单片机测控系统中的抗干扰技术

文章摘要： b) 通道中器件选择与抗干扰 多路转换器的输入常常受到各种环境噪声的污染，尤其易受到共模噪声的干扰。在多路转换器输入端接入共模扼流圈，可抑制外部传感器引入的高频共模噪声。转换器高频采样时产生的高频噪声，应在单片机与A/D之间采用光电耦合器隔离。在传感器工作环境复杂和恶劣时，应选择测量放大器，使其在微弱信号系统中广泛用作前置放大器。为了防止共模噪声窜入系统可以采用隔离放大器。采样保持器电路(S/H)在采样与保持两种状态转换时，会窜入干扰，为了减少误差，印刷电路布线时，使逻辑输入端的走线与模拟输入端尽可能距离远些，或者将模拟输入端用地线包围起来，以降低线间寄生电容耦合和隔断漏电通路

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    b) 通道中器件选择与抗干扰

    多路转换器的输入常常受到各种环境噪声的污染，尤其易受到共模噪声的干扰。在多路转换器输入端接入共模扼流圈，可抑制外部传感器引入的高频共模噪声。转换器高频采样时产生的高频噪声，应在单片机与A/D之间采用光电耦合器隔离。在传感器工作环境复杂和恶劣时，应选择测量放大器，使其在微弱信号系统中广泛用作前置放大器。为了防止共模噪声窜入系统可以采用隔离放大器。采样保持器电路(S/H)在采样与保持两种状态转换时，会窜入干扰，为了减少误差，印刷电路布线时，使逻辑输入端的走线与模拟输入端尽可能距离远些，或者将模拟输入端用地线包围起来，以降低线间寄生电容耦合和隔断漏电通路。降低逻辑输入信号的幅度也可以减少寄生耦合和漏电耦合干扰。配置总线驱动器可提高总线的负载能力，改善信号波形。当总线的负载接近负载总线的驱动能力时，可能会影响总线信号的逻辑电平，可通过连接某I/O线到数据线来改善总线的不平衡程度，提高系统的可靠性。在总线上适当安装上拉电阻也可提高总线信号传输的可靠性。

    (6) 布线抗干扰设计

    为防止长线传输中的窜扰，采用交差走线是行之有效的办法。长线传送时，功率线、载流线和信号线分开，电位线和脉冲线分开。把空余的输入端与使用端并联。把空余的输入端通过一个电阻接高电平，这种方法适用于慢速、多干扰的场合。把空余的输入端悬空，用一反相器接地。这种方法适用于要求严格的场合。在数字电路的每块组件上，都要分别装设高频去耦电容，而且这些电容应充分靠近集成块，而不应集中在印刷板上每一端。每块印刷板的电源引进端也应加去耦电容。直流配电线的引出端应尽量作成低阻抗传输线。由于快速逻辑电路产生高频干扰，所以这些电路均应按高频电路处理，应将逻辑电路的印刷板良好接地。存储器的布线抗干扰设计，一般采取的措施有：数据线、地址线、控制线要尽量缩短，以减少对地电容。由于开关噪声严重，要在电源入口处以及每片存储芯片的VCC与GND之间接入去耦电容。由于负载电流大，电源线和地线要加粗，走线尽量短。印制板两面的三总线互相垂直，以防止总线之间的电磁干扰。总线的始端和终端要配置合适的上拉电阻，以提高高电平噪声容限，增加存储器端口在高阻状态下抗干扰能力和削弱反射波干扰。三总线与其他扩展板相连接时，通过三态缓冲门后连接。可以有效防止外界电磁干扰，改善波形和削弱反射干扰。

    (7) 软件抗干扰措施

    a) 数字滤波技术

    通常使用的方法有：算术平均法、中值法、抑制脉冲算术平均法、一阶惯性滤波法、程序判断滤波法和递推平均滤波法等。

    b) 软件冗余

    对于条件控制系统，对控制条件的一次采样、处理控制输出改为多采样、处理控制输出。可有效地消除偶然干扰。

    c) 设置软件陷阱

    当由于干扰使操作系统失控而进入非程序区时，用引导指令强行将捕获到的乱飞程序引向复位入口地址，在此处将程序转向专门对程序出错进行处理的程序，使程序纳入正轨。

    d) 重要指令冗余

    对程序流向起决定作用的指令(如RET、RETI、LCALL、JZ、JC、JNC等)和某些对系统工作状态起重要作用的指令(如SETB、EA等)的后面，可重复写上这些指令，以确保这些指令的正确执行。

    e) “看门狗”技术

    PC受到干扰而失控，引起程序乱飞，也可能使程序进入“死循环”。指令冗余技术、软件陷阱技术不能使失控的程序摆脱“死循环”的困境，通常采用程序监视技术，又称“看门狗”技术(Watchdog)，“看门狗”技术就是不断监视程序循环运行时间，若发现时间超过已知的循环设定时间，则认为系统陷入了“死循环”，然后强迫程序返回到0000H入口，在0000H处安排一段出错处理程序，使系统运行纳入正轨。在设计看门狗时可设计两个定时器，一个为短定时器，一个为长定时器，并各自独立，短定时器像典型看门狗一样工作，它保证一般情况下看门狗有快的反映速度，长定时器的定时大于CPU执行一个主循环程序的时间，用来防止看门狗失效。

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