智能系統(tǒng)。4）利用給水排水管道作為地線

這種方法簡便易行，而且接地電阻也小。但由于在接地線上時有電流流過，因此易引起電化腐蝕。有的水管不全是金屬材料，而使用硬乙烯樹脂管接頭，這種水管就不能作為地線使用。3）網(wǎng)狀地線法3智能儀器的維修性設計3智能儀器的維修性設計3.1維修性設計的定義維修性是產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi)，按規(guī)定的程序和方法進行維修時，保持或恢復到其規(guī)定狀態(tài)的能力。維修性指的是產(chǎn)品維修的難易程度，它是產(chǎn)品的一種質量特性，是產(chǎn)品設計所賦予的一種固有屬性。3.1維修性設計的定義維修性是產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的

3.2維修性設計的必要性

維修性設計具有巨大的經(jīng)濟價值

據(jù)美國儀器儀表行業(yè)統(tǒng)計，維修性設計的投入與產(chǎn)品的后期效益比約為150，即投入1美圓的改進維修性設計費用，可以取得50美圓的間接效益。維修性設計是產(chǎn)品質量的重要保證

為保證產(chǎn)品質量，失效后的智能儀器必須具有便于維修，并能恢復產(chǎn)品性能的能力，即具有良好的維修性。3.2維修性設計的必要性維修性設計具有巨大的經(jīng)濟價

智能儀器維修性設計的任務是，一旦儀器發(fā)生故障，能盡可能地維修好，最好在出現(xiàn)故障前就能夠預先發(fā)現(xiàn)故障隱患，通過預防維修消除隱患，從而提高儀器的可靠性。智能儀器維修性設計的任務是，一旦儀器發(fā)生故障維修性設計是工作效率的重要保證

智能儀器的正常與否，直接關系到使用單位和使用人員的工作效率。為保證用戶的工作效率，智能儀器必須工作可靠，在發(fā)生故障后維修簡便，能很快恢復正常工作狀態(tài)。維修性設計是保障儀器維修性的關鍵

智能儀器的設計一旦完成，其固有維修性便確定下來，生產(chǎn)、管理和售后服務都只能起保障作用。維修性設計是工作效率的重要保證因此，智能儀器的維修性設計重點應放在儀器的設計階段，遵循預防為主、早期投入的原則，完善設計方案，改進、消除元器件、電路、材料、工藝的隱患與薄弱環(huán)節(jié)，保證和提高智能儀器的固有可靠性和維修性。因此，智能儀器的維修性設計重點應放在儀器的設計階段，遵循預防3.3智能儀器維修性設計原則

（1）通用化、標準化、模塊化設計原則

通用化、標準化、模塊化設計有利于提高產(chǎn)品的互換性，降低產(chǎn)品成本，簡化生產(chǎn)工藝，便于維修過程中的拆、拼、換、裝，提高產(chǎn)品的維修速度和維修質量。（2）簡化電路設計原則

簡化設計有利于智能儀器維修過程中的檢查、分析、判斷和故障排除。簡化電路設計，盡量用軟件實現(xiàn)儀器功能，可以大大降低智能儀器的生產(chǎn)成本，有效地提高儀器的可靠性，減少失效。3.3智能儀器維修性設計原則（1）通用化、標準化、模塊（3）維修可達性設計原則

所謂維修可達性，是指產(chǎn)品維修時，能夠迅速方便地達到維修部位的特性。進行巧妙、合理的結構設計，可以使智能儀器檢查、裝拆方便，維修迅速。因此，維修可達性設計是產(chǎn)品設計時應當考慮的內(nèi)容。（4）易損件的易換性設計原則

儀器中有一部分零部件（如電池、保險管等）屬于易損件，需要經(jīng)常代換。在儀器設計時，易損件應設法采用機殼外設加蓋窗口的安裝方法，使易損件在代換時不必打開儀器機殼，更換方便。（3）維修可達性設計原則（5）貴重件的可修復性設計原則

儀器的關鍵零部件、貴重零部件如傳感器、信號傳輸線、電路板等，具有其特殊性，使用失效后不易找到通用件或標準件代換。關鍵、貴重零部件應具有可修復性，失效后可調(diào)整、修復至正常狀態(tài)，以便降低儀器的維修費用，減少維修時間，提高維修效率。（5）貴重件的可修復性設計原則（6）測試性設計原則

智能儀器的測試性是指儀器能夠及時而準確地確定其工作狀態(tài)，并隔離其內(nèi)部故障的一種設計特性。測試性設計有利于維修過程中故障檢診斷，提高維修效率，為改進產(chǎn)品設計提供依據(jù)。（6）測試性設計原則（7）其他設計原則

低功耗設計有利于延長電池供電時間，延長元器件的使用壽命，提高儀器的可靠性。電路設計充分考慮溫度、濕度等環(huán)境因素影響，保證一定的工作裕量和可靠性裕量，有利于提高儀器的維修性。選擇性能穩(wěn)定、可靠性高、技術成熟、采購方便、供貨周期短的零部件和元器件，是提高儀器維修性的重要原則。（7）其他設計原則3.4智能儀器維修性設計方法

（1）硬件維修性設計方法

合理選用元器件設置儀器故障自檢功能預留測試點采用組合部件給出預防維修提示增加儀器的自校功能3.4智能儀器維修性設計方法（1）硬件維修性設計方法（2）軟件維修性設計方法

智能儀器的程序存在彈飛、進入死循環(huán)、死機等故障現(xiàn)象，其可靠性設計是保證儀器可靠工作的重要內(nèi)容。智能儀器可采用睡眠方式、看門狗定時器、標志設置等方法，提高軟件運行的可靠性。對于無法運行的軟件故障，一般采用更換程序存儲器件的方法排除。智能儀器中的程序存儲器件宜采用插座安裝，以便取拔、更換。（2）軟件維修性設計方法（3）簡單故障用戶排除指南

智能儀器的使用說明書中，可列出儀器可能出現(xiàn)的簡單故障，給出排除（維修）方法，如更換電池、檢查接地、清潔傳感器等。儀器的包裝中，最好配備少量的易損件，如電池、燈泡等，方便用戶更換。此外，要說明易損件的規(guī)格型號和質量要求。（3）簡單故障用戶排除指南4智能儀器的可靠性設計4智能儀器的可靠性設計4.1可靠性設計的必要性可靠性是產(chǎn)品在規(guī)定條件下和規(guī)定時間內(nèi)，完成所規(guī)定功能的能力。在導致產(chǎn)品不可靠的原因中，設計約占70%，元器件、制造工藝、環(huán)境、使用等因素約占30%。其中相當一部分還是由于設計不合理引起的。因此，產(chǎn)品的可靠性保障重點在設計階段。通過完善的設計，改進、消除隱患與薄弱環(huán)節(jié)，在技術指標與經(jīng)濟指標之間進行綜合平衡，達到儀器的最佳設計。4.1可靠性設計的必要性可靠性是產(chǎn)品在規(guī)定條件下和規(guī)定時4.2智能儀器可靠性設計原則

（1）簡潔化設計原則

在滿足儀器必須功能的基礎上，簡化儀器功能，簡化儀器電路，有利于提高產(chǎn)品的可靠性，而且有利于降低儀器的功耗。將定型的儀器電路做成專用芯片或厚膜電路，可大大提高可靠性，簡化生產(chǎn)工藝。4.2智能儀器可靠性設計原則（1）簡潔化設計原則（2）低功耗設計原則

采用低功耗、微功耗器件、設計低功耗電路，有利于提高儀器的可靠性，減少失效。

（3）易操作設計原則

智能儀器在設計時，應根據(jù)儀器的使用環(huán)境和使用條件，考慮儀器的易操作設計，避免誤操作，提高儀器的可靠性。

（2）低功耗設計原則（4）抗干擾設計原則

抗干擾設計是提高儀器工作性能的重要內(nèi)容，是保障儀器可靠性的關鍵環(huán)節(jié)。（5）其他設計原則元器件應選用時注意性能穩(wěn)定、可靠性高、技術成熟、采購方便、供貨周期短。電路設計應考慮溫度、濕度、粉塵、振動等環(huán)境影響，保證一定的工作裕量。（4）抗干擾設計原則寄生蟲卵電子殺滅方法研究課件寄生蟲卵電子殺滅方法研究課件維修費用可靠率費用總費用使用費用可靠率與經(jīng)濟性的關系

維修可靠率費用總費用使用費用可靠率與經(jīng)濟性的關系4.3智能儀器可靠性設計方法

（1）硬件可靠性設計方法

電源設計：要求測量精度高的儀器可選用線性電源供電；要求電源適應范圍寬的儀器可選用開關電源供電；便攜式智能儀器應選用充電電池或干電池供電。抗干擾設計4.3智能儀器可靠性設計方法（1）硬件可靠性設計方法

元器件的選用固定電阻器盡量選用金屬膜電阻，精度與穩(wěn)定性要求高可選用線繞電阻；電容主要選用陶瓷電容、獨石電容和鋁電解電容，精度與穩(wěn)定性要求高可選用固體鉭電容。電位器可選用金屬陶瓷多圈電位器。顯示器宜選用LCD寄生蟲卵電子殺滅方法研究課件5智能儀器的工業(yè)設計5智能儀器的工業(yè)設計國產(chǎn)電子天平國產(chǎn)電子天平國產(chǎn)電子天平國產(chǎn)電子天平進口電子天平進口電子天平電子天平比較電子天平比較寄生蟲卵電子殺滅方法研究課件寄生蟲卵電子殺滅方法研究課件寄生蟲卵電子殺滅方法研究課件5.1工業(yè)設計的定義工業(yè)設計是產(chǎn)品技術功能設計和美學設計的有機結合與統(tǒng)一，是人機工程學、技術美學、經(jīng)濟學、心理學和現(xiàn)代科技發(fā)展的綜合產(chǎn)物。智能儀器的工業(yè)設計更應從人體工程學與技術美學的角度充分考慮，它與企業(yè)文化、產(chǎn)品特征、使用環(huán)境密切相關。5.1工業(yè)設計的定義工業(yè)設計是產(chǎn)品技術功能設計和美學設計5.2智能儀器工業(yè)設計的必要性

工業(yè)設計直接影響使用人員的操作舒適感、讀數(shù)準確性和視覺疲勞度。產(chǎn)品的市場競爭力取決于產(chǎn)品性能、外觀創(chuàng)意、銷售價格和售后服務等幾方面因素。5.2智能儀器工業(yè)設計的必要性工業(yè)設計直接影響使用人員5.3智能儀器工業(yè)設計原則

智能儀器的工業(yè)設計應堅持實用、經(jīng)濟、美觀的原則，使儀器在節(jié)省造價的前提下，實現(xiàn)悅目、精致、獨特、雅觀的外形設計。（1）實用性設計原則儀器的功能設計要體現(xiàn)出功能的科學性與先進性，同時要具有操作合理性、使用可靠性和維修可行性。在滿足儀器必需功能的基礎上，簡化設計，可以提高儀器的可靠性，有利于儀器的工業(yè)設計。5.3智能儀器工業(yè)設計原則智能儀器的工考慮儀器的易操作設計，避免誤操作，提高產(chǎn)品的使用可靠性。智能儀器的外觀應反映儀器精確的計量性能，切忌方頭大腦、粗糙笨拙的外觀設計。

（2）造型美設計原則

智能儀器的美觀是儀器的形式美、結構美、工藝美、材質美和風格美的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。設計人員通過實際操作和學習、交流，逐漸具有創(chuàng)造美、創(chuàng)造價值的能力。設計人員應有敏銳的視覺判斷力，在儀器的造型設計中，充分考慮工藝可行性和市場流行需求。

考慮儀器的易操作設計，避免誤操作，提高產(chǎn)品的使用可靠性。（3）低成本設計原則

必須用價值工程理論來指導智能儀器的工業(yè)設計，在滿足產(chǎn)品性能要求的前提下，降低制造成本，以盡量少的財力、人力和物力支出，產(chǎn)生盡量大的利潤空間。低成本設計的一個重要措施就是產(chǎn)品的通用化、標準化設計。盡可能采用通用、標準部件與元器件，有利于降低產(chǎn)品成本，簡化生產(chǎn)工藝，提高產(chǎn)品的可靠性與維修性。（3）低成本設計原則（4）綠色設計原則

要充分考慮到環(huán)境效益，盡量減少對環(huán)境的破壞。材料選擇與工藝過程既要考慮盡量減少物質和能源消耗，減少三廢排放，又要使不合格產(chǎn)品、報廢產(chǎn)品能夠方便地拆卸并分類回收，實現(xiàn)廢舊材料的再生利用。國際上目前掀起追求極端簡單的工業(yè)設計熱潮。將智能儀器的造型化簡到極致，創(chuàng)造簡潔、實用、自然、充滿人情味和個性的產(chǎn)品。（4）綠色設計原則5.4智能儀器工業(yè)設計方法

（1）色彩選定

智能儀器的色彩表現(xiàn)要與儀器的功能及使用環(huán)境協(xié)調(diào)，配色與視覺效果的需求應一致，給操作者以精致、典雅、舒適的感覺。智能儀器應盡量采用低純度冷色。低純度冷色給人以雅致、沉靜、溫柔感。5.4智能儀器工業(yè)設計方法（1）色彩選定不同國家和地區(qū)對色彩的偏愛和禁忌在中國、東南亞、非洲和歐洲的大部分國家，智能儀器最好不采用黑色；摩洛哥、瑞典偏愛黑色；在中東地區(qū)，智能儀器不能采用灰色；北歐洲和南美一些國家喜歡紅色；中東地區(qū)的國家、多哥、乍得、土耳其、羅馬尼亞等國喜歡白色；日本人禁忌綠色。不同國家和地區(qū)對色彩的偏愛和禁忌不同國家和地區(qū)對色彩的偏愛和禁忌法國人視鮮艷色彩為高貴，認為藍色是“寧靜”和“忠誠”的色彩，粉紅色是積極向上的色彩，厭惡墨綠色；荷蘭人視橙色為活潑色彩，橙色和藍色代表國家的色彩；丹麥人視紅、白、藍色為吉祥色；意大利人視紫色為消極色彩，喜好用淺淡色彩、鮮明色彩；大多數(shù)美國人喜歡白色。不同國家和地區(qū)對色彩的偏愛和禁忌（2）商標設計

商標主要由文字或圖案設計而成，設計應新穎、簡潔，有優(yōu)美的動感，讓人產(chǎn)生悅目感，印象深刻。商標設計應符合生產(chǎn)企業(yè)的環(huán)境、歷史、特點、企業(yè)文化、產(chǎn)品特征和商標選材與制造工藝。商標要處于智能儀器面板的顯要位置，印刷、鑲嵌、粘貼均可，目前常在加工儀器塑料外殼時絲印而成。（2）商標設計商標設計中的禁忌

伊斯蘭教地區(qū)禁忌豬的圖案；《古蘭經(jīng)》講：“人們啊，你們應食地面上合義的、清潔的食物”，又說：“禁止你們吃自死物、血液、豬肉，以及誦非真主之名而宰割之動物?！?/p>

日本禁忌使用荷花圖案，喜歡櫻花、松、竹、梅、鴨子、烏龜?shù)?，對裝飾有狐貍、獾圖案的東西甚為反感；英國商標上忌用人物肖像、大象、山羊圖案，卻喜好白貓；視孔雀為惡鳥，視馬為勇敢的象征。東南亞偏愛大象。商標設計中的禁忌商標設計中的禁忌

法國禁忌使用菊花圖案，視馬為勇敢的象征；忌諱核桃，厭惡墨綠色，忌用黑桃圖案，商標上忌用菊花。法國人還視孔雀為惡鳥，并忌諱仙鶴、烏龜，認為杜鵑花、紙花不吉利。瑞士人忌諱貓頭鷹；荷蘭人鐘愛郁金香；德國禁用類似納粹軍團符號做標記；阿拉伯國家禁用六角星圖案，因為六角星與以色列國旗上的圖案相似；利比亞禁止使用豬的圖案和女性人體圖案。商標設計中的禁忌商標設計中的禁忌

歐洲除比利時視貓為不祥之物外，大都喜歡黑色貓；國際上視三角形為警告性標志，所以忌用三角形做出口產(chǎn)品的商標；美國人偏愛山楂花與玫瑰花；大多喜歡狗；驢代表堅強，象代表穩(wěn)重，分別是共和黨和民主黨的標志；白頭雕是美國人最珍愛的飛禽，還是美國國徽的主要圖案；蝙蝠被視為吸血鬼與兇神，令美國人反感；美國的國石是藍寶石。商標設計中的禁忌寄生蟲卵電子殺滅方法研究課件（3）人機工程學設計

智能儀器人機工程學設計的目的是根據(jù)人的特征進行儀器的造型設計，使儀器符合人體功能要求和環(huán)境條件，能舒適、方便地進行操作使用。“人”即儀器的操作使用者；“機器”即儀器；“環(huán)境”則是智能儀器的工作環(huán)境，包括溫濕度、氣壓、照明、輻射、振動、噪聲、粉塵、有毒氣體等。（3）人機工程學設計寄生蟲卵電子殺滅方法研究課件寄生蟲卵電子殺滅方法研究課件寄生蟲卵電子殺滅方法研究課件寄生蟲卵電子殺滅方法研究課件多謝！多謝！班級：測控技術與儀器授課：滕召勝第七章智能儀器設計方法班級：測控技術與儀器第七章智能儀器設計方法本章內(nèi)容：智能儀器的低功耗設計智能儀器的抗干擾設計智能儀器的維修性設計智能儀器的可靠性設計智能儀器的工業(yè)設計本章內(nèi)容：1智能儀器的低功耗設計1智能儀器的低功耗設計智能儀器的低功耗設計可以：提高儀器的可靠性，降低儀器干擾降低儀器功耗，延長儀器壽命減少能耗，利于環(huán)保減少儀器產(chǎn)生的干擾減少生產(chǎn)與使用成本1.1智能儀器的低功耗設計的意義智能儀器的低功耗設計可以：1.1智能儀器的低功耗設計的意1.2智能儀器低功耗設計原則

選用低功耗傳感器

簡化儀器功能

設計低功耗電路采用低功耗器件單電源、低電壓供電合理選用電池1.2智能儀器低功耗設計原則選用低功耗傳感器硬件方法

（1）降低電源電壓，壓縮電路動態(tài)范圍，降低功耗。例如LM324的單電源電壓工作范圍為5～30V

電源電壓為

5V時，功耗約為

15mW；電源電壓為

10V時，功耗約為

90mW；電源電壓為

15V時，功耗約為

220mW。

1.3智能儀器低功耗設計技術硬件方法1.3智能儀器低功耗設計技術

低電壓供電還可以降低計算機的電流消耗。以Micrichip公司生產(chǎn)的PIC16C71低功耗單片機為例，其單電源電壓工作范圍為3～6V，在時鐘頻率4.0MHz下：

當電源電壓為

3V時，功耗約為

3mW；當電源電壓為

6V時，功耗約為

12mW。

低電壓供電還可以降低計算機的電流消耗。

（2）控制大電流器件的工作時間

有的電路設計不可避免地必須使用大電流器件時，這種情況下，應采用軟件控制方式，設置開關電路，使大電流的電路單元僅僅在需要其工作的短時間內(nèi)工作，其余時間處于斷電狀態(tài)。這種電路設計時需要考慮電路的工作響應時間。（2）控制大電流器件的工作時間

（3）降低計算機的時鐘頻率

權衡計算機的運算速度后，選用較低的時鐘頻率可以降低電流消耗。例如，PIC16C71有4種振蕩方式：標準晶體/陶瓷振蕩器XT、高速晶體/陶瓷振蕩器HS（4MHz以上）、低頻低功耗振蕩LP（32kHz）和低成本阻容振蕩RC。當供電電壓為5V時：

時鐘頻率為

4MHz，功耗約為

10mW；時鐘頻率為

32kHz，功耗約為

0.15mW。

（3）降低計算機的時鐘頻率軟件方法

（1）睡眠方式

使用計算機睡眠方式可以減少計算機的工作時間，從而降低功耗。智能儀器在不進行測量采樣和數(shù)據(jù)處理時，可讓單片機執(zhí)行一條“SLEEP”指令，進入低功耗模式，此后看門狗定時器（WDT）被清零，重新開始計數(shù)，所有I/O口保持原來的狀態(tài)，振蕩停止，此時單片機系統(tǒng)的功耗極低。當有中斷命令時，計算機即被“喚醒”，使智能儀器進入工作狀態(tài)。軟件方法什么是看門狗（WatchdogTimer，WDT）？單片機在工作時，都會或多或少的受到各種干擾，可能會使單片機系統(tǒng)的存儲器、寄存器發(fā)生狀態(tài)改變，而使其上存儲的數(shù)據(jù)產(chǎn)生錯誤。其中以程序計數(shù)器PC的情況最為嚴重，因為PC每個時鐘周期都要被激活一次（或順序計數(shù)或改變整個計數(shù)值使程序發(fā)生跳轉），受干擾的幾率多于任何一個寄存器。干擾的結果通常會導致程序執(zhí)行的錯誤。而程序的錯誤往往會使執(zhí)行的時間變長。什么是看門狗（WatchdogTimer，WDT）？

看門狗是一個可控定時器（軟件的，硬件的；單片機自帶的，外部的)，它的作用是在不受控制的情況下，每隔一段時間就給單片機一個作用信號（高、低電平），使單片機產(chǎn)生復位或中斷。像一只狗一樣幫你看好系統(tǒng)。

而使用看門狗的單片機系統(tǒng)，通常要在程序的一定位置加入控制看門狗的指令。這樣，在程序正常執(zhí)行時，每隔一段時間（不超過看門狗的定時時間），都會去“關照”看門狗，使看門狗不產(chǎn)生作用信號。看門狗是一個可控定時器（軟件的，硬件的；單片

程序不正常執(zhí)行時，看門狗在規(guī)定的時間內(nèi)得不到程序的“關照”，就會在定時時間到的時候產(chǎn)生信號，使單片機復位或中斷，轉到相應的錯誤處理程序，繼而恢復正常的程序執(zhí)行

（1）硬件看門狗。就是一個能發(fā)出“復位”信號的計數(shù)器或定時器電路。

（2）軟件看門狗。就是通常所說的軟件陷井。在程序存儲器的空余地址中全部填上1條跳轉指令，一旦程序跑飛，只要程序指針指向這些地址，便立即被強行跳轉至程序開頭或其他指定地址處，從而使程序繼續(xù)正常運行。程序不正常執(zhí)行時，看門狗在規(guī)定的時間內(nèi)得不到

（2）完善軟件設計

1）減少A/D轉換工作時間；

2）盡量采用中斷或DMA采樣方式；

3）簡化程序設計，減少程序執(zhí)行時間。（2）完善軟件設計2智能儀器的抗干擾設計2智能儀器的抗干擾設計2.1干擾因素

對于智能儀器，干擾主要有：（1）空間輻射干擾；（2）儀器信號通道的干擾；（3）外接電源和儀器電源的干擾；（4）儀器內(nèi)部數(shù)字電路引起的干擾。2.1干擾因素對于智能儀器，干擾主要有：2.2干擾因素2.2干擾因素空間輻射干擾空間輻射干擾是通過空間以電磁波形式傳播的電磁干擾。主要有：地球大氣放電，如雷電；宇宙干擾，如太陽無線電輻射；地球大氣輻射；水蒸汽、雨雪、灰砂、煙塵作用的靜電放電等自然干擾；高壓輸電線、內(nèi)燃機、熒光燈、電焊機等電氣設備產(chǎn)生的放電干擾?？臻g輻射干擾地球大氣放電，如雷電；電荷如果靜止，則為靜電。

當電荷向某一方向移動時，便發(fā)生了靜電放電，產(chǎn)生了電流，電流周圍便產(chǎn)生了磁場。如果電流的方向和大小持續(xù)不斷變化，就產(chǎn)生了電磁波。

電以各種狀態(tài)存在，把這些所有狀態(tài)統(tǒng)稱為電磁。電荷如果靜止，則為靜電?？臻g輻射干擾的特點：

空間輻射源產(chǎn)生的輻射波頻率范圍廣，且無規(guī)律。譬如雷電干擾，其頻率從幾kHz

到幾百MHz

或更高頻域?？臻g輻射干擾的特點：GB9175-88電磁波的波段劃分：

100kHz~300kHz：長波或地波，主要沿地球表面繞射傳播；GB9175-88電磁波的波段劃分：300kHz~3MHz：中波，沿地球表面繞射或經(jīng)電離層反射傳播；300kHz~3MHz：中波，沿地球表面繞射或經(jīng)電離層反射傳3MHz~30MHz：短波或天波，主要由電離層反射傳播，其次沿地球表面繞射傳播；3MHz~30MHz：短波或天波，主要由電離層反30MHz~300MHz：超短波，主要是自由空間作直線式傳播，其次是電離層反射傳播和繞射傳播；300MHz~300GHz：微波，在自由空間作直線式傳播，沒有其他形式的傳播。30MHz~300MHz：超短波，主要是自由空間作直線式傳播寄生蟲卵電子殺滅方法研究課件空間輻射干擾的傳播途徑：

以電磁感應的方式通過智能儀器的殼體、導線、敏感探頭等形成接收電路，造成對儀器系統(tǒng)的干擾。空間輻射干擾的傳播途徑：信號通道干擾

信號通道干擾主要有：（1）共模干擾：各種信號電流通過儀器電源內(nèi)阻和公共地線阻抗，都會產(chǎn)生干擾電壓，形成共模干擾；信號通道干擾數(shù)字電路1數(shù)字電路2模擬電路1模擬電路2I2I1Z1Z2數(shù)字電路1數(shù)字電路2模擬電路1模擬電路2I2I1Z1Z2

（2）靜電耦合干擾：電路之間的寄生電容使智能儀器內(nèi)某一電路信號的變化影響其它電路，形成靜電耦合干擾。只要電路中有尖峰信號和脈沖信號等頻譜高的信號存在，就有靜電耦合干擾存在。因此，智能儀器的計算機部分和高頻信號模擬電路是產(chǎn)生靜電耦合干擾的直接根源。

（3）傳導耦合干擾：傳導耦合是指電磁能量以電壓或電流的形式通過金屬導線或集總元件（如電容器、變壓器等）耦合至接受載體。（2）靜電耦合干擾：電路之間的寄生電容使智能儀脈沖信號在傳輸過程中易出現(xiàn)延時、變形并接收干擾信號，形成傳導耦合干擾。小知識：集總元件如果實際電路元件或部件的外形尺寸遠比通過它的電磁波信號的波長小得多，可以忽略不計，這種元件和部件稱為集總元件。由集總元件構成的電路模型，稱集總電路。脈沖信號在傳輸過程中易出現(xiàn)延時、變形并接收干擾信號，形成傳導電源干擾

（1）外接電源干擾

智能儀器如果采用工業(yè)用電網(wǎng)絡供電，工業(yè)系統(tǒng)中的某些大設備的啟動、停機等，可能引起電源過壓、欠壓、浪涌、下陷及產(chǎn)生尖峰干擾，通過電源內(nèi)阻耦合到智能儀器的電路。

（2）儀器電源干擾

智能儀器如果采用開關電源，電源電路也會產(chǎn)生干擾信號。電源干擾數(shù)字電路引起的干擾

數(shù)字集成電路邏輯門引出的直流電流雖然只有mA級，但當電路處在高速開關時，就會形成較大的干擾。

若門工作時電流5mA，截止狀態(tài)下為1mA，在5ns（毫微秒）的時間內(nèi)其電流變化為4mA。如果在配電線上具有0.5μH的電感，當門電路改變狀態(tài)時，配電線上產(chǎn)生的噪聲電壓為0.4V。數(shù)字電路引起的干擾2.3干擾信號的區(qū)分

干擾源不同，干擾信號的頻域不同，產(chǎn)生干擾的方式不同：高電壓小電流產(chǎn)生的干擾主要是電場干擾；低電壓大電流產(chǎn)生的干擾主要是磁場干擾；當電壓或電流的頻率較高時，產(chǎn)生輻射電磁場，電場干擾和磁場干擾都必須考慮。2.3干擾信號的區(qū)分干擾源不同，干擾信號的頻2.4智能儀器抗干擾設計方法干擾的形成包括三個要素：干擾源、傳播途徑和接受載體。三個要素缺少任何一項，干擾都不會產(chǎn)生。1）干擾源產(chǎn)生干擾信號的設備被稱作干擾源，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(chǎn)生空中電磁信號。雷電、太陽和宇宙射線也是干擾源。2.4智能儀器抗干擾設計方法干擾的形成包括三個要素：干2）傳播途徑傳播途徑是指干擾信號的傳播路徑。電磁信號可在空中直線傳播，并具有穿透性地傳播——輻射；電磁信號也可借助導線傳入設備的傳播——傳導。傳播途徑是干擾擴散、干擾無時不在、無處不在的主要原因。3）接受載體接受載體是指受影響的設備的某個環(huán)節(jié)吸收了干擾信號，并轉化為對系統(tǒng)造成影響的電氣參數(shù)。2）傳播途徑接受載體的接受過程即耦合。如前所述，耦合分為兩類：輻射耦合、傳導耦合。輻射耦合指電磁干擾能量通過空間以電磁場形式耦合至接受載體。傳導耦合是指電磁能量以電壓或電流的形式通過金屬導線或集總元件（如電容器、變壓器等）耦合至接受載體。接受載體若不能感應干擾信號或弱化了干擾信號使其不被干擾影響，就提高了抗干擾的能力。接受載體的接受過程即耦合。如前所述，耦合分為兩類：輻射耦合、2.4智能儀器抗干擾設計方法硬件抗干擾設計措施：

屏蔽

隔離與耦合布線抗干擾設計接地軟件抗干擾設計

數(shù)字濾波睡眠與看門狗指令冗余、標志判斷2.4智能儀器抗干擾設計方法硬件抗干擾設計措施：軟件抗電磁干擾（ElectromagneticInterference，EMI）包括傳導干擾和輻射干擾兩種。傳導干擾通過導電介質把一個電網(wǎng)絡上的信號耦合（干擾）到另一個電網(wǎng)絡。輻射干擾是干擾源通過空間把其信號耦合（干擾）到另一個電網(wǎng)絡。在高速PCB及系統(tǒng)設計中，高頻信號線、集成電路的引腳、各類接插件等都可能成為具有天線特性的輻射干擾源，能發(fā)射電磁波并影響其他系統(tǒng)或本系統(tǒng)內(nèi)其他子系統(tǒng)的正常工作。電磁干擾（ElectromagneticInterfere屏蔽就是利用屏蔽體阻止或減少電磁能量的傳播。屏蔽體是為了阻止或減小電磁能傳輸而對裝置進行封閉或遮蔽的一種阻擋層，它可以是導電的、導磁的、介質的或帶有非金屬吸收填料的。屏蔽屏蔽就是利用屏蔽體阻止或減少電磁能量的傳播。屏蔽屏蔽前的場強E1屏蔽后的場強E2屏蔽作用的大小用屏蔽效能度量:SE=20lg(E1/E2)

（dB）屏蔽體屏蔽前的場強E1屏蔽后的場強E2屏蔽作用的大小用屏蔽效能度量屏蔽效能與場強衰減的關系屏蔽效能越高，每增加20dB的難度越大。民用設備的機箱一般僅需要40dB左右的屏蔽效能，而軍用設備的機箱一般需要60dB以上的屏蔽效能。屏蔽前場強屏蔽后的場強衰減量屏蔽效能(dB)10.10.92010.010.994010.0010.9996010.00010.99998010.000010.9999910010.0000010.999999120屏蔽效能與場強衰減的關系屏蔽效能越高，每增加20dB的難度越電屏蔽具有空腔的金屬導體在靜電平衡狀態(tài)下，不僅導體內(nèi)部場強為零，且腔內(nèi)場強也為零，因而置于腔內(nèi)的物體不受外界電場的影響，這種作用叫靜電屏蔽。導體不接地導體接地電屏蔽具有空腔的金屬導體在靜電平衡狀態(tài)下，不僅導體內(nèi)部場強為靜電屏蔽的一般方法是在電容耦合通道上插入一個接地的金屬屏蔽導體。由于金屬屏蔽導體接地，其中的干擾電壓為零，從而隔斷了電場干擾的原來耦合通道。C1sC1GC2GV1Vs靜電屏蔽的一般方法是在電容耦合通道上插入一個接地的金屬屏蔽導磁屏蔽載流導體或線圈周圍都會產(chǎn)生磁場，如果電流是隨時間變化的，則磁場也隨時間變化，這變化的磁場會對其他元件或電路造成干擾；磁場屏蔽，主要依賴高導磁率材料所具有的小磁阻起磁分路作用。磁屏蔽載流導體或線圈周圍都會產(chǎn)生磁場，如果電流是隨時間變化的高導磁率材料的磁旁路效果H0H1R0RsH0RsR0H1SE=1+R0/RS高導磁率材料的磁旁路效果H0H1R0RsH0RsR0H1SE磁屏蔽材料的頻率特性151015波莫合金金屬鎳鋼冷軋鋼

0.01

0.1

1.0

10

100kHzr103磁屏蔽材料的頻率特性151015波莫合金金屬鎳鋼冷軋鋼0電磁屏蔽電磁屏蔽是對于高頻電磁場的屏蔽電磁波在通過金屬材料或對電磁波有衰減作用的阻擋層時，會受到一定程度的衰減，起到電磁屏蔽的作用。電磁屏蔽電磁屏蔽是對于高頻電磁場的屏蔽趨膚深度趨膚深度電磁屏蔽與靜電屏蔽電磁屏蔽指的是對電磁波的屏蔽，而靜電屏蔽指的是對靜電場的屏蔽。靜電屏蔽要求屏蔽體必須接地。影響屏蔽體電磁屏蔽效能的不是屏蔽體接地與否，而是屏蔽體導電連續(xù)性。破壞屏蔽體的導電連續(xù)性的因素有屏蔽體上不同部分的接縫、開口等。電磁屏蔽對屏蔽體的導電性要求要比靜電屏蔽高得多。電磁屏蔽與靜電屏蔽電磁屏蔽指的是對電磁波的屏蔽，而靜電屏蔽智能儀器屏蔽體的一些實際問題智能儀器機箱上有許多泄漏源：不同部分結合處的縫隙、通風口、顯示窗、按鍵、指示燈、電纜線、電源線……通風口顯示窗鍵盤指示燈電纜插座調(diào)節(jié)旋鈕電源線縫隙智能儀器屏蔽體的一些實際問題智能儀器機箱上有許多泄漏源：不同縫隙的泄漏低頻起主要作用高頻起主要作用縫隙的泄漏低頻起主要作用高頻起主要作用縫隙處理電磁密封襯墊縫隙縫隙處理電磁密封襯墊縫隙電磁密封襯墊材料金屬絲網(wǎng)襯墊(帶橡膠芯的和空心的)導電橡膠(不同導電填充物的)指形簧片(不同表面涂覆層的)螺旋管襯墊(不銹鋼的和鍍錫鈹銅的)導電布電磁密封襯墊材料金屬絲網(wǎng)襯墊(帶橡膠芯的和空心的)指形簧片螺旋管電磁密封襯墊指形簧片螺旋管電磁密封襯墊屏蔽要點靜電屏蔽應具有兩個基本要點：完善的屏蔽體、良好的接地。電磁屏蔽不但要求有良好的接地，而且要求屏蔽體具有良好的導電連續(xù)性，對屏蔽體的導電性要求要比靜電屏蔽高得多。實際屏蔽中，電磁屏蔽效能更大程度上依賴于機箱的結構，即導電的連續(xù)性。機箱上的接縫、開口等都是電磁波的泄漏源。穿過機箱的電纜也是造成屏蔽效能下降的主要原因。屏蔽要點靜電屏蔽應具有兩個基本要點：完善的屏蔽體、良好屏蔽要點解決機箱縫隙電磁泄漏的方式是在縫隙處用電磁密封襯墊。電磁密封襯墊是一種導電的彈性材料，它能夠保持縫隙處的導電連續(xù)性。常見的電磁密封襯墊有導電橡膠、雙重導電橡膠、金屬編織網(wǎng)套、螺旋管襯墊、定向金屬導電橡膠等。電磁屏蔽材料的種類：導電橡膠、導電布、導電泡棉、導電布膠帶、鈹青銅指形簧片、金屬網(wǎng)絲屏蔽條、金屬導電屏蔽膠帶、導電涂料、微波吸收材料。屏蔽要點解決機箱縫隙電磁泄漏的方式是在縫隙處用電磁密封隔離與耦合儀器的的單片機與數(shù)字電路、脈沖電路、開關電路的接口，可用數(shù)字式光電隔離器進行隔離，以切斷公共阻抗環(huán)路，避免長線感應和共模干擾。較長的信號傳輸線可采用屏蔽與光電耦合配合使用的方法。前級放大和后續(xù)放大電路之間可采用光電耦合進行隔離。隔離與耦合寄生蟲卵電子殺滅方法研究課件發(fā)送接收RLVGVS光耦器件Cp發(fā)送接收RLVGVS光耦器件Cp不共地不共地電路板布線抗干擾（1）走線原則

為防止長線傳輸中的竄擾，采用交叉走線。長線傳送時，功率線、載流線和信號線分開，電位線和脈沖線分開。在傳送0~50mV小信號時，尤其注意。電力電纜最好用屏蔽電纜，單獨走線，且與信號線不能平行，更不能將電力線與信號線裝在同一電纜中。電路板布線抗干擾（2）元器件空余輸入端的處理把空余的輸入端與使用輸入端并聯(lián)。這種方法簡單易行，但增加了前級電路的輸出負擔。把空余的輸入端通過一個電阻接高電平。這種方法適用于慢速、多干擾的場合。把空余的輸入端懸空，用一反相器接地。這種方法適用于要求嚴格的場合，但多用了一個組件。（2）元器件空余輸入端的處理（3）數(shù)字電路的去干擾

每個數(shù)字集成塊的電源端，都要裝設高頻去耦電容（一般為0.01~0.02μF）。這些電容應充分靠近集成塊。每塊印刷板上的電源引進端（輸入端）應加10～100μF的去耦電容。直流配電線的引出端應盡量作成低阻抗傳輸線。（3）數(shù)字電路的去干擾（4）其他抗干擾措施

印制電路板要合理區(qū)分。通?？煞秩齾^(qū)：模擬電路區(qū)(怕干擾)，數(shù)字電路區(qū)(怕干擾、又產(chǎn)生干擾)，功率驅動區(qū)（干擾源）。印刷板按單點接電源、單點接地原則送電。三個區(qū)域的電源線、地線由該點分三路引出。噪聲元件與非噪聲元件要離得遠一些。時鐘振蕩電路、特殊高速邏輯電路部分用地線圈起來。讓周圍電場趨近于零。（4）其他抗干擾措施I/O驅動器件、功率放大器件盡量靠近印刷板的外邊，靠近引出接插件。能用低速的就不用高速的，高速器件只用在關鍵的地方。使用滿足系統(tǒng)要求的最低頻率的時鐘，時鐘產(chǎn)生器要盡量靠近用到該時鐘的器件。石英晶體振蕩器外殼要接地，時鐘線要盡量短，且不要引得到處都是。使用45°的折線布線，不要使用90°折線，以減小高頻信號的發(fā)射。I/O驅動器件、功率放大器件盡量靠近印刷板的外邊，靠近引出接單面板、雙面板，電源線、地線要盡量的粗。信號線的過孔要盡量少。4層板比雙面板噪聲低20dB。6層板比4層板噪聲低10dB。經(jīng)濟條件允許時盡量用多層板。關鍵的線盡量短并要盡量粗，并在兩邊加上保護地。將敏感信號和噪聲場帶信號通過一條扁帶電纜引出的話，要用地線-信號-地線......的方式引出。石英振蕩器下面、噪聲敏感器件下面要加大地的面積而不應該走其它信號線。任何信號線都不要形成環(huán)路，如不可避免，環(huán)路應盡量小。單面板