單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術(shù)

1、單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術(shù)單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術(shù)2021-12-111電子系統(tǒng)抗干擾理論與技術(shù)單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性 與抗干擾技術(shù)單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術(shù)單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術(shù)2021-12-112 1 單片機(jī)系統(tǒng)可靠性與抗干擾技術(shù)概述 2 單片機(jī)系統(tǒng)的硬件抗干擾技術(shù) 3 單片機(jī)系統(tǒng)的軟件抗干擾技術(shù) 4 Watchdog技術(shù)單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術(shù)單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術(shù)2021-12-1131 單片機(jī)系統(tǒng)可靠性與抗干擾技術(shù)概述單片機(jī)系統(tǒng)可靠性與抗干擾技術(shù)概述 近年來(lái)，隨著單片機(jī)在智能化儀器、自動(dòng)檢測(cè)、工業(yè)控制近年來(lái)，隨著單片機(jī)在智能化儀器、自動(dòng)檢測(cè)、工業(yè)控制

2、以及火箭導(dǎo)航尖端技術(shù)等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，有效地提高了生產(chǎn)以及火箭導(dǎo)航尖端技術(shù)等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，有效地提高了生產(chǎn)效率，改善了工作條件，大大提高了控制質(zhì)量與經(jīng)濟(jì)效益。但效率，改善了工作條件，大大提高了控制質(zhì)量與經(jīng)濟(jì)效益。但是，單片機(jī)系統(tǒng)的工作環(huán)境往往是比較惡劣和復(fù)雜的，其必須是，單片機(jī)系統(tǒng)的工作環(huán)境往往是比較惡劣和復(fù)雜的，其必須長(zhǎng)期可靠、安全、穩(wěn)定地運(yùn)行，否則將導(dǎo)致控制誤差加大，嚴(yán)長(zhǎng)期可靠、安全、穩(wěn)定地運(yùn)行，否則將導(dǎo)致控制誤差加大，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使系統(tǒng)失靈，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，甚至危及人們的生重時(shí)會(huì)使系統(tǒng)失靈，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，甚至危及人們的生命安全。所以，人們?cè)诓粩嗤晟茊纹瑱C(jī)系統(tǒng)硬件配置過(guò)程中，命安全

3、。所以，人們?cè)诓粩嗤晟茊纹瑱C(jī)系統(tǒng)硬件配置過(guò)程中，分析系統(tǒng)受干擾的原因，探討和提高系統(tǒng)的抗干擾能力，這不分析系統(tǒng)受干擾的原因，探討和提高系統(tǒng)的抗干擾能力，這不僅具有一定的科學(xué)理論意義，并且具有很高的工程實(shí)用價(jià)值。僅具有一定的科學(xué)理論意義，并且具有很高的工程實(shí)用價(jià)值。單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術(shù)單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術(shù)2021-12-1141.1 干擾竄入單片機(jī)系統(tǒng)的主要途徑干擾竄入單片機(jī)系統(tǒng)的主要途徑干擾竄入單片機(jī)系統(tǒng)的主要途徑如圖干擾竄入單片機(jī)系統(tǒng)的主要途徑如圖1所示。所示。1 干擾竄入單片機(jī)系統(tǒng)主要途徑示意圖(1)空間感應(yīng)；空間感應(yīng)；(2)過(guò)程通道竄入的干擾；過(guò)程通道竄入的干擾；(3

4、)電源系統(tǒng)竄入的干擾；電源系統(tǒng)竄入的干擾；(4)地電位波動(dòng)竄入的干擾；地電位波動(dòng)竄入的干擾；(5)反射波干擾反射波干擾單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術(shù)單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術(shù)2021-12-1151.1 干擾竄入單片機(jī)系統(tǒng)的主要途徑干擾竄入單片機(jī)系統(tǒng)的主要途徑1. 空間感應(yīng)的干擾 2. 過(guò)程通道的干擾 過(guò)程通道的干擾一般分為串模干擾和共模干擾。過(guò)程通道的干擾一般分為串模干擾和共模干擾。 (a)內(nèi)部串?dāng)_ (b)外部串?dāng)_圖2 串模干擾示意圖單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術(shù)單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術(shù)2021-12-1161.1 干擾竄入單片機(jī)系統(tǒng)的主要途徑干擾竄入單片機(jī)系統(tǒng)的主要途徑 (a)單

5、端輸入 (b)雙端輸入 圖3 共模干擾示意圖單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術(shù)單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術(shù)2021-12-1171.1 干擾竄入單片機(jī)系統(tǒng)的主要途徑干擾竄入單片機(jī)系統(tǒng)的主要途徑3. 交流電源的干擾4. 地電位波動(dòng)的干擾5. 反射波的干擾單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術(shù)單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術(shù)2021-12-1181.2 干擾的耦合方式1. 直接耦合方式2. 公共阻抗耦合方式3. 電容耦合方式4. 電磁感應(yīng)耦合方式5. 輻射耦合方式6. 漏電耦合方式單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術(shù)單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術(shù)2021-12-1191.3 抗干擾原則 所謂抗干擾，就是針對(duì)干擾的產(chǎn)

6、生、性質(zhì)、傳播途徑、所謂抗干擾，就是針對(duì)干擾的產(chǎn)生、性質(zhì)、傳播途徑、侵入的位置和侵入的形式，采取適當(dāng)?shù)姆椒ㄏ蓴_源，抑制侵入的位置和侵入的形式，采取適當(dāng)?shù)姆椒ㄏ蓴_源，抑制耦合通道，減弱電路對(duì)噪聲干擾的敏感性。耦合通道，減弱電路對(duì)噪聲干擾的敏感性。1. 消除干擾源2. 抑制耦合通道3. 減弱電路對(duì)噪聲干擾的敏感性單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術(shù)單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術(shù)2021-12-11102 單片機(jī)系統(tǒng)的硬件抗干擾技術(shù)2.1 過(guò)程通道干擾的抑制1. 光電隔離 光電隔離是由光電耦合器來(lái)完成的。光電耦合器的結(jié)構(gòu)光電隔離是由光電耦合器來(lái)完成的。光電耦合器的結(jié)構(gòu)如圖如圖4所示。所示。 圖4

7、光電耦合器結(jié)構(gòu)單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術(shù)單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術(shù)2021-12-11112.1 過(guò)程通道干擾的抑制圖5 光電隔離基本配置單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術(shù)單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術(shù)2021-12-11122.1 過(guò)程通道干擾的抑制光電耦合器的幾個(gè)特點(diǎn)：光電耦合器的幾個(gè)特點(diǎn)：(1) 輸入和輸出在電氣上是隔離的。輸入和輸出在電氣上是隔離的。(2) 光電耦合器的光電耦合部分不會(huì)受到外界光的干擾。光電耦合器的光電耦合部分不會(huì)受到外界光的干擾。(3) 光電耦合器的輸入阻抗很低光電耦合器的輸入阻抗很低(一般為一般為1001K)，而干擾源，而干擾源內(nèi)阻一般都很大內(nèi)阻一般都很大(10

8、5106)。按分壓原理，傳送到光電耦合器。按分壓原理，傳送到光電耦合器輸入端的干擾電壓就變得很小了。輸入端的干擾電壓就變得很小了。(4) 光電耦合器的發(fā)光二極管只有通過(guò)一定的電流才發(fā)光，因此，光電耦合器的發(fā)光二極管只有通過(guò)一定的電流才發(fā)光，因此，即使電壓幅值很高的干擾，若沒(méi)有足夠的能量，也不能使二極即使電壓幅值很高的干擾，若沒(méi)有足夠的能量，也不能使二極管發(fā)光，顯然，干擾就被抑制掉了。管發(fā)光，顯然，干擾就被抑制掉了。(5) 輸入回路與輸出回路之間分布電容極小，因此，在回路中，輸入回路與輸出回路之間分布電容極小，因此，在回路中，一端的干擾很難通過(guò)光電耦合器饋送到另一端去。一端的干擾很難通過(guò)光電耦合

9、器饋送到另一端去。單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術(shù)單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術(shù)2021-12-11132.1 過(guò)程通道干擾的抑制圖6 長(zhǎng)線(xiàn)傳輸光電耦合浮置處理單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術(shù)單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術(shù)2021-12-11142.1 過(guò)程通道干擾的抑制2. 繼電器隔離圖7 繼電器隔離單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術(shù)單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術(shù)2021-12-11152.1 過(guò)程通道干擾的抑制3. 變壓器隔離圖8 脈沖變壓器隔離法脈沖變壓器隔離法傳遞脈沖輸入/輸出信號(hào)時(shí)，不能傳遞直流分量。 單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術(shù)單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術(shù)2021-12-11162.1

10、 過(guò)程通道干擾的抑制對(duì)于一般的交流信號(hào)，可以用普通變壓器實(shí)現(xiàn)隔離。 圖9 交流信號(hào)的幅度檢測(cè)單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術(shù)單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術(shù)2021-12-11172.1 過(guò)程通道干擾的抑制4. 采用雙絞線(xiàn)作信號(hào)線(xiàn) 使雙絞線(xiàn)中一根用作屏蔽線(xiàn)，另一根用作信號(hào)傳輸線(xiàn)；使雙絞線(xiàn)中一根用作屏蔽線(xiàn)，另一根用作信號(hào)傳輸線(xiàn)；這樣可以抑制電磁感應(yīng)干擾。在使用過(guò)程中，把信號(hào)輸出線(xiàn)這樣可以抑制電磁感應(yīng)干擾。在使用過(guò)程中，把信號(hào)輸出線(xiàn)和返回線(xiàn)兩根導(dǎo)線(xiàn)擰和，其扭絞節(jié)距與該導(dǎo)線(xiàn)的線(xiàn)徑有關(guān)。和返回線(xiàn)兩根導(dǎo)線(xiàn)擰和，其扭絞節(jié)距與該導(dǎo)線(xiàn)的線(xiàn)徑有關(guān)。線(xiàn)徑越細(xì)，節(jié)距越短，抑制感應(yīng)噪聲的效果越明顯。實(shí)際上，線(xiàn)徑越細(xì)，節(jié)距

11、越短，抑制感應(yīng)噪聲的效果越明顯。實(shí)際上，節(jié)距越短，所用的導(dǎo)線(xiàn)長(zhǎng)度就越長(zhǎng)，從而增加了導(dǎo)線(xiàn)的成本。節(jié)距越短，所用的導(dǎo)線(xiàn)長(zhǎng)度就越長(zhǎng)，從而增加了導(dǎo)線(xiàn)的成本。一般節(jié)距以一般節(jié)距以5cm左右為宜。表左右為宜。表1列出了雙絞線(xiàn)節(jié)距與噪聲衰列出了雙絞線(xiàn)節(jié)距與噪聲衰減率的關(guān)系。減率的關(guān)系。 單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術(shù)單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術(shù)2021-12-11182.1 過(guò)程通道干擾的抑制表1 雙絞線(xiàn)的節(jié)距與噪聲衰減率導(dǎo)線(xiàn)節(jié)距/cm噪聲衰減率抑制噪聲效果/dB空氣中平行導(dǎo)線(xiàn)1:10雙絞線(xiàn)1014:123雙絞線(xiàn)7.571:137雙絞線(xiàn)5112:141雙絞線(xiàn)2.5141:143鋼管中平行導(dǎo)線(xiàn)22:127單

12、片機(jī)系統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術(shù)單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術(shù)2021-12-11192.1 過(guò)程通道干擾的抑制(a)圖圖10所示為傳送的距離不同時(shí)，雙絞線(xiàn)的不同使用方法。所示為傳送的距離不同時(shí)，雙絞線(xiàn)的不同使用方法。 單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術(shù)單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術(shù)2021-12-11202.1 過(guò)程通道干擾的抑制(b)(c)圖10 雙絞線(xiàn)數(shù)字信號(hào)的傳送單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術(shù)單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術(shù)2021-12-11212.1 過(guò)程通道干擾的抑制 為了增強(qiáng)其抗干擾能力，可以將雙絞線(xiàn)與光電耦合器聯(lián)合為了增強(qiáng)其抗干擾能力，可以將雙絞線(xiàn)與光電耦合器聯(lián)合使用，如圖使用，如圖1

13、1所示。所示。 (a)單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術(shù)單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術(shù)2021-12-11222.1 過(guò)程通道干擾的抑制(b)(c)圖11 光電耦合器與雙絞線(xiàn)聯(lián)合使用 單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術(shù)單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術(shù)2021-12-11232.2 反射波干擾的抑制 影響反射波干擾的因素有兩個(gè)：其一是信號(hào)頻率，傳輸影響反射波干擾的因素有兩個(gè)：其一是信號(hào)頻率，傳輸信號(hào)頻率越高，越容易產(chǎn)生反射波干擾，因此在滿(mǎn)足系統(tǒng)功信號(hào)頻率越高，越容易產(chǎn)生反射波干擾，因此在滿(mǎn)足系統(tǒng)功能的前提下，盡量降低傳輸信號(hào)的頻率；其二是傳輸線(xiàn)的阻能的前提下，盡量降低傳輸信號(hào)的頻率；其二是傳輸線(xiàn)的阻抗，合

14、理配置傳輸線(xiàn)的阻抗，可以抑制反射波干擾或大大削抗，合理配置傳輸線(xiàn)的阻抗，可以抑制反射波干擾或大大削弱反射次數(shù)。弱反射次數(shù)。單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術(shù)單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術(shù)2021-12-11242.2 反射波干擾的抑制1. 傳輸線(xiàn)的特性阻抗Rp的測(cè)定 根據(jù)反射理論，當(dāng)傳輸線(xiàn)的特性阻抗根據(jù)反射理論，當(dāng)傳輸線(xiàn)的特性阻抗Rp與負(fù)載電阻與負(fù)載電阻R相等相等(匹配匹配)時(shí)，將不發(fā)生反射。特性阻抗的測(cè)定方法如圖時(shí)，將不發(fā)生反射。特性阻抗的測(cè)定方法如圖12所示。調(diào)節(jié)可變電阻所示。調(diào)節(jié)可變電阻R，當(dāng)，當(dāng)R=Rp時(shí)，時(shí)，A門(mén)的輸出波形畸變門(mén)的輸出波形畸變最小，反射波幾乎消失，這時(shí)的最小，反射波幾乎消

15、失，這時(shí)的R值可以認(rèn)為該傳輸線(xiàn)的特值可以認(rèn)為該傳輸線(xiàn)的特性阻抗性阻抗Rp。圖12 傳輸線(xiàn)的特性阻抗Rp的測(cè)定單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術(shù)單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術(shù)2021-12-11252.2 反射波干擾的抑制2. 阻抗匹配的方法(1) 始端串聯(lián)阻抗匹配(a) 如果傳輸線(xiàn)的波阻抗是如果傳輸線(xiàn)的波阻抗是Rp，則當(dāng)，則當(dāng)R=Rp時(shí)，便實(shí)現(xiàn)時(shí)，便實(shí)現(xiàn)了始端串聯(lián)阻抗匹配，基本上消除了波反射。考慮到門(mén)了始端串聯(lián)阻抗匹配，基本上消除了波反射?？紤]到門(mén)A輸出低電平時(shí)的輸出阻抗輸出低電平時(shí)的輸出阻抗Rsc，一般選擇始端匹配電阻，一般選擇始端匹配電阻R為為R=Rp-Rsc。這種匹配方法會(huì)使終端的低電平抬高

16、，。這種匹配方法會(huì)使終端的低電平抬高，相當(dāng)于增加了輸出阻抗，降低了低電平的抗干擾能力。相當(dāng)于增加了輸出阻抗，降低了低電平的抗干擾能力。 單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術(shù)單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術(shù)2021-12-11262.2 反射波干擾的抑制(2) 終端并聯(lián)阻抗匹配(b) 適當(dāng)調(diào)整適當(dāng)調(diào)整R1和和R2的阻值，可使的阻值，可使R=Rp。為了同時(shí)兼顧。為了同時(shí)兼顧高電平和低電平兩種情況，可選取高電平和低電平兩種情況，可選取R1=R2=2Rp。這種匹配。這種匹配方法由于終端阻值低，相當(dāng)于加重負(fù)載，使高電平有所下降，方法由于終端阻值低，相當(dāng)于加重負(fù)載，使高電平有所下降，故高電平的抗干擾能力有所下降。

17、故高電平的抗干擾能力有所下降。按式按式(1)選取等效電阻選取等效電阻R： (1)2121RRRRR單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術(shù)單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術(shù)2021-12-11272.2 反射波干擾的抑制(3) 終端并聯(lián)隔直阻抗匹配(c) 把電容把電容C串入匹配電路中，當(dāng)串入匹配電路中，當(dāng)C較大時(shí)，其阻抗接近于較大時(shí)，其阻抗接近于零，只起隔直流作用，不會(huì)影響阻抗匹配，只要使零，只起隔直流作用，不會(huì)影響阻抗匹配，只要使R=Rp就就可以了。它不會(huì)引起輸出高電平的降低，故增加了高電平的可以了。它不會(huì)引起輸出高電平的降低，故增加了高電平的抗干擾能力。抗干擾能力。單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術(shù)單片機(jī)系

18、統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術(shù)2021-12-11282.2 反射波干擾的抑制(4) 終端鉗位二極管匹配(d) 利用二極管利用二極管D把把B門(mén)輸入端低電平鉗位在門(mén)輸入端低電平鉗位在0.3V以下，可以下，可以減少波的反射和振蕩，提高動(dòng)態(tài)抗干擾能力。以減少波的反射和振蕩，提高動(dòng)態(tài)抗干擾能力。單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術(shù)單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術(shù)2021-12-11292.2 反射波干擾的抑制3. 輸入/輸出驅(qū)動(dòng)法圖14 應(yīng)用雙驅(qū)動(dòng)器的反射波抑制方法 當(dāng)當(dāng)A點(diǎn)為低電平時(shí)，電壓波從點(diǎn)為低電平時(shí)，電壓波從B向向A傳輸。由于此時(shí)驅(qū)動(dòng)器傳輸。由于此時(shí)驅(qū)動(dòng)器SN7406的輸出呈現(xiàn)近于零的低阻抗，反射信號(hào)一到達(dá)該

19、門(mén)的輸?shù)妮敵龀尸F(xiàn)近于零的低阻抗，反射信號(hào)一到達(dá)該門(mén)的輸出端就有相當(dāng)部分被吸收掉，只剩下很少部分繼續(xù)反射。這就是出端就有相當(dāng)部分被吸收掉，只剩下很少部分繼續(xù)反射。這就是說(shuō)，由于反射信號(hào)遇到的是低阻抗，它的衰減速度很快，反射能說(shuō)，由于反射信號(hào)遇到的是低阻抗，它的衰減速度很快，反射能力大大地減弱了。當(dāng)力大大地減弱了。當(dāng)A點(diǎn)為高電平時(shí)，發(fā)送器點(diǎn)為高電平時(shí)，發(fā)送器T1的輸出端對(duì)地阻的輸出端對(duì)地阻抗很大，可視為開(kāi)路。為了降低接收器抗很大，可視為開(kāi)路。為了降低接收器T2的輸入阻抗，接入一個(gè)的輸入阻抗，接入一個(gè)負(fù)載電阻負(fù)載電阻R1k，這樣大大削弱了反射波的干擾。，這樣大大削弱了反射波的干擾。單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性

20、與抗干擾技術(shù)單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術(shù)2021-12-11302.2 反射波干擾的抑制4. 降低輸入阻抗法圖15 降低輸入電阻的反射波抑制方法 當(dāng)驅(qū)動(dòng)器輸出低電平時(shí)，當(dāng)驅(qū)動(dòng)器輸出低電平時(shí)，A點(diǎn)對(duì)地阻抗很低；當(dāng)驅(qū)動(dòng)點(diǎn)對(duì)地阻抗很低；當(dāng)驅(qū)動(dòng)器輸出高電平時(shí)，器輸出高電平時(shí)，B點(diǎn)對(duì)地阻抗也很低。由此可見(jiàn)，無(wú)論點(diǎn)對(duì)地阻抗也很低。由此可見(jiàn)，無(wú)論是輸出高電平還是低電平，反射波都將很快衰減。是輸出高電平還是低電平，反射波都將很快衰減。 單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術(shù)單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術(shù)2021-12-11312.2 反射波干擾的抑制5. 光電耦合器圖16 光電耦合器的反射波抑制方法 該方法除了有效

21、抑制反射波干擾外，還有效地實(shí)現(xiàn)了信號(hào)的隔離。 單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術(shù)單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術(shù)2021-12-11322.3 空間干擾的抑制 抗空間干擾的主要措施就是采取屏蔽措施。屏蔽是指用抗空間干擾的主要措施就是采取屏蔽措施。屏蔽是指用屏蔽體把通過(guò)空間進(jìn)行電場(chǎng)、磁場(chǎng)或電磁場(chǎng)耦合的部分隔離開(kāi)屏蔽體把通過(guò)空間進(jìn)行電場(chǎng)、磁場(chǎng)或電磁場(chǎng)耦合的部分隔離開(kāi)來(lái)，隔斷其空間場(chǎng)的耦合通道。良好的屏蔽是和接地緊密相連來(lái)，隔斷其空間場(chǎng)的耦合通道。良好的屏蔽是和接地緊密相連的，因而可以大大降低噪聲耦合，取得較好的抗干擾效果。的，因而可以大大降低噪聲耦合，取得較好的抗干擾效果。 在單片機(jī)系統(tǒng)中，通常是把數(shù)字

22、電子裝置和模擬電子裝置在單片機(jī)系統(tǒng)中，通常是把數(shù)字電子裝置和模擬電子裝置的工作基準(zhǔn)地浮空，而設(shè)備外殼或機(jī)箱采用屏蔽接地。的工作基準(zhǔn)地浮空，而設(shè)備外殼或機(jī)箱采用屏蔽接地。 圖17所示為一種浮空保護(hù)屏蔽層機(jī)殼接地方案。 圖17 浮空保護(hù)屏蔽層機(jī)殼接地方案單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術(shù)單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術(shù)2021-12-11332.3 空間干擾的抑制 這種方案的特點(diǎn)是將電子部件外圍附加保護(hù)屏蔽層，且與機(jī)這種方案的特點(diǎn)是將電子部件外圍附加保護(hù)屏蔽層，且與機(jī)殼浮空；信號(hào)采用三線(xiàn)傳輸方式，即屏蔽電纜中的兩根芯線(xiàn)和電殼浮空；信號(hào)采用三線(xiàn)傳輸方式，即屏蔽電纜中的兩根芯線(xiàn)和電纜屏蔽外皮線(xiàn)；機(jī)殼接地。圖

23、中信號(hào)線(xiàn)的屏蔽外皮纜屏蔽外皮線(xiàn)；機(jī)殼接地。圖中信號(hào)線(xiàn)的屏蔽外皮A點(diǎn)接附加保點(diǎn)接附加保護(hù)屏蔽層的護(hù)屏蔽層的G點(diǎn)，但不接機(jī)殼點(diǎn)，但不接機(jī)殼B。假設(shè)系統(tǒng)采用差動(dòng)測(cè)量放大器，。假設(shè)系統(tǒng)采用差動(dòng)測(cè)量放大器，信號(hào)源信號(hào)采用雙芯信號(hào)屏蔽線(xiàn)傳送，信號(hào)源信號(hào)采用雙芯信號(hào)屏蔽線(xiàn)傳送，r3為電纜屏蔽外皮的電阻，為電纜屏蔽外皮的電阻，Z3為附加保護(hù)屏蔽層相對(duì)機(jī)殼的絕緣電阻，為附加保護(hù)屏蔽層相對(duì)機(jī)殼的絕緣電阻，Z1、Z2為二信號(hào)線(xiàn)為二信號(hào)線(xiàn)對(duì)保護(hù)層的阻抗，則有對(duì)保護(hù)層的阻抗，則有cm2211122133inU)Zr)(Zr (ZrZrZrU (2) 顯然，只要增大附加保護(hù)屏蔽層對(duì)機(jī)殼的絕緣電阻，減小顯然，只要增大附加保

24、護(hù)屏蔽層對(duì)機(jī)殼的絕緣電阻，減小相應(yīng)的分布電容，則有相應(yīng)的分布電容，則有r3/Z3遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于1，干擾電壓，干擾電壓Uin可顯著可顯著減小。減小。單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術(shù)單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術(shù)2021-12-11342.4 單片機(jī)系統(tǒng)的接地技術(shù) 接地技術(shù)對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)是極為重要的，不恰當(dāng)?shù)慕拥貢?huì)造接地技術(shù)對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)是極為重要的，不恰當(dāng)?shù)慕拥貢?huì)造成極其嚴(yán)重的干擾，而正確接地卻是單片機(jī)系統(tǒng)抑制干擾的重成極其嚴(yán)重的干擾，而正確接地卻是單片機(jī)系統(tǒng)抑制干擾的重要手段。接地的目的有兩個(gè)，一是保護(hù)單片機(jī)、電器設(shè)備和操要手段。接地的目的有兩個(gè)，一是保護(hù)單片機(jī)、電器設(shè)備和操作人員的安全。二是為了

25、抑制干擾，使單片機(jī)工作穩(wěn)定。通常作人員的安全。二是為了抑制干擾，使單片機(jī)工作穩(wěn)定。通常接地可分為工作接地和保護(hù)接地兩大類(lèi)。保護(hù)接地主要是為了接地可分為工作接地和保護(hù)接地兩大類(lèi)。保護(hù)接地主要是為了避免操作人員因設(shè)備的絕緣損壞或下降時(shí)遭受觸電危險(xiǎn)和保證避免操作人員因設(shè)備的絕緣損壞或下降時(shí)遭受觸電危險(xiǎn)和保證設(shè)備的安全。而工作接地則主要是為了保證單片機(jī)系統(tǒng)穩(wěn)定可設(shè)備的安全。而工作接地則主要是為了保證單片機(jī)系統(tǒng)穩(wěn)定可靠地運(yùn)行，防止地環(huán)路引起的干擾?？康剡\(yùn)行，防止地環(huán)路引起的干擾。 在單片機(jī)系統(tǒng)中，大致有交流地、系統(tǒng)地、安全地、數(shù)字在單片機(jī)系統(tǒng)中，大致有交流地、系統(tǒng)地、安全地、數(shù)字地地(邏輯地邏輯地)和模

26、擬地等幾種。和模擬地等幾種。單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術(shù)單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術(shù)2021-12-11352.4 單片機(jī)系統(tǒng)的接地技術(shù)1. 交流地 交流地是單片機(jī)交流供電電源地，即動(dòng)力線(xiàn)地。交流地是單片機(jī)交流供電電源地，即動(dòng)力線(xiàn)地。2. 系統(tǒng)地 是指信號(hào)回路的基準(zhǔn)導(dǎo)體是指信號(hào)回路的基準(zhǔn)導(dǎo)體(如控制電源的零電位如控制電源的零電位)。3. 安全地 其目的是使設(shè)備機(jī)殼與大地等電位，以避免機(jī)殼帶電而影其目的是使設(shè)備機(jī)殼與大地等電位，以避免機(jī)殼帶電而影響人身及設(shè)備安全。通常安全地又稱(chēng)為保護(hù)地或機(jī)殼地。響人身及設(shè)備安全。通常安全地又稱(chēng)為保護(hù)地或機(jī)殼地。4. 數(shù)字地 作為單片機(jī)系統(tǒng)中各種數(shù)字電路的零電

27、位，應(yīng)該與模擬地作為單片機(jī)系統(tǒng)中各種數(shù)字電路的零電位，應(yīng)該與模擬地分開(kāi)，避免模擬信號(hào)受數(shù)字脈沖的干擾。分開(kāi)，避免模擬信號(hào)受數(shù)字脈沖的干擾。5. 模擬地 作為傳感器、變送器、放大器、作為傳感器、變送器、放大器、A/D轉(zhuǎn)換器和轉(zhuǎn)換器和D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器中模擬地的零電位。中模擬地的零電位。單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術(shù)單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術(shù)2021-12-11362.4 單片機(jī)系統(tǒng)的接地技術(shù)在單片機(jī)系統(tǒng)中一般應(yīng)該遵循如下的接地原則。在單片機(jī)系統(tǒng)中一般應(yīng)該遵循如下的接地原則。(1) 數(shù)字地與模擬地要分開(kāi)。數(shù)字地與模擬地要分開(kāi)。(2) 單點(diǎn)接地與多點(diǎn)接地的選擇。單點(diǎn)接地與多點(diǎn)接地的選擇。 (3)

28、 傳感器、變送器和放大器等通常采用屏蔽罩，而信號(hào)的傳送傳感器、變送器和放大器等通常采用屏蔽罩，而信號(hào)的傳送往往使用屏蔽線(xiàn)。對(duì)于這些屏蔽層的接地要十分謹(jǐn)慎，應(yīng)該遵往往使用屏蔽線(xiàn)。對(duì)于這些屏蔽層的接地要十分謹(jǐn)慎，應(yīng)該遵循單點(diǎn)接地原則。循單點(diǎn)接地原則。(4) 接地線(xiàn)要盡量加粗。接地線(xiàn)要盡量加粗。(5) 在交流地上任意兩點(diǎn)之間，往往很容易就有幾伏至幾十伏的在交流地上任意兩點(diǎn)之間，往往很容易就有幾伏至幾十伏的電位差存在。另外，交流地也很容易帶來(lái)各種干擾。因此，交電位差存在。另外，交流地也很容易帶來(lái)各種干擾。因此，交流地絕對(duì)不允許與其他幾種地相連，而且交流電源變壓器的絕流地絕對(duì)不允許與其他幾種地相連，而且

29、交流電源變壓器的絕緣性能要好，絕對(duì)避免漏電現(xiàn)象。緣性能要好，絕對(duì)避免漏電現(xiàn)象。單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術(shù)單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術(shù)2021-12-11372.5 單片機(jī)系統(tǒng)的掉電保護(hù)技術(shù) 進(jìn)行掉電保護(hù)有兩種方法：一是在系統(tǒng)的電源發(fā)生變進(jìn)行掉電保護(hù)有兩種方法：一是在系統(tǒng)的電源發(fā)生變化時(shí)，即上電或掉電時(shí)，保證化時(shí)，即上電或掉電時(shí)，保證SRAM芯片的數(shù)據(jù)不丟失；芯片的數(shù)據(jù)不丟失；二是永久保護(hù)，即直接把要保護(hù)的二是永久保護(hù)，即直接把要保護(hù)的SRAM區(qū)加上備用電源區(qū)加上備用電源或整個(gè)系統(tǒng)用可靠的不間斷電源或整個(gè)系統(tǒng)用可靠的不間斷電源UPS供電。供電。單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術(shù)單片機(jī)系統(tǒng)的可靠

30、性與抗干擾技術(shù)2021-12-11382.5 單片機(jī)系統(tǒng)的掉電保護(hù)技術(shù) 仔細(xì)調(diào)節(jié)圖中的仔細(xì)調(diào)節(jié)圖中的R1、R2的兩個(gè)電阻值，使電壓小于等的兩個(gè)電阻值，使電壓小于等于于4.5V時(shí)就使開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，線(xiàn)上拉至?xí)r就使開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，線(xiàn)上拉至“1”，這樣，這樣，RAM中的中的數(shù)據(jù)就不會(huì)沖失；當(dāng)電壓大于數(shù)據(jù)就不會(huì)沖失；當(dāng)電壓大于4.5V時(shí)，時(shí)，4060開(kāi)關(guān)應(yīng)接通，開(kāi)關(guān)應(yīng)接通，使使RAM能正常進(jìn)行讀寫(xiě)。能正常進(jìn)行讀寫(xiě)。 圖18 利用4060開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)的RAM掉電保護(hù)電路1. 掉電保護(hù)基本電路單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術(shù)單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術(shù)2021-12-11392.5 單片機(jī)系統(tǒng)的掉電保護(hù)技術(shù)例例1 如圖1

31、9所示電路為一種RAM掉電保護(hù)電路。圖19 RAM掉電保護(hù)電路單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術(shù)單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術(shù)2021-12-11402.5 單片機(jī)系統(tǒng)的掉電保護(hù)技術(shù)解：由圖可見(jiàn)，系統(tǒng)在正常工作時(shí)，解：由圖可見(jiàn)，系統(tǒng)在正常工作時(shí)，+5V電源除了給電源除了給6264提提供電源以外，同時(shí)也給電池供電源以外，同時(shí)也給電池BAT供電；當(dāng)系統(tǒng)電源掉電時(shí)將供電；當(dāng)系統(tǒng)電源掉電時(shí)將由電池由電池BAT給給SRAM供電。只要在上電和斷電期間保證使供電。只要在上電和斷電期間保證使CE2立即變?yōu)榈碗娖?，或立即變?yōu)楦唠娖骄涂梢允沽⒓醋優(yōu)榈碗娖剑蛄⒓醋優(yōu)楦唠娖骄涂梢允筍RAM中中的數(shù)據(jù)保持不變。在圖中上電

32、時(shí)，系統(tǒng)電源對(duì)的數(shù)據(jù)保持不變。在圖中上電時(shí)，系統(tǒng)電源對(duì)C1進(jìn)行充電，進(jìn)行充電，在此期間，在此期間，CE2的輸入要經(jīng)過(guò)一定的延時(shí)后才能變?yōu)楦唠娖?，的輸入要?jīng)過(guò)一定的延時(shí)后才能變?yōu)楦唠娖剑瑫r(shí)，由于同時(shí)，由于U1、U2的電源也是由系統(tǒng)電源對(duì)的電源也是由系統(tǒng)電源對(duì)C2充電來(lái)建立充電來(lái)建立的，這就保證了在上電時(shí)的，這就保證了在上電時(shí)SRAM處于寫(xiě)禁止?fàn)顟B(tài)。在系統(tǒng)電處于寫(xiě)禁止?fàn)顟B(tài)。在系統(tǒng)電源掉電瞬間，源掉電瞬間，U1的輸入立刻變低，而輸出端為高電平，從而的輸入立刻變低，而輸出端為高電平，從而禁止對(duì)禁止對(duì)SRAM進(jìn)行寫(xiě)入。同時(shí)進(jìn)行寫(xiě)入。同時(shí)C1也通過(guò)也通過(guò)D2和和R2放電從而使放電從而使CE2的電平變低。

33、因此，在掉電瞬間和掉電后，的電平變低。因此，在掉電瞬間和掉電后，SRAM也處也處于禁止?fàn)顟B(tài)。于禁止?fàn)顟B(tài)。單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術(shù)單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術(shù)2021-12-11412.5 單片機(jī)系統(tǒng)的掉電保護(hù)技術(shù) 當(dāng)?shù)綦姲l(fā)生時(shí)，僅由電池在電壓下降到一定值時(shí)接替供電當(dāng)?shù)綦姲l(fā)生時(shí)，僅由電池在電壓下降到一定值時(shí)接替供電是不夠的。一個(gè)完善的保護(hù)電路，必須具備以下功能：是不夠的。一個(gè)完善的保護(hù)電路，必須具備以下功能：(1) 掉電時(shí)在掉電時(shí)在CPU的失效電壓到達(dá)以前，存儲(chǔ)器的寫(xiě)信號(hào)線(xiàn)的失效電壓到達(dá)以前，存儲(chǔ)器的寫(xiě)信號(hào)線(xiàn)應(yīng)被封鎖。應(yīng)被封鎖。CPU失效電壓約在失效電壓約在4.54.65V之間。之間。(

34、2) 在存儲(chǔ)器失效電壓到達(dá)以前，備用電池應(yīng)立即接替供電。在存儲(chǔ)器失效電壓到達(dá)以前，備用電池應(yīng)立即接替供電。(3) 在掉電保護(hù)期間，電池電壓不得低于存儲(chǔ)器電壓。在掉電保護(hù)期間，電池電壓不得低于存儲(chǔ)器電壓。(4) 上電時(shí)，電壓升到存儲(chǔ)器有效工作電壓以上時(shí)才允許電源上電時(shí)，電壓升到存儲(chǔ)器有效工作電壓以上時(shí)才允許電源接替電池供電。接替電池供電。(5) 電源電壓升到電源電壓升到CPU有效工作電壓以上，且有效工作電壓以上，且CPU已處在穩(wěn)已處在穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，才允許將存儲(chǔ)器的寫(xiě)信號(hào)線(xiàn)開(kāi)鎖。定狀態(tài)時(shí)，才允許將存儲(chǔ)器的寫(xiě)信號(hào)線(xiàn)開(kāi)鎖。單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術(shù)單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術(shù)2021-12-114

35、22.5 單片機(jī)系統(tǒng)的掉電保護(hù)技術(shù)2. 不間斷電源UPS 不間斷電源不間斷電源UPS(Uninterruptible Power System)的基本的基本結(jié)構(gòu)分為兩大類(lèi)：一部分是將交流市電變?yōu)橹绷麟姷恼鹘Y(jié)構(gòu)分為兩大類(lèi)：一部分是將交流市電變?yōu)橹绷麟姷恼?充充電裝置，另一部分是把直流電再度轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟姷碾娧b置，另一部分是把直流電再度轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟姷腜WM逆變逆變器。蓄電池在交流電壓正常供電時(shí)儲(chǔ)存能量，此時(shí)它一直維持器。蓄電池在交流電壓正常供電時(shí)儲(chǔ)存能量，此時(shí)它一直維持在一個(gè)正常的充電電壓上。一旦市電供應(yīng)中斷，蓄電池立即對(duì)在一個(gè)正常的充電電壓上。一旦市電供應(yīng)中斷，蓄電池立即對(duì)逆變器供電，從而保護(hù)

36、逆變器供電，從而保護(hù)UPS電源交流輸出電壓的連續(xù)性。電源交流輸出電壓的連續(xù)性。 UPS電源按其操作方式可分為后備式和在線(xiàn)式的電源按其操作方式可分為后備式和在線(xiàn)式的UPS電電源。源。單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術(shù)單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術(shù)2021-12-11432.5 單片機(jī)系統(tǒng)的掉電保護(hù)技術(shù)(1) 后備式后備式UPS電源的原理圖如圖電源的原理圖如圖20所示。電網(wǎng)正常時(shí)，由市所示。電網(wǎng)正常時(shí)，由市電直接向單片機(jī)供電。電直接向單片機(jī)供電。UPS系統(tǒng)使蓄電池保持滿(mǎn)電量，蓄電池系統(tǒng)使蓄電池保持滿(mǎn)電量，蓄電池只提供只提供DC-AC逆變器的空載電流。當(dāng)市電不正常時(shí)，由故障檢逆變器的空載電流。當(dāng)市電不正

37、常時(shí)，由故障檢測(cè)器發(fā)出信號(hào)，通過(guò)靜態(tài)開(kāi)關(guān)，由測(cè)器發(fā)出信號(hào)，通過(guò)靜態(tài)開(kāi)關(guān)，由DC-AC逆變器提供交流電源，逆變器提供交流電源，即即UPS電源的逆變器總是處于對(duì)單片機(jī)提供后備供電狀態(tài)。電源的逆變器總是處于對(duì)單片機(jī)提供后備供電狀態(tài)。圖20 后備式UPS電源方框圖單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術(shù)單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術(shù)2021-12-11442.5 單片機(jī)系統(tǒng)的掉電保護(hù)技術(shù)(2) 在線(xiàn)式在線(xiàn)式UPS電源的原理圖如圖電源的原理圖如圖21所示。它平時(shí)由交流所示。它平時(shí)由交流整流整流逆變器方式對(duì)單片機(jī)提供交流電源，使負(fù)載的交流供電不受影逆變器方式對(duì)單片機(jī)提供交流電源，使負(fù)載的交流供電不受影響。一旦市電中

38、斷時(shí)，響。一旦市電中斷時(shí)，UPS改由蓄電池改由蓄電池逆變器方式對(duì)單片機(jī)逆變器方式對(duì)單片機(jī)提供電源。當(dāng)市電恢復(fù)供電后，提供電源。當(dāng)市電恢復(fù)供電后，UPS又重新切換到由整流器又重新切換到由整流器逆變器方式對(duì)單片機(jī)提供電源。逆變器方式對(duì)單片機(jī)提供電源。圖21 在線(xiàn)式UPS電源框圖單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術(shù)單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術(shù)2021-12-11453 單片機(jī)系統(tǒng)的軟件抗干擾技術(shù)3.1 指令冗余技術(shù) 所謂指令冗余技術(shù)是指在程序的關(guān)鍵地方人為地加入一些所謂指令冗余技術(shù)是指在程序的關(guān)鍵地方人為地加入一些單字節(jié)指令單字節(jié)指令NOP，或?qū)⒂行巫止?jié)指令重寫(xiě)，當(dāng)程序，或?qū)⒂行巫止?jié)指令重寫(xiě)，當(dāng)程序

39、“跑飛跑飛”到某條單字節(jié)指令上，就不會(huì)發(fā)生將操作數(shù)當(dāng)作指令來(lái)執(zhí)行的到某條單字節(jié)指令上，就不會(huì)發(fā)生將操作數(shù)當(dāng)作指令來(lái)執(zhí)行的錯(cuò)誤，使程序迅速納入正軌。常用的指令冗余技術(shù)有兩種：錯(cuò)誤，使程序迅速納入正軌。常用的指令冗余技術(shù)有兩種：NOP指令的使用和重要指令冗余。指令的使用和重要指令冗余。1. NOP指令的使用 通常是在雙字節(jié)指令和通常是在雙字節(jié)指令和3字節(jié)指令之后插入兩個(gè)單字節(jié)字節(jié)指令之后插入兩個(gè)單字節(jié)NOP指令。這樣，即使因?yàn)橹噶睢＿@樣，即使因?yàn)椤芭茱w跑飛”使程序落到操作數(shù)上，由使程序落到操作數(shù)上，由于兩個(gè)空操作指令于兩個(gè)空操作指令NOP的存在，不會(huì)將其后的指令當(dāng)操作數(shù)執(zhí)的存在，不會(huì)將其后的指令當(dāng)

40、操作數(shù)執(zhí)行，從而使程序納入正軌。行，從而使程序納入正軌。 單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術(shù)單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術(shù)2021-12-11463.1 指令冗余技術(shù) 通常，一些對(duì)程序流向起重要作用的指令通常，一些對(duì)程序流向起重要作用的指令(如如RET、RETI、ACALL、LCALL、LJMP、SJMP、JZ、JNZ、JC、JNC、JB、JBC、DJNZ等等)和某些對(duì)系統(tǒng)工作狀態(tài)起重要作和某些對(duì)系統(tǒng)工作狀態(tài)起重要作用的指令用的指令(如如SETB等等)的前面插入兩條的前面插入兩條NOP指令，以保證跑指令，以保證跑飛的程序迅速納入軌道，確保這些指令的正確執(zhí)行。飛的程序迅速納入軌道，確保這些指令的正確

41、執(zhí)行。單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術(shù)單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術(shù)2021-12-11473.2 軟件陷阱技術(shù)1. 軟件陷阱 所謂軟件陷阱，就是當(dāng)所謂軟件陷阱，就是當(dāng)PC失控，造成程序失控，造成程序“亂飛亂飛”而進(jìn)而進(jìn)入非程序區(qū)時(shí)，在非程序區(qū)設(shè)置一些攔截程序，將失控的程序入非程序區(qū)時(shí)，在非程序區(qū)設(shè)置一些攔截程序，將失控的程序引至復(fù)位入口地址引至復(fù)位入口地址0000H或處理錯(cuò)誤程序的入口地址或處理錯(cuò)誤程序的入口地址ERR，在此處將程序轉(zhuǎn)向?qū)ｉT(mén)對(duì)程序出錯(cuò)進(jìn)行處理的程序，使程序納在此處將程序轉(zhuǎn)向?qū)ｉT(mén)對(duì)程序出錯(cuò)進(jìn)行處理的程序，使程序納入正軌。軟件陷阱可以采用入正軌。軟件陷阱可以采用3種形式如表種形式如

42、表2所示。所示。單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術(shù)單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術(shù)2021-12-11483.2 軟件陷阱技術(shù)表2 軟件陷阱形式程序形式軟件陷阱形式對(duì)應(yīng)入口形式形式之一NOPNOPLJMP 0000H0000H:LJMP MAIN;運(yùn)行程序形式之二LJMP 0202HLJMP 0000H0000H:LJMP MAIN;運(yùn)行主程序0202H:LJMP 0000H形式之三LJMP ERRERR：；錯(cuò)誤處理程序單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術(shù)單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術(shù)2021-12-11493.2 軟件陷阱技術(shù)2. 軟件陷阱的安排(1) 未使用的中斷向量區(qū)未使用的中斷向量區(qū) MSC-51

43、單片機(jī)的中斷向量區(qū)為單片機(jī)的中斷向量區(qū)為0003H002FH，當(dāng)未使，當(dāng)未使用的中斷因干擾而開(kāi)放時(shí)，在對(duì)應(yīng)的中斷服務(wù)程序中設(shè)置軟件用的中斷因干擾而開(kāi)放時(shí)，在對(duì)應(yīng)的中斷服務(wù)程序中設(shè)置軟件陷阱，就能及時(shí)截獲錯(cuò)誤的中斷。在中斷服務(wù)程序中返回指令陷阱，就能及時(shí)截獲錯(cuò)誤的中斷。在中斷服務(wù)程序中返回指令用用RETI也可以用也可以用LJMP。單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術(shù)單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術(shù)2021-12-11503.2 軟件陷阱技術(shù)例例2 某系統(tǒng)未使用兩個(gè)外部中斷和，它們的中斷服務(wù)子程序某系統(tǒng)未使用兩個(gè)外部中斷和，它們的中斷服務(wù)子程序入口地址分別為入口地址分別為SINT0和和SINT1，試編制其

44、軟件陷阱程序。，試編制其軟件陷阱程序。ORG 0000H0000HSTART:LJMP MAIN;引向主程序入口引向主程序入口ORG 0003HLJMP SINT0;中斷服務(wù)程序入口中斷服務(wù)程序入口ORG 0013HLJMP SINT1;中斷服務(wù)程序入口中斷服務(wù)程序入口ORG 0080H0080HMAIN: ;主程序主程序SINT0:NOPNOPPOP direct1;將斷點(diǎn)彈出堆棧區(qū)將斷點(diǎn)彈出堆棧區(qū)POP direct2LJMP 0000H;轉(zhuǎn)到轉(zhuǎn)到0000H處處單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術(shù)單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術(shù)2021-12-11513.2 軟件陷阱技術(shù)SINT1:NOPNOPP

45、OP direct1;將原先的斷點(diǎn)彈出將原先的斷點(diǎn)彈出POP direct2PUSH 00H;斷點(diǎn)地址改斷點(diǎn)地址改0000HPUSH 00HRETI注：中斷服務(wù)程序中的注：中斷服務(wù)程序中的direct1和和direct2為主程序中非使用單為主程序中非使用單元。元。單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術(shù)單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術(shù)2021-12-11523.2 軟件陷阱技術(shù)(2) 未使用的未使用的EPROM空間空間 程序一般都不會(huì)占用程序一般都不會(huì)占用EPROM芯片的全部空間，對(duì)于未使芯片的全部空間，對(duì)于未使用完的用完的EPROM空間，一般都維持原狀，即其內(nèi)容為空間，一般都維持原狀，即其內(nèi)容為0FFH

46、，0FFH對(duì)于對(duì)于MSC-51單片機(jī)來(lái)說(shuō)是一條單字節(jié)指令單片機(jī)來(lái)說(shuō)是一條單字節(jié)指令“MOV R7, A”。如果程序。如果程序“跑飛跑飛”到這一區(qū)域，則將順利向下執(zhí)行，不到這一區(qū)域，則將順利向下執(zhí)行，不再跳躍再跳躍(除非又受到新的干擾除非又受到新的干擾)，因此在非程序區(qū)內(nèi)用，因此在非程序區(qū)內(nèi)用0000020000或或020202020000數(shù)據(jù)填滿(mǎn)。注意，最后一條填數(shù)據(jù)填滿(mǎn)。注意，最后一條填入數(shù)據(jù)必須為入數(shù)據(jù)必須為020000。當(dāng)。當(dāng)“亂飛亂飛”程序進(jìn)入此區(qū)后，讀到的程序進(jìn)入此區(qū)后，讀到的數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)為0202H，這是一條轉(zhuǎn)移指令，使，這是一條轉(zhuǎn)移指令，使PC轉(zhuǎn)入轉(zhuǎn)入0202H入口，入口，在主程序

47、在主程序0202H設(shè)有出錯(cuò)處理程序，或轉(zhuǎn)到程序的入口地址設(shè)有出錯(cuò)處理程序，或轉(zhuǎn)到程序的入口地址0000H執(zhí)行程序。執(zhí)行程序。單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術(shù)單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術(shù)2021-12-11533.2 軟件陷阱技術(shù)(3) 表格表格 單片機(jī)程序設(shè)計(jì)中一般會(huì)遇到兩種表格：一類(lèi)是數(shù)據(jù)表單片機(jī)程序設(shè)計(jì)中一般會(huì)遇到兩種表格：一類(lèi)是數(shù)據(jù)表格，供格，供“MOV A, APC”指令或指令或“MOVC A, ADPTR”指令使用；另一類(lèi)是散轉(zhuǎn)表格，供指令使用；另一類(lèi)是散轉(zhuǎn)表格，供“JMP ADPTR”指令使用。由于表格的內(nèi)容與檢索值是一一對(duì)應(yīng)的關(guān)指令使用。由于表格的內(nèi)容與檢索值是一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，在

48、表格中安排陷阱會(huì)破壞表格的連續(xù)性和對(duì)應(yīng)關(guān)系，因系，在表格中安排陷阱會(huì)破壞表格的連續(xù)性和對(duì)應(yīng)關(guān)系，因此只能在表格的最后安排陷阱。如果表格區(qū)較長(zhǎng)，則安排的此只能在表格的最后安排陷阱。如果表格區(qū)較長(zhǎng)，則安排的陷阱不能保證一定能夠捕捉到陷阱不能保證一定能夠捕捉到“跑飛跑飛”的程序，這時(shí)只能借的程序，這時(shí)只能借助于別的軟件陷阱或冗余指令來(lái)使程序恢復(fù)正常。助于別的軟件陷阱或冗余指令來(lái)使程序恢復(fù)正常。單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術(shù)單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術(shù)2021-12-11543.2 軟件陷阱技術(shù)(4) 運(yùn)行程序區(qū)運(yùn)行程序區(qū) 在進(jìn)行單片機(jī)系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)時(shí)常采用模塊化設(shè)計(jì)，單片機(jī)在進(jìn)行單片機(jī)系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)時(shí)

49、常采用模塊化設(shè)計(jì)，單片機(jī)按照程序的要求一個(gè)模塊、一個(gè)模塊地執(zhí)行。所以可以將陷阱按照程序的要求一個(gè)模塊、一個(gè)模塊地執(zhí)行。所以可以將陷阱指令組分散放置在用戶(hù)程序各模塊之間空余的單元里。在正常指令組分散放置在用戶(hù)程序各模塊之間空余的單元里。在正常程序中不執(zhí)行這些陷阱指令，保證用戶(hù)程序正常運(yùn)行。但當(dāng)程程序中不執(zhí)行這些陷阱指令，保證用戶(hù)程序正常運(yùn)行。但當(dāng)程序序“跑飛跑飛”一旦落入這些陷阱區(qū)，馬上將一旦落入這些陷阱區(qū)，馬上將“跑飛跑飛”的程序拉到的程序拉到正確軌道。這個(gè)方法很有效，陷阱的多少一般依據(jù)用戶(hù)程序大正確軌道。這個(gè)方法很有效，陷阱的多少一般依據(jù)用戶(hù)程序大小而定，一般每小而定，一般每1K字節(jié)有幾個(gè)陷

50、阱就夠了。字節(jié)有幾個(gè)陷阱就夠了。單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術(shù)單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術(shù)2021-12-11553.2 軟件陷阱技術(shù)(5) RAM數(shù)據(jù)保護(hù)的條件陷阱數(shù)據(jù)保護(hù)的條件陷阱 單片機(jī)受到嚴(yán)重的干擾時(shí)，可能不能正確地讀寫(xiě)外部的單片機(jī)受到嚴(yán)重的干擾時(shí)，可能不能正確地讀寫(xiě)外部的RAM區(qū)。為解決這個(gè)問(wèn)題，可以在進(jìn)行區(qū)。為解決這個(gè)問(wèn)題，可以在進(jìn)行RAM的數(shù)據(jù)讀寫(xiě)之前，的數(shù)據(jù)讀寫(xiě)之前，測(cè)試測(cè)試RAM讀寫(xiě)通道的暢通性，這可以通過(guò)編寫(xiě)陷阱實(shí)現(xiàn)，當(dāng)讀寫(xiě)通道的暢通性，這可以通過(guò)編寫(xiě)陷阱實(shí)現(xiàn)，當(dāng)讀寫(xiě)正常時(shí)，不會(huì)進(jìn)入陷阱，若不正常，則會(huì)進(jìn)入陷阱，且形讀寫(xiě)正常時(shí)，不會(huì)進(jìn)入陷阱，若不正常，則會(huì)進(jìn)入陷阱，且形成

51、死循環(huán)。實(shí)現(xiàn)程序?yàn)椋撼伤姥h(huán)。實(shí)現(xiàn)程序?yàn)椋篗OV A, #NNH;NN是任意的是任意的MOV DPTR, #XXXXHMOV 6EH, #55HMOV 6FH, #0AAHNOPNOPCJNE 6EH, #55H, XJ;6EH中不為中不為55H則落入死循環(huán)則落入死循環(huán)CJNE 6FH, #0AAH, XJ;6FH中不為中不為AAH則落入死循環(huán)則落入死循環(huán)MOVX DPTR, A;A中數(shù)據(jù)寫(xiě)入中數(shù)據(jù)寫(xiě)入RAM的的XXXXH單元中單元中單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術(shù)單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術(shù)2021-12-11563.2 軟件陷阱技術(shù)NOPNOPMOV 6EH, #00HMOV 6FH, #

52、00HRETXJ:NOP;死循環(huán)死循環(huán)NOPSJMP XJ 落入死循環(huán)以后，可以通過(guò)后面將要介紹的落入死循環(huán)以后，可以通過(guò)后面將要介紹的“看門(mén)狗看門(mén)狗”技術(shù)來(lái)復(fù)技術(shù)來(lái)復(fù)位系統(tǒng)。位系統(tǒng)。單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術(shù)單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術(shù)2021-12-11573.3 數(shù)字濾波技術(shù) 所謂數(shù)字濾波，就是在單片機(jī)中用某種計(jì)算方法對(duì)輸入的所謂數(shù)字濾波，就是在單片機(jī)中用某種計(jì)算方法對(duì)輸入的信號(hào)進(jìn)行數(shù)學(xué)處理，以便減少干擾在有用信號(hào)中的比重，提高信號(hào)進(jìn)行數(shù)學(xué)處理，以便減少干擾在有用信號(hào)中的比重，提高信號(hào)的真實(shí)性。這種濾波方法不需要增加硬件設(shè)備，只需根據(jù)信號(hào)的真實(shí)性。這種濾波方法不需要增加硬件設(shè)備，只

53、需根據(jù)預(yù)定的濾波算法編制相應(yīng)的程序即可達(dá)到信號(hào)濾波的目的。預(yù)定的濾波算法編制相應(yīng)的程序即可達(dá)到信號(hào)濾波的目的。 下面介紹幾種常用的數(shù)字濾波方法：程序判斷濾波、算術(shù)下面介紹幾種常用的數(shù)字濾波方法：程序判斷濾波、算術(shù)平均值濾波、加權(quán)平均值濾波、滑動(dòng)平均值濾波、中值濾波、平均值濾波、加權(quán)平均值濾波、滑動(dòng)平均值濾波、中值濾波、一階滯后濾波和復(fù)合數(shù)字濾波法。一階滯后濾波和復(fù)合數(shù)字濾波法。單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術(shù)單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術(shù)2021-12-11583.3 數(shù)字濾波技術(shù)1.程序判斷濾波程序判斷濾波程序判斷濾波的方法，是根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，確定出兩次采樣輸入程序判斷濾波的方法，是根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)

54、，確定出兩次采樣輸入信號(hào)可能出現(xiàn)的最大偏差信號(hào)可能出現(xiàn)的最大偏差Y。若實(shí)際先后兩次采樣值大于。若實(shí)際先后兩次采樣值大于Y，則表明本次輸入信號(hào)是干擾信號(hào)，取上次采樣值作為本，則表明本次輸入信號(hào)是干擾信號(hào)，取上次采樣值作為本次采樣值；若小于次采樣值；若小于Y，則本次采樣值有效，即：，則本次采樣值有效，即： 當(dāng)當(dāng)|Yn-Yn-1|Y時(shí)，則取時(shí)，則取Yn=Yn 當(dāng)當(dāng)|Yn-Yn-1|Y時(shí)，則取時(shí)，則取Yn=Yn-1 (3)式中，式中，Yn第第n次采樣值；次采樣值； Yn-1第第(n-1)次采樣值；次采樣值；Y為相鄰兩次采樣值所允許的最大偏差，它的大小取決于采樣周為相鄰兩次采樣值所允許的最大偏差，它的大

55、小取決于采樣周期期T及被測(cè)參數(shù)及被測(cè)參數(shù)Y應(yīng)有的正常變化率。因此，一定要按照實(shí)際應(yīng)有的正常變化率。因此，一定要按照實(shí)際情況來(lái)確定情況來(lái)確定Y，否則非但達(dá)不到濾波效果，反而會(huì)降低控制，否則非但達(dá)不到濾波效果，反而會(huì)降低控制品質(zhì)。品質(zhì)。Y通?？筛鶕?jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)獲得，必要時(shí)，也可由實(shí)驗(yàn)得通?？筛鶕?jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)獲得，必要時(shí)，也可由實(shí)驗(yàn)得出。這種程序判斷濾波方法，主要用于變化比較緩慢的參數(shù)，出。這種程序判斷濾波方法，主要用于變化比較緩慢的參數(shù)，如溫度、物理位置等測(cè)試系統(tǒng)。如溫度、物理位置等測(cè)試系統(tǒng)。單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術(shù)單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術(shù)2021-12-11593.3 數(shù)字濾波技術(shù)2. 算術(shù)

56、平均值濾波算術(shù)平均值濾波 算術(shù)平均值法濾波的實(shí)質(zhì)即把連續(xù)采樣的算術(shù)平均值法濾波的實(shí)質(zhì)即把連續(xù)采樣的N個(gè)值進(jìn)行算術(shù)個(gè)值進(jìn)行算術(shù)平均，作為本次的輸出平均，作為本次的輸出 ，即：，即：YN1iiYN1Y (4) N值決定了信號(hào)平滑度和靈敏度。隨著值決定了信號(hào)平滑度和靈敏度。隨著N的增大，平滑度提的增大，平滑度提高，靈敏度降低。應(yīng)視具體情況選取高，靈敏度降低。應(yīng)視具體情況選取N，以便得到滿(mǎn)意的濾波效，以便得到滿(mǎn)意的濾波效果。為方便求平均值，果。為方便求平均值，N值一般取值一般取4、8、16之類(lèi)的之類(lèi)的2的整數(shù)冪，的整數(shù)冪，以使用移位來(lái)代替除法。通常流量信號(hào)取以使用移位來(lái)代替除法。通常流量信號(hào)取12項(xiàng)，

57、壓力信號(hào)取項(xiàng)，壓力信號(hào)取6項(xiàng)，項(xiàng)，溫度、成分等緩慢變化的信號(hào)取溫度、成分等緩慢變化的信號(hào)取2項(xiàng)甚至不平均。這種濾波方法項(xiàng)甚至不平均。這種濾波方法主要用于對(duì)壓力、流量等周期脈動(dòng)的采樣值進(jìn)行平滑加工，但主要用于對(duì)壓力、流量等周期脈動(dòng)的采樣值進(jìn)行平滑加工，但對(duì)偶然出現(xiàn)的脈沖性于擾的平滑作用尚不理想，因而它不適用對(duì)偶然出現(xiàn)的脈沖性于擾的平滑作用尚不理想，因而它不適用于脈沖性干擾比較嚴(yán)重的場(chǎng)合。于脈沖性干擾比較嚴(yán)重的場(chǎng)合。單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術(shù)單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術(shù)2021-12-11603.3 數(shù)字濾波技術(shù)3. 加權(quán)平均值濾波 算術(shù)平均值濾波法對(duì)每次采樣值給出相同的加權(quán)系數(shù)，即算術(shù)平均

58、值濾波法對(duì)每次采樣值給出相同的加權(quán)系數(shù)，即1/N。實(shí)際上某些場(chǎng)合需要增加新采樣值在平均值中的比重，。實(shí)際上某些場(chǎng)合需要增加新采樣值在平均值中的比重，可采用加權(quán)平均值濾波法，濾波公式為：可采用加權(quán)平均值濾波法，濾波公式為：N1iiiYKY(5) 其中，其中，K1、K2、Kn為加權(quán)系數(shù)，且應(yīng)滿(mǎn)足為加權(quán)系數(shù)，且應(yīng)滿(mǎn)足K1、K2、Kn均大于均大于0，且它們的和為，且它們的和為1。加權(quán)系數(shù)體現(xiàn)了各次采。加權(quán)系數(shù)體現(xiàn)了各次采樣值在平均值中所占的比例，可根據(jù)具體情況決定，一般采樣樣值在平均值中所占的比例，可根據(jù)具體情況決定，一般采樣次數(shù)愈靠后，取的比例愈大，這樣可增加新的采樣值在平均值次數(shù)愈靠后，取的比例愈

59、大，這樣可增加新的采樣值在平均值中的比例。這種濾波方法可以根據(jù)需要突出信號(hào)的某一部分，中的比例。這種濾波方法可以根據(jù)需要突出信號(hào)的某一部分，抑制信號(hào)的另一部分。抑制信號(hào)的另一部分。單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術(shù)單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術(shù)2021-12-11613.3 數(shù)字濾波技術(shù)4. 滑動(dòng)平均值濾波 先在先在RAM中建立一個(gè)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，依順序存放中建立一個(gè)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，依順序存放N個(gè)采樣數(shù)個(gè)采樣數(shù)據(jù)，每采樣進(jìn)一個(gè)新數(shù)據(jù)，就將最早采集的那個(gè)數(shù)據(jù)丟掉，而據(jù)，每采樣進(jìn)一個(gè)新數(shù)據(jù)，就將最早采集的那個(gè)數(shù)據(jù)丟掉，而后求包括新數(shù)據(jù)在內(nèi)的后求包括新數(shù)據(jù)在內(nèi)的N個(gè)數(shù)據(jù)的算數(shù)平均值或加權(quán)平均值。個(gè)數(shù)據(jù)的算數(shù)平均

60、值或加權(quán)平均值。這樣，每進(jìn)行一次采樣，就可計(jì)算出一個(gè)新的平均值，從而加這樣，每進(jìn)行一次采樣，就可計(jì)算出一個(gè)新的平均值，從而加快了數(shù)據(jù)處理的速度?？炝藬?shù)據(jù)處理的速度。 滑動(dòng)平均值濾波對(duì)周期性干擾有良好的抑制作用，平滑度滑動(dòng)平均值濾波對(duì)周期性干擾有良好的抑制作用，平滑度高，靈敏度低；但對(duì)偶然出現(xiàn)的脈沖性干擾的抑制作用差，不高，靈敏度低；但對(duì)偶然出現(xiàn)的脈沖性干擾的抑制作用差，不易消除由于脈沖干擾引起的采樣值的偏差，因此它不適用于脈易消除由于脈沖干擾引起的采樣值的偏差，因此它不適用于脈沖干擾比較嚴(yán)重的場(chǎng)合，而適用于高頻振蕩系統(tǒng)。通過(guò)觀(guān)察不沖干擾比較嚴(yán)重的場(chǎng)合，而適用于高頻振蕩系統(tǒng)。通過(guò)觀(guān)察不同同N值下