單片機應(yīng)用項目化教程 課件 任務(wù)6-2 基于串行通信的文字信息收發(fā)器設(shè)計 抗干擾及可靠性設(shè)計1

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單片機應(yīng)用系統(tǒng)抗干擾

與可靠性設(shè)計

12單片機應(yīng)用系統(tǒng)抗干擾與可靠性設(shè)計14.1干擾的來源14.2供電系統(tǒng)干擾及其抗干擾措施

14.2.1電源噪聲來源、種類及危害

14.2.2供電系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計23內(nèi)容概要目前，隨著單片機應(yīng)用系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，單片機系統(tǒng)的可靠性越來越受到人們的關(guān)注。單片機系統(tǒng)的可靠性是由多種因素決定，其中系統(tǒng)的抗干擾性能的好壞是影響系統(tǒng)可靠性的重要因素。因此，研究抗干擾技術(shù)，提高單片機系統(tǒng)的抗干擾性能，是本章要研究的內(nèi)容。本章將從干擾源的來源、硬件、軟件以及電源系統(tǒng)、接地系統(tǒng)等各個方面研究分析并給出有效可行的解決措施，同時還對軟件的抗干擾措施進行了介紹。414.1干擾的來源一般把影響單片機測控系統(tǒng)正常工作的信號稱為噪聲，又稱干擾。在單片機系統(tǒng)中，如果出現(xiàn)干擾，就會影響指令的正常執(zhí)行，造成控制事故或控制失靈，在測量通道中產(chǎn)生干擾，就會使測量產(chǎn)生誤差，電壓的沖擊有可能使系統(tǒng)遭到致命的破壞。環(huán)境對單片機控制系統(tǒng)的干擾一般都是以脈沖的形式進入系統(tǒng)的，干擾竄入單片機系統(tǒng)的渠道主要有三條，如圖14-1所示。5圖14-1

單片機測控系統(tǒng)的主要干擾渠道6以上三種干擾以來自供電系統(tǒng)的干擾最甚，其次為來自過程通道的干擾。對于來自空間的輻射干擾，需加適當(dāng)?shù)钠帘渭敖拥貋斫鉀Q。14.2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內(nèi)阻，正是這些內(nèi)阻才引起了電源的噪聲干擾。如果沒有內(nèi)阻，無論何種噪聲都會被電源短路吸收，在線路中不會建立起任何干擾電壓。單片機系統(tǒng)中最重要、危害最嚴重的干擾源來源于電源。在某些大功率耗電設(shè)備的電網(wǎng)中，經(jīng)對電源檢測發(fā)現(xiàn)，在50周正弦波上疊加有很多1000多伏的尖峰電壓。

6714.2.1電源噪聲來源、種類及危害如果把電源電壓變化持續(xù)時間定義為Δt，那么，根據(jù)Δt的大小可以把電源干擾分為：（1）過壓、欠壓、停電：Δt>1s;（2）浪涌、下陷：1s>Δt>10ms;（3）尖峰電壓：Δt為μs量級；（4）射頻干擾：Δt為ns量級；（5）其它：半周內(nèi)的停電或者過欠壓。過壓、欠壓、停電的危害是顯而易見的，解決的辦法是使用各種穩(wěn)壓器、電源調(diào)節(jié)器，對付暫短時間的停電則配置不間斷電源（UPS）。78浪涌與下陷是電壓的快變化，如果幅度過大也會毀壞系統(tǒng)。即使變化不大（±10％～±15％），直接使用不一定會毀壞系統(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，往往會在這些變化點附近產(chǎn)生振蕩，使得電壓忽高忽低。尖峰電壓持續(xù)時間很短，一般不會毀壞系統(tǒng)，但對單片機系統(tǒng)正常運行危害很大，會造成邏輯功能紊亂，甚至沖壞源程序。解決辦法是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。射頻干擾對單片機系統(tǒng)影響不大，一般加接2～3節(jié)低通濾波器既可解決。914.2.2供電系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計單片機測控系統(tǒng)的供電，常常是一個棘手問題，單單一臺高質(zhì)量的電源不足以解決干擾和電壓波動問題的，必須完整地設(shè)計整個電源供電系統(tǒng)。邏輯電路是在低電壓、大電流下工作，電源的分配就必須引起注意，譬如一條0.1Ω的電源線回路，對于5A的供電系統(tǒng)，就會把電源電壓從5V降到4.5V，以至不能正常工作。另一方面工作在極高頻率下的數(shù)字電路，對電源線有高頻要求，所以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。910電源分配系統(tǒng)首要的就是良好的接地，系統(tǒng)的地線必須能夠吸收來自所有電源系統(tǒng)的全部電流。應(yīng)該采用粗導(dǎo)線作為電源連接線，地線應(yīng)盡量短而直接走線；對于插件式線路板，應(yīng)多給電源線、地線分配幾個沿插頭方向均勻分布的插針。在單片機系統(tǒng)中，為了提高供電系統(tǒng)的質(zhì)量，防止竄入干擾，建議采用供電配置措施如下：

1011（1）交流近線端加交流濾波器，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。濾波器市場上的產(chǎn)品有一級、二級濾波器之分，安裝時外殼要加屏蔽并良好接地，進出線要分開，防止感應(yīng)和輻射耦合。低通濾波器僅允許50Hz交流電通過，對高頻和中頻干擾有良好的衰減作用。12（2）要求高的系統(tǒng)加交流穩(wěn)壓器。（3）采用具有靜電屏蔽和抗電磁干擾的隔離電源變壓器。（4）采用集成穩(wěn)壓塊兩級穩(wěn)壓。目前市場上集成穩(wěn)壓塊有許多種，如提供正電源的7805、7812、7820、7824以及提供負電壓的79系列穩(wěn)壓塊，它們內(nèi)部是多級穩(wěn)壓電路，采用兩級穩(wěn)壓，效果好。例如主機電源先用7809穩(wěn)到9V，再用7805穩(wěn)到5V。（5）直流輸出部分采用大容量電解電容進行平滑濾波。（6）交流電源線與其他線盡量分開，減少再度耦合干擾。如濾波器的輸出線上干擾已減少，應(yīng)使其與電源進線級濾波器外殼保持一定距離，交流電源線與直流電源線即信號線分開走線。1213（7）電源線與信號線一般都通過地板下面走線，而且不可把兩線靠得太近或互相平行，以減少電源信號線的影響。（8