第9章单片机系统的抗干扰技术.ppt

1、第九章单片机系统的抗干扰技术9.1干扰源及其分类9.2干扰对单片机系统的影响9.3硬件抗干扰技术9.4软件抗干扰技术9.5数字滤波9.1干扰源及其分类1 .干扰的含义所谓干扰一般是指有用信号以外的噪声，以及信号输入、传输和输出过程中一些有害的电气变化。这些变化迫使信号的传输值、指示值或输出值出现误差和伪像。干扰对电路的影响会降低信号质量，影响系统的稳定性；否则，会破坏电路的正常功能，导致逻辑关系混乱和控制失败。干扰源的分类。干扰源分类1)内部干扰内部干扰是由应用系统本身引起的各种干扰，包括固定干扰和过渡干扰。固定干扰是指信号之间的串扰、长线传输阻抗不匹配时的反射噪声、负载突变噪声和馈电系统的浪

2、涌噪声。过渡干扰是指电路动态运行引起的干扰。2)外部干扰外部干扰是指从系统外部到系统内部的各种干扰。包括自然干扰和一些自然现象(如闪电、雷击、地球或宇宙辐射等)引起的人为干扰。)(如来自电台、车辆、家用电器、电气设备等的电磁干扰。以及电源的工频干扰)。一般来说，自然干扰对系统影响不大，而人为干扰是外部干扰的关键。图9.1内部和外部干扰示意图。进入设备开口或间隙的辐射干扰(辐射)、电网变化干扰(传输)、周围环境中的电力干扰(辐射、传输、感应)、传输线路上的反射干扰(传输)、系统接地不当引起的干扰(传输、感应)、外部线路之间的串扰(传输、感应)、不适当的逻辑线路引起的过渡干扰(传输)、线路之间的串

3、扰(感应、传输)、电力干扰(传输)、接触电弧和前10名电器引入的反电动势干扰(辐射、传输、感应)；内部接地不当引起的干扰(传输);漏磁感应；传输线反射干扰；泄漏干扰(传输)；2.根据干扰发生规则固定干扰；2)半固定干扰；3)随机干扰；3.串行模式根据干扰和输入信号之间的关系(b)共模干扰，图9.3串行模式干扰和共模干扰波形(a) DC信号；串行模式干扰；共模干扰；(d)串行模式干扰和共模干扰的相互作用，表9.1共模干扰的类型，9.2干扰对单片机系统的影响，图9.4干扰侵入单片机系统的方式，13f4a274movc，2eh.413f6e544mova，44 H13 f 83402 DDC a，2

4、13f a 13 RCA 13 fbf 544 mov 44h，13f d 9274 mov 2eh . 4 c，如果程序计数器PC出错并变为13f0e 5h 13 f 7 4434 rla，34h 13 f 902113 f 5 jmp 13 f 5h，9.3硬件抗干扰技术，9.3.1串行模式干扰的抑制方法，1。光电隔离，图9.5二极管和三极管光电耦合器，1。输入输出隔离1)脉冲电路的应用门电路将不同电位的信号施加到光电耦合器，简单的逻辑电路可以方便地用在与各种逻辑电路相连的输入端，并且可以将信号发送到输出端，而不会在输入端发出噪声。2)整形放大器测量微弱电流时，通常使用光电耦合器组成的整形

5、放大器。如果在放大器中使用机械转换器(或场效应晶体管)，响应速度较慢，并且存在峰值干扰，这会影响电路运行。光电耦合器没有这样的问题，峰值噪声可以消除。图9.6晶闸管感性负载开关电路；2.硬件滤波电路；3.四个过滤器的结构图；3.过压保护电路采用一定的过压调制解调技术有时，有效信号频谱和干扰频谱相互交织，很难用一般的硬件滤波来分离，所以可以采用调制解调技术。首先，有效信号由已知频率的信号调制，调制信号的频谱应远离干扰信号的频谱区域。传输中的各种干扰信号很容易被滤波器滤除，调制后的有效信号被解调器解调并恢复到原来的状态。有时，解调可以通过使用软件中的相关算法来实现，而无需硬件解调。5.抗干扰稳定电

6、源(1)应用系统的电源线和产生干扰的电气设备分开供电。(2)通过低通滤波器和隔离变压器接入电网，如图9.8所示。(3)滤波电容器并联连接到整流器组件。滤波电容为1 000 pF 0.01 F陶瓷片状电容，连接如图9.8所示。(4)采用高质量的稳压电源。图9.8抗干扰稳定电源。六.数字信号通过负逻辑传输。干扰源作用于高阻线路，易形成大幅度干扰信号，但对低阻线路影响较小。在数字系统中，当输出电平较低时，内部电阻较小，当输出电平较高时，内部电阻较大。如果采用负逻辑传输，可以减少干扰引起的误操作，提高数字信号传输的可靠性。9.3.2共模干扰抑制方法一、平衡对称输入设计信号源时，尽量做到平衡对称，否则会

7、产生额外的共模干扰。其次，高质量差分放大器的选择要求差分放大器具有高增益、低噪声、低漂移、宽带等特性。以便获得足够高的共模抑制比。第三，当良好的接地系统接地不良时，会形成明显的共模干扰。如果没有良好接地的条件，最好使系统浮动，并采取适当的屏蔽措施。4.系统接地点的正确连接单片机应用系统中的接地线包括：数字地、模拟地、电源地、信号地和屏蔽地。1.一点接地和多点接地的应用原则(1)高频电路一般应在附近多点接地，低频电路应在一点接地。在高频电路中，接地线具有电感，这增加了接地线的阻抗，并且接地线变成了天线，将噪声信号辐射到外部，因此有必要将附近更多的点接地。在低频电路中，如果接地电路形成回路，会对系

8、统产生很大的影响，所以应该在某一点接地。(2)交流接地、电源接地和信号接地不能共用。流经交流地和电源地的大电流会产生几毫伏甚至几伏的电压，严重干扰低电平信号的电路，因此信号地与交流地和电源地是分开的。(3)信号地和屏蔽地之间的连接不能形成一个环形回路。否则，会感应出电压，形成干扰信号。(4)数字地和模拟地应该分开，最后在一个点连接。2.印刷电路板的接地线布局、图9.9中的电线长度和宽度以及图9.10中的芯片布局。5.整机或部分部件被金属外壳包围进行屏蔽，然后金属外壳接地，可以起到屏蔽作用，对电磁感应引起的各种干扰特别有效。屏蔽壳的接地点应与系统的信号参考点相连，且只能在一个点接地。所有具有相同

9、参考点的电路必须安装在同一个屏蔽盒中。如果有引出线，应使用屏蔽线，屏蔽层应在与外壳相同的点连接到系统参考点。具有不同参考点的系统应单独屏蔽，且不应在同一个屏蔽箱中。9.4软件抗干扰技术，9.4.1数字输入输出通道软件抗干扰，1。数字输入法，2。数字输出方法，图9.11开关信号的采样流程，9.4.2软件a如果一个系统使用两个外部中断INT0、INT1和一个定时器溢出中断T0，并且它们的中断服务子程序入口地址分别是FUINT0、FUINT1和FUT0，那么中断向量区：org 0000h 000 hs start 3360 JMP main可以按以下方式设置；通向主程序入口0003H LJMP FU

10、INT0INT0中断服务程序条目006H NOP冗余指令007hnop008h。陷阱0013H LJMP FUT0T0中断服务程序条目00EH NOP冗余指令，00FH NOP0010H LJMP ERR陷阱0013H LJMP FUINT1INT1中断服务程序条目0016H NOP冗余指令0017hnop0018h。Trap 001bh ljmperer如果不使用T1中断，则设置陷阱001EH NOP冗余指令001 f h no p 0020h LJ mper。陷阱，0023h。不使用串口中断，设置陷阱0026H NOP冗余指令0027hnop0028h ljmperer。Trap 002b

11、h ljmperer如果不使用T2中断，设置陷阱002EH NOP冗余指令002 FH nop 0030h main 3360；主程序，2。未使用的大型可编程只读存储器空间程序一般不会占用可编程只读存储器芯片的所有空间，剩余的未编程可编程只读存储器空间一般保持不变，即其内容为0FFH。0FFH是： MOV R7的单字节指令，适用于MCS-51单片机的指令系统。如果程序“飞”到这个区域，它将平滑地向后运行并且不会跳跃(除非它被新的干扰干扰)。因此，如果你在这个区域的每隔一个地址设置一个陷阱，你就能抓住“逃跑”程序。有两种桌子，一个是数据表，是MOVC A、A PC指令或MOVC A、A DPTR

12、指令使用的，其内容根本不是指令。另一个是哈希表，这是由JMP DPTR指令使用的。它的内容是一系列3字节指令LJMP或2字节指令AJMP。由于表的内容和检索到的值之间存在一对一的对应关系，在表的中间安排陷阱将破坏其连续性和对应关系，因此陷阱只能安排在表的末尾。如果表区很长，在末尾设置的陷阱不能保证“飞走”的程序会被捕获，并且它可能在中间再次“飞走”，所以我们不得不期待其他地方的陷阱或多余的指令来捕获它。4.程序区程序区由一系列指令组成，这些指令之间不能任意排列陷阱，否则会破坏正常的程序流程。然而，在这些指令中经常有一些断点，正常程序不会在这些断点处执行。这些指令包括LJMP、SJMP、AJMP

13、、RET和RETI，PC的值应该正常跳转。如果在这些地方设置陷阱，就有可能捕捉到“失控”的程序。例如，对于一个累加器A有正、负、零内容的三分支程序，软件陷阱的排列如下：JNZ XYZ；零处理AJMP作业成本法；断点nopnop ljmperer陷阱XYZ 3360 JB ACC。7，uvw处理AJMP作业成本法；断点nopnop ljmperer捕捉紫外线：R2 MOV市；获得RET结果；断点nopnop ljmperer陷阱，4。看门狗如果“失控”程序陷入临时无限循环，冗余指令和软件陷阱将无能为力，因此可以采取看门狗(俗称“看门狗”)措施。看门狗具有以下特点： (1)可以独立工作，基本上不依

14、赖于中央处理器。中央处理器在固定的时间间隔内只处理一次，表明整个系统“目前正常”。(2)当中央处理器陷入无限循环时，它能及时发现并重置整个系统。图9.12硬件看门狗电路，也可以用软件程序组成看门狗。例如，8031的定时器T0可以用来形成看门狗。将T0的溢出中断设置为高优先级中断，将所有其他中断设置为低优先级中断。如果使用6兆赫的时钟，以下程序可以用来计算T0大约10毫秒的时间，形成软件WATCHDOG: MOV TMOD，01H将T0设为定时器setbeit0允许T0中断SETB PT0；将T0设置为高优先级中断MOV TH0，0E0HSetbtr0，时序约为10ms从东SETB开始；打开中断

15、，9.4.3系统恢复，1。系统复位，如果系统被软件看门狗复位，程序错误可能发生在中断子程序中，并且中断激活标志已经设置，这将阻止相同级别的中断响应。由于软件看门狗是一个高级中断，它将阻止所有的中断响应。这表明清除中断激活标志的重要性。在所有指令中，只有RETI指令可以清除中断激活标志。上面提到的ERRor处理程序err主要完成这个功能。这部分程序如下：ORG 3000H ERR: CLR EA关闭中断MOV DPTR，ERR1准备回邮地址DPL普什DPHRETI；清除高优先级中断激活标志ERR1: MOV 66H，0AAH重建MOV 67H、55H CLR A上电标志；准备复位地址PUSH ACC按下复位地址，按下