计算机控制技术及工程应用第八章

第八章抗干扰技术,本章要点：1、干扰的来源与传播途径。2、硬件抗干扰措施。3、程序运行监视系统。,返回总目录,本章主要内容,引言8.1干扰的来源与传播途径8.2硬件抗干扰措施8.3软件抗干扰措施8.4程序运行监视系统思考题,计算机控制系统的被控变量分布在生产现场的各个角落，因而计算机是处于干扰频繁的恶劣环境中，干扰是有用信号以外的噪声，这些干扰会影响系统的测控精度，降低系统的可靠性，甚至导致系统的运行混乱，造成生产事故。但干扰是客观存在的，所以，人们必须研究干扰，以采取相应的抗干扰措施。本章主要讨论干扰的来源、传播途经及抗干扰的措。,引言,8.1干扰的来源与传播途径,8.1.1干扰的来源8.1.2干扰的传播途径,8.1.1干扰的来源,1、外部干扰,链接动画,2、内部干扰-由系统的结构布局、制造工艺所引入的。,链接动画,8.1.2干扰的传播途径,链接动画,1静电耦合,干扰传播的途径主要有三种：静电耦合，磁场耦合，公共阻抗耦合。,链接动画,2磁场耦合,3公共阻抗耦合,链接动画,8.2硬件抗干扰措施,引言8.2.1串模干扰的抑制8.2.2共模干扰的抑制8.2.3长线传输干扰的抑制8.2.4信号线的选择与敷设8.2.5电源系统的抗干扰8.2.6接地系统的抗干扰,引言,了解了干扰的来源与传播途径，我们就可以采取相应的抗干扰措施。在硬件抗干扰措施中，除了按照干扰的三种主要作用方式串模、共模及长线传输干扰来分别考虑外，还要从布线、电源、接地等方面考虑。,链接动画,8.2.1串模干扰的抑制,图8-6串模干扰,1双绞线做信号引线,双绞线抗干扰原因外界电磁场会在双绞线相邻的小环路上形成相反方向的感应电势，从而互相抵消减弱干扰作用。应用场合可用来传输模拟信号和数字信号，用于点对点连接和多点连接应用场合，传输距离为几公里，数据传输速率可达2Mbps抑制效果（不同节距而言）：,2引入滤波电路硬件滤波器分类低通、高通、带通等滤波器。低通滤波器适用干扰频率比被测信号频率高；高通滤波器干扰频率比被测信号频率低；带通滤波器干扰频率落在被测信号频率的两侧；实现电路采用电阻R、电容C、电感L等构成滤波器；,链接动画,链接动画,8.2.2共模干扰的抑制,抑制方法：有变压器隔离、光电隔离与浮地屏蔽等三种措施。,图8-9共模干扰,1变压器隔离,链接动画,图8-10变压器隔离,2光电隔离,链接动画,链接动画,图光电耦合隔离器的数字信号隔离,链接动画,链接动画,链接动画,3浮地屏蔽,图浮地输入双层屏蔽放大电路,主要内容：1波阻抗的测量2终端阻抗匹配3始端阻抗匹配,8.2.3长线传输干扰的抑制,1波阻抗的测量,2终端阻抗匹配。,图终端阻抗匹配,3始端阻抗匹配,图始端阻抗匹配,8.2.4信号线的选择与敷设,1信号线的选择,2信号线的敷设信号线的敷设要注意以下事项：（1）模拟信号线与数字信号线不能合用同一根电缆，要绝对避免信号线与电源线合用同一根电缆。（2）屏蔽信号线的屏蔽层要一端接地，同时要避免多点接地。（3）信号线的敷设要尽量远离干扰源，如避免敷设在大容量变压器、电动机等电器设备的附近。,（4）信号电缆与电源电缆必须分开，并尽量避免平行敷设。,8.2.5电源系统的抗干扰,计算机控制系统一般是由交流电网供电，电网电压与频率的波动将直接影响到控制系统的可靠性与稳定性。电源的干扰是计算机控制系统的一个主要干扰，抑制这种干扰的主要从以下2个方面考虑：1交流电源系统2直流电源系统,1交流电源系统,措施：,掉电保护电路,2直流电源系统（1）交流电源变压器的屏蔽（2）采用直流开关电源（3）采用DC-DC变换器（4）为每块电路板设立独立的直流电源（5）集成电路块的VCC加旁路电容,计算机控制系统中的地线：数字地系统地交流地模拟地保护地,8.2.6接地系统的抗干扰,接地处理1单点接地与多点接地,图单点接地方式,2分别回流法单点接地,图单点回流法接地方式,3输入系统的接地,图输入系统接地方式,图放大器公共端接屏蔽罩,设计印制线路板应遵守下列原则，以免系统内部地线产生干扰。（1）TTL，CMOS器件的地线要呈辐射状，不能形成环形。（2）印制线路板上的地线要根据通过的电流大小决定其宽度，不要小于3mm，在可能的情况下，地线越宽越好。（3）旁路电容的地线不能长，应尽量缩短。（4）大电流的零电位地线应尽量宽，而且必须和小信号的地分开。,4印制线路板的地线分布,5主机系统的接地,图全机一点接地,(1)全机一点接地,(2)外壳接地机芯浮空,（3）多机系统的接地,图全机一点接地,8.3软件抗干扰措施,引言8.3.1指令冗余技术8.3.2软件陷阱技术,引言,在控制系统的输入输出通道中，采用数字滤波方法，即采用某种计算方法对通道的信号进行数字处理，以削弱或滤除干扰噪声而对于那些可能穿过通道而进入CPU的干扰，可采取指令冗余、软件陷阱以及程序运行监视等措施来使CPU恢复正常工作。,要解决的问题程序跑飞解决方法采用指令冗余技术原则在对程序流向起决定作用的指令之前以及影响系统工作状态的重要指令之前都应插入两、三条NOP指令，还可以每隔一定数目的指令插入NOP指令，以保证跑飞的程序迅速纳入正确轨道。优点-指令冗余技术可以减少程序出现错误跳转的次数,8.3.1指令冗余技术,软件陷阱在非程序区设置拦截措施，使程序进入陷阱，即通过一条引导指令，强行将跑飞的程序引向一个指定的地址，举例若我们把这段程序的入口标号称为ERROR的话，软件陷阱即为一条JMPERROR指令。软件陷阱是由3条指令构成：NOPNOPJMPERROR,8.3.2软件陷阱技术,8.4程序运行监视系统,8.4.1WatchdogTimer工作原理8.4.2WatchdogTimer实现方法,链接动画,8.4.1WatchdogTimer工作原理,8.4.2WatchdogTimer实现方法,链接动画,思考题,1简述干扰的来源与传播途径。2串模干扰的成因是什么？如何抑制串模干扰？3共模干扰的成因是什么