第5章 单片机应用系统抗干扰技术

1、第五章单片机应用系统的抗干扰技术，一个抗干扰的主要来源，三个抗干扰硬件的抗干扰软件的抗干扰，两个干扰引起的结果，一个干扰的主要源，工业现场环境的干扰以通常脉冲的形式电磁信号通过空间辐射进入系统，在高电压、大电流、高频电磁场附近产生，多通过静电感应、电磁感应等侵入系统内部。 2、供电系统干扰，电磁信号通过供电线路进入系统。 电力供给系统的干扰主要是电源的噪声干扰引起的。 3、进程信道干扰和干扰可以通过耦合到系统的前向信道、后向信道和其它系统的互相信道而进入，并且通常沿着不同线路进入系统。 说明：一般来说，空间干扰在强度上远小于其他两种，微机系统必须重点防止过程信道干扰和供电系统干扰。 另外，系统

2、的接地装置不可靠等，也是发生噪声的重要原因的各种传感器，输入输出线路的绝缘破坏也有可能导入噪声。 二、发生干扰的结果，1、数据采集误差变大，2、程序运行失调，3、系统被控制对象误动作，4、被控制对象的状态不稳定，5、定时偏离，6、数据变化，2、程序运行失调，控制状态如果人为干扰进入单片机系统的前向通道在信号上叠加，那么数据采集误差变大，特别是在前向通道的传感器接口用于小电压信号输入的情况下，这种现象更严重。 在单片机系统中，由于干扰的加入，输出误差变大，逻辑状态发生变化，最终导致控制异常。 恐慌、单片机系统受到强烈干扰后，程序计数器的电脑值发生了变化，破坏了程序的正常运行，引起了死周期。 1、

3、数据收集误差的增大，3 .系统被控制对象的误动作，4 .被控制对象的状态不稳定，锁存电路和被控制对象间的线路(包括驱动电路)受到干扰，被控制对象的状态变得不稳定(锁存电路一般敏感)。 6 .数据发生变化，在单片机的应用系统中，由于外部RAM是可读写的，因此RAM的数据有可能在人为干扰的侵入下发生变化，ROM可避免人为干扰破坏，但单片机内的RAM和芯片内的各种特殊5 .定时不许可、抗干扰对策有硬件对策和软件对策。 如果硬件措施合适，大部分的干扰都可以拒绝，但是因为仍然有少数干扰进入微机系统，所以软件措施作为第二条防线是不可或缺的。 因为软件抗干扰措施以降低CPU的效率为代价，所以没有硬件，CPU

4、就奔命，没有精力关心正常工作，对系统的工作效率和实时性产生严重的影响。 因此，成功的抗干扰系统是由硬件和软件组成的。 三、抗干扰措施，一、印刷电路板布线和工艺注意，二、屏蔽，四、光电分离，三、提高部件可靠性，五、过电压保护电路，六、增加硬件监视电路，七、电源系统抗干扰措施，硬件抗干扰措施，一、印刷电路板布线和多层基板提供了良好的接地网，可以防止地电位差与部件之间的耦合(但是，考虑到性价比)。 印刷电路板必须合理地划分。 模拟电路区、数字电路区、电力驱动区尽量分离，不要混合地线，分别与电源侧的地线连接。 元件面和焊接面相互垂直，必须尽量避免相互平行地行进，减小寄生耦合，避免相邻引线的平行段过长，

5、增大信号线的间距。 高频电路布线尽可能短，用45或圆弧的折线布线，不是90折线，而是减少高频信号的放射。 三个区域的电源线、接地线分三条路引出。 接地线、电源线请尽可能粗，噪音元件和非噪音元件请尽可能分离。时钟振荡电路、特殊高速逻辑电路的部分被线圈包围，以使周围的电场接近零。 通过使用满足系统要求的最低频率的时钟，时钟发生器必须尽可能地靠近使用该时钟的设备。 水晶振子的壳体接地，时钟线尽可能短，时钟线远离IO线，水晶振子下不应该扩大接地面积，走其他信号线。 IO驱动器、功率放大器尽可能靠近印刷电路板的边、引出连接器。 重要的信号线要尽量短，尽量粗，两侧要设保护地。 通过扁平电缆引出信号时，请使

6、用接地-信号-接地之间的结构。 原则上，每个IC元件要追加0.010.1F去耦合电容，布线时去耦合电容要尽量接近IC的电源脚和接地脚。 必须选择高频特性好的独石容量或瓷器容量作为去耦电容。 将去耦电容焊接在印刷电路板上时，请尽量缩短引脚。 这样，可以去除大部分高频噪声。 没有使用的IC引脚，为了避免干涉，不能漂浮在空中。 将单片机不使用的IO端口定义为输出。 单片机有一个以上的电源、接地端子，分别连接，不能悬空。 2、屏蔽，避免产生环流。 粗线、水晶振动尽可能接近使用钟表的元件，选择AT89c2051、质量好的电子部件，进行严格的测试、筛选、老化。 设计时的零件技术参数需要一定的馀地。 提高印

7、刷电路板和组装的质量。 4、在光电隔离、输入输出通道上使用光电隔离器进行信息传输，将微机系统与各种传感器、开关、致动器电隔离，许多干扰被阻断。 3、提高零件的可靠性2、屏蔽、用金属外壳屏蔽容易产生噪声和噪声的零件，使噪声电磁波短路接地。 输入输出通道采用过电压保护电路，请引入高电压，避免损伤微机系统。 过电压保护电路由限流电阻和稳定压力管组成，限流电阻的选择适当，大会引起信号衰减，太小，没有保护稳定压力管的作用。 还可以适当选择稳定的压力管，其稳定值最好比最高传输信号电压稍高，如果过低，就会在有效信号中产生限幅效果，导致信号失真。 5、过电压保护电路、6、增加硬件看门狗电路，对于失控的CPU，

8、通过最简单的方法复位，程序自动从0000H开始执行。 因此，向单片机的RESET侧施加高电平的信号，持续10ms以上即可。 WATCHDOG的特点是自己独立工作，几乎不依赖于CPU。 CPU以一定的时间间隔仅联系一次，表示整个系统“当前正常”。 如果CPU陷入死区，就可以发现并复位整个系统。 “喂狗”过程通常位于监视周期或定时中断，如果有较长的延迟子程序，则应该在其中插入“喂狗”过程。 目前，许多单片机内部已经集成了芯片内的硬件WATCHDOG电路，使用方便。 片内监视经由两个特定赋值指令来执行。 此外，还可以通过软件程序形成WATCHDOG。CPU、WATCHDOG、RESET、脉冲、供电系

9、统的抗干扰对策，(1)防止来自电源系统的噪声导入，采用交流稳压器保证供电的稳定性，防止电源的过电压和欠电压。 使用绝缘变压器去除高频噪声，使用低通滤波器去除商用频率噪声。 (2)采用开关电源，提供足够的电力馀量，在主体部分使用单独的稳压电路，根据需要输入，输出供电分别用DC-DC模块隔离，避免各部分的相互干扰。 1 .电源接通自我诊断2 .软件陷阱(程序“运行”检查)3.设定程序的运行状态标志4 .输出端口更新5 .输入多次采样6 .数据过滤器7 .命令冗馀8 .软件“看门狗”，常用软件1 .开机自检，开机后首先检查单片机系统的硬件和软件状态，发现异常时，进行相应处理。 开机自检程序通常包括R

10、AM、ROM、I/O通道等测试。检测RAM，检查RAM的读写是否正常，错误时发出提示(声光)或标记。 方法：1.在ram单元中写“00H”和“FFH”，读取也必须是“00H”和“FFH”。 2 .不变更ram单元内容的检查方法。 (实例程序)有6264张不变更RAM单元内容的检查方法实例程序，地址为2000H3FFFH，结果F0=1:错误。TEST7:MOVDPTR、#2000H； 诊断6264MOVR2、#20H； 合计第20H页TEST70:LCALLTEST75； jbf 0测试71； 错误_跳跃DJNZR2、test 70 test 71: rettest 75: setbf 0； 页

11、内检查TEST76:MOVXA、DPTR； 保存用于检查字节MOVB，a的复制CPLA的MOVXDPTR，将a反转的MOVXA，读取写入DPTR的CPLA，相反地，CJNEA，b，TEST78； 校正、MOVXDPTR、a； 恢复MOVXA、DPTR并重复读取CJNEA、b、TEST78的校正、INCDPTR的反转下一单元MOVA、DPLJNZTEST76； 完整页？ CLRF0TEST78:RET，说明： 256字节有一页，1K有四页。 因为6264是8KRAM，所以有32页=20H页。 检测ROM，检测ROM单元主要是对ROM单元的内容进行校验和检查。 1 .将rom的内容一个个相加，放弃

12、进位而得到的数值。 2 .将rom的内容用异或相加后的数值。 校验和的求出方法：编程完成后，用别的程序求出校验和，放入ROM的最后一个单元中，检查时用相同的方法求出校验和，与ROM的最后一个单元的内容进行比较，如果相同，则通过校验。 验证方法：实例程序：校验和程序(异或)，一个EPROM2764(8K )，地址：0000H1FFFH方法：应用软件(包括各种抗干扰)编译后，启动例如，被调用到0A000H0BFFFH以通过程序获得8K字节(除了最后一个单元以外)的校验和，并且将该校验和存储在最后一个单元0BFFFH中。 现在，可以将0A000H0BFFFH的内容写入到2764中。 (程序)，要求差

13、异和校验和的程序，ORG8000HROMT:MOVDPTR，#0BFFFH； 指向最后一个小区CLRAMOVB，AMOVXDPTR，a的最后一个小区为零清零，MOVR2，#20H； 8K是第20H页MOVDPTR，#0A000HXRT0:MOVXA，DPTRXRLB，AINCDPTRMOVA，DPLJNZXRT0； 这个页面没有结束。 没有结束DJNZR2、XRT0是否全部结束，没有结束MOVDPTR，#0BFFFH； 指最后一个小区MOVA、BMOVXDPTR、a的异或RET、ROM检测程序，ROMT1:MOVDPTR，#0000H； 起始地址MOVR2，#20HMOVB，#0R0MT2:C

14、LRAMOVCA，A DPTR； 读ROMXRLB、AINCDPTRMOVA、DPLJNZROMT2这个页面放学了吗？ 学校都放学了吗？ MOVA、b； 判断： A0检测正确的RET A0错误、I/O通道、数字I/O通道模拟I/O通道的方法：交互检测、数字I/O通道、显示设备(数字代码、指示灯)通常启动时数秒一个一个地按键盘，根据相应的指示进行检查。 警报器(蜂鸣器、喇叭)响几秒钟。 通信端口进行通信测试。 模拟I/O通道、A/D通道用基准电压源转换，检查结果是否正确。 D/A通道输出标准数据(固定值或步进增长值)，检查结果是否正确。 软件陷阱，设置目的：捕获“跳远”程序的设置位置：程序存储器

15、不使用的区域程序段之间的程序存储器的最后捕获方法：将一些空操作和无条件跳跃指令结合起来，对程序进行“跳远”处理实例程序：软件陷阱NOPNOPNOPLJMPFLY，程序存储器未使用区域的代码，相当于数据：FFH的指令： MOVR7，a，有程序区域，在程序存储器未使用区域设置软件陷阱软件陷阱nopnopljpjmpfyorg0c00hnop； 软件陷阱NOPNOPLJMPFLY，程序段之间的软件陷阱，DSP : 子程序显示RETNOP的软件陷阱NOPNOPLJMPFLY； d10ms:movr0、010h； 延迟子程序RETNOP； 软件陷阱nopnopljpjmpfyfyfly : “跳远”处理

16、子例程RET在长程序段的不连续程序中执行软件陷阱、CJNERn、#DATA，L1； 跳跃L1SJMPL2=跳跃L2NOP； 软件陷阱NOPNOPLJMPFLYL1:L2:在程序存储器的末尾设置软件陷阱，ROM为8K，地址范围： 0000 h1 fffh org1FFA hh1ffah : nop； 软件陷阱1 ffbh : no p1ffch : no p1ffd h1fffh : ljpfly在不设置陷阱的情况下，程序从头执行。ROM地址、对应命令： MOVR7，a、程序开头中断地址处理、地址设备代码org 0000 h 00020100 str : LJ pks 00030205 ljpw

17、zd 0； 外部中断000600 nop 000700 nop 00020030 LJ perr 000 b 020030 LJ perr； T0中断(无效) 000 e 00 nop 000 f 00 nop 0010020030 LJ perr 0010205 e2ljpwzd 1； 外部中断100600 nop 001700 nop 0018020030 LJ perr 001 b 0205 ffljmpdds； 定时：001B0205FFLJMPDDS； 定时001 e 00 nop 001f 00 nop 0020030 LJ perr 0023020030 LJ perr； 串行端

18、口中断(无效) 002600 nop 002700 nop 0028020030 LJ perr 002 b 020030 LJ perr 002 e 00 nop 002 f 00 nop 0030 err :未使用的中断门户设置了软件陷阱程序的执行状态标志在RAM区域中设定了几个标志位。 这些标志位分别表示程序执行的不同阶段和执行后的状态。 在初始化程序中，首先对这些单元设定初始值，在程序执行的不同阶段，这些单元的内容变更为特定的值，显示程序执行的阶段和执行后的状态。 这些标志除了在程序正常工作的时候起到条件的转移的作用以外，程序也可以“跑”，但是在RAM区域的数据正常时起到恢复程序的执行现场的作用。 另外，输出端口的刷新，由于单片机的I/O端口容易受到外部信号干扰，所以输出端口的状态也有可能变化。 通过在程序中周期性地追加输出侧更新指令，可以降低噪音对输出端口状态的影响。 方法： 1。 指定程序中应该有RAM单元的存储输出端口的状态，在程序执行中根据这些RAM单元的内容更新I/O端口。 二。 输出时连续2次设置端口的状态。 请输入SETBP1.0NOPSETBP1.0、多个样品，键入要注意抖动。 数据输入(A/D转换结果等)对输入数据进行多次采样，然后执行数据滤波。和键输入的抖动通常每隔10mS读取一次键来进行抖动。