第14章 抗干擾及可靠性設(shè)計

1、1 第第1414章章 單片機應(yīng)用系統(tǒng)抗干擾單片機應(yīng)用系統(tǒng)抗干擾 與可靠性設(shè)計與可靠性設(shè)計 12第第14章章 單片機應(yīng)用系統(tǒng)抗干擾與可靠性設(shè)計單片機應(yīng)用系統(tǒng)抗干擾與可靠性設(shè)計14.1 干擾的來源干擾的來源14.2 供電系統(tǒng)干擾及其抗干擾措施供電系統(tǒng)干擾及其抗干擾措施 14.2.1 電源噪聲來源、種類及危害電源噪聲來源、種類及危害 14.2.2 供電系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計供電系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計14.3 過程通道干擾的抑制措施過程通道干擾的抑制措施隔離隔離 14.3.1 光電隔離的基本配置光電隔離的基本配置 14.3.2 光電隔離的實現(xiàn)光電隔離的實現(xiàn)14.4空間干擾及抗干擾措施空間干擾及抗干擾措施 14.4

2、.1 接地技術(shù)接地技術(shù) 14.4.2 屏蔽技術(shù)屏蔽技術(shù)2314.5 反電勢干擾的抑制反電勢干擾的抑制14.6 印刷電路板的抗干擾設(shè)計印刷電路板的抗干擾設(shè)計 14.6.1 地線及電源線設(shè)計地線及電源線設(shè)計 14.6.2 去耦電容的配置去耦電容的配置 14.6.3 印制板的布線的抗干擾設(shè)計印制板的布線的抗干擾設(shè)計14.7軟件抗干擾措施軟件抗干擾措施 14.7.1 軟件抗干擾的一般方法軟件抗干擾的一般方法 14.7.2 指令冗余和軟件陷阱指令冗余和軟件陷阱 14.7.3 軟件濾波軟件濾波 14.7.4 開關(guān)量輸入開關(guān)量輸入/輸出軟件抗干擾設(shè)計輸出軟件抗干擾設(shè)計14.8 看門狗定時器的使用看門狗定時器

3、的使用4內(nèi)容概要內(nèi)容概要 目前，隨著單片機應(yīng)用系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，單片機系統(tǒng)的可靠目前，隨著單片機應(yīng)用系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，單片機系統(tǒng)的可靠性越來越受到人們的關(guān)注。單片機系統(tǒng)的可靠性是由多種因素性越來越受到人們的關(guān)注。單片機系統(tǒng)的可靠性是由多種因素決定，其中系統(tǒng)的抗干擾性能的好壞是影響系統(tǒng)可靠性的重要決定，其中系統(tǒng)的抗干擾性能的好壞是影響系統(tǒng)可靠性的重要因素。因此，研究抗干擾技術(shù)，提高單片機系統(tǒng)的抗干擾性能因素。因此，研究抗干擾技術(shù)，提高單片機系統(tǒng)的抗干擾性能，是本章要研究的內(nèi)容。本章將從干擾源的來源、硬件、軟件，是本章要研究的內(nèi)容。本章將從干擾源的來源、硬件、軟件以及電源系統(tǒng)、接地系統(tǒng)等各個方面研究分

4、析并給出有效可行以及電源系統(tǒng)、接地系統(tǒng)等各個方面研究分析并給出有效可行的解決措施，同時還對軟件的抗干擾措施進行了介紹。的解決措施，同時還對軟件的抗干擾措施進行了介紹。514.1 干擾的來源干擾的來源 一般把影響單片機測控系統(tǒng)正常工作的信號稱為一般把影響單片機測控系統(tǒng)正常工作的信號稱為噪聲噪聲，又，又稱稱干擾干擾。在單片機系統(tǒng)中，如果出現(xiàn)干擾，就會影響指令的正。在單片機系統(tǒng)中，如果出現(xiàn)干擾，就會影響指令的正常執(zhí)行，造成控制事故或控制失靈，在測量通道中產(chǎn)生干擾，常執(zhí)行，造成控制事故或控制失靈，在測量通道中產(chǎn)生干擾，就會使測量產(chǎn)生誤差，電壓的沖擊有可能使系統(tǒng)遭到致命的破就會使測量產(chǎn)生誤差，電壓的沖擊

5、有可能使系統(tǒng)遭到致命的破壞。壞。 環(huán)境對單片機控制系統(tǒng)的干擾一般都是以脈沖的形式進入環(huán)境對單片機控制系統(tǒng)的干擾一般都是以脈沖的形式進入系統(tǒng)的，干擾竄入單片機系統(tǒng)的渠道主要有三條，如系統(tǒng)的，干擾竄入單片機系統(tǒng)的渠道主要有三條，如圖圖14-1所示。所示。6圖圖14-1 單片機測控系統(tǒng)的主要干擾渠道單片機測控系統(tǒng)的主要干擾渠道7(1) 空間干擾空間干擾 空間干擾來源于周圍的電氣設(shè)備如發(fā)射機、中頻爐、可控硅空間干擾來源于周圍的電氣設(shè)備如發(fā)射機、中頻爐、可控硅逆變電源等發(fā)出的電干擾和磁干擾；廣播電臺或通訊發(fā)射臺發(fā)出逆變電源等發(fā)出的電干擾和磁干擾；廣播電臺或通訊發(fā)射臺發(fā)出的電磁波；空中雷電，甚至地磁場的變

6、化也會引起干擾。這些空的電磁波；空中雷電，甚至地磁場的變化也會引起干擾。這些空間輻射干擾會使單片機系統(tǒng)不能正常工作。間輻射干擾會使單片機系統(tǒng)不能正常工作。(2) 供電系統(tǒng)干擾供電系統(tǒng)干擾 由于工業(yè)現(xiàn)場運行的大功率設(shè)備眾多，特別是大感性負(fù)載設(shè)由于工業(yè)現(xiàn)場運行的大功率設(shè)備眾多，特別是大感性負(fù)載設(shè)備啟停會使得電網(wǎng)電壓大幅度漲落（浪涌），工業(yè)電網(wǎng)電壓的欠備啟停會使得電網(wǎng)電壓大幅度漲落（浪涌），工業(yè)電網(wǎng)電壓的欠壓或過壓常常達(dá)到額定電壓的壓或過壓常常達(dá)到額定電壓的15% 以上。這種狀況有時長達(dá)以上。這種狀況有時長達(dá)幾分鐘、幾小時、甚至幾天。由于大功率開關(guān)的通斷，電機的啟幾分鐘、幾小時、甚至幾天。由于大功率

7、開關(guān)的通斷，電機的啟停，電焊等原因，電網(wǎng)上常常出現(xiàn)幾百伏，甚至幾千伏的尖脈沖停，電焊等原因，電網(wǎng)上常常出現(xiàn)幾百伏，甚至幾千伏的尖脈沖干擾。干擾。8 (3) 過程通道干擾過程通道干擾 為了達(dá)到數(shù)據(jù)采集或?qū)崟r控制的目的，開關(guān)量輸入輸出，模為了達(dá)到數(shù)據(jù)采集或?qū)崟r控制的目的，開關(guān)量輸入輸出，模擬量輸入輸出是必不可少的。在工業(yè)現(xiàn)場，這些輸入輸出的信號擬量輸入輸出是必不可少的。在工業(yè)現(xiàn)場，這些輸入輸出的信號線和控制線多至幾百條甚至幾千條，其長度往往達(dá)幾百米或幾千線和控制線多至幾百條甚至幾千條，其長度往往達(dá)幾百米或幾千米，因此不可避免地將干擾引入單片機系統(tǒng)。當(dāng)有大的電氣設(shè)備米，因此不可避免地將干擾引入單片機

8、系統(tǒng)。當(dāng)有大的電氣設(shè)備漏電，接地系統(tǒng)不完善，或者測量部件絕緣不好，都會使通道中漏電，接地系統(tǒng)不完善，或者測量部件絕緣不好，都會使通道中直接串入干擾信號；各通道的線路如果同出一根電纜中或綁扎在直接串入干擾信號；各通道的線路如果同出一根電纜中或綁扎在一起，各路間會通過電磁感應(yīng)而產(chǎn)生瞬間的干擾，尤其是一起，各路間會通過電磁感應(yīng)而產(chǎn)生瞬間的干擾，尤其是015V的信號與交流的信號與交流220V的電源線同套在一根長達(dá)幾百米的管中的電源線同套在一根長達(dá)幾百米的管中其干擾更為嚴(yán)重。這種彼此感應(yīng)產(chǎn)生的干擾其表現(xiàn)形式仍然是通其干擾更為嚴(yán)重。這種彼此感應(yīng)產(chǎn)生的干擾其表現(xiàn)形式仍然是通道中形成干擾電壓。這樣，輕者會使測

9、量的信號發(fā)生誤差，重者道中形成干擾電壓。這樣，輕者會使測量的信號發(fā)生誤差，重者89會使有用的信號完全淹沒。有時這種通過感應(yīng)產(chǎn)生的干擾電壓會會使有用的信號完全淹沒。有時這種通過感應(yīng)產(chǎn)生的干擾電壓會達(dá)到幾十伏以上，使單片機系統(tǒng)無法工作。達(dá)到幾十伏以上，使單片機系統(tǒng)無法工作。 以上三種干擾以來自供電系統(tǒng)的干擾最甚，其次為來自過程以上三種干擾以來自供電系統(tǒng)的干擾最甚，其次為來自過程通道的干擾。對于來自空間的輻射干擾，需加適當(dāng)?shù)钠帘渭敖拥赝ǖ赖母蓴_。對于來自空間的輻射干擾，需加適當(dāng)?shù)钠帘渭敖拥貋斫鉀Q。來解決。14.2 供電系統(tǒng)干擾及其抗干擾措施供電系統(tǒng)干擾及其抗干擾措施 任何電源及輸電線路都存在內(nèi)阻，正

10、是這些內(nèi)阻才引起了電任何電源及輸電線路都存在內(nèi)阻，正是這些內(nèi)阻才引起了電源的噪聲干擾。如果沒有內(nèi)阻，無論何種噪聲都會被電源短路吸源的噪聲干擾。如果沒有內(nèi)阻，無論何種噪聲都會被電源短路吸收，在線路中不會建立起任何干擾電壓。收，在線路中不會建立起任何干擾電壓。 單片機系統(tǒng)中最重要、危害最嚴(yán)重的干擾源來源于電源。在單片機系統(tǒng)中最重要、危害最嚴(yán)重的干擾源來源于電源。在某些大功率耗電設(shè)備的電網(wǎng)中，經(jīng)對電源檢測發(fā)現(xiàn)，在某些大功率耗電設(shè)備的電網(wǎng)中，經(jīng)對電源檢測發(fā)現(xiàn)，在50周正周正弦波上疊加有很多弦波上疊加有很多1000多伏的尖峰電壓。多伏的尖峰電壓。 91014.2.1 電源噪聲來源、種類及危害電源噪聲來源

11、、種類及危害 如果把電源電壓變化持續(xù)時間定義為如果把電源電壓變化持續(xù)時間定義為t，那么，根據(jù)，那么，根據(jù)t的的大小可以把大小可以把電源干擾電源干擾分為分為：（1）過壓、欠壓、停電：）過壓、欠壓、停電：t1s;（2）浪涌、下陷：）浪涌、下陷：1st10ms;（3）尖峰電壓：）尖峰電壓：t為為s量級；量級；（4）射頻干擾：）射頻干擾：t為為ns量級；量級；（5）其它：半周內(nèi)的停電或者過欠壓。）其它：半周內(nèi)的停電或者過欠壓。 過壓、欠壓、停電的危害是顯而易見的，解決的辦法是使用過壓、欠壓、停電的危害是顯而易見的，解決的辦法是使用各種穩(wěn)壓器、電源調(diào)節(jié)器，對付暫短時間的停電則配置不間斷各種穩(wěn)壓器、電源調(diào)

12、節(jié)器，對付暫短時間的停電則配置不間斷電源（電源（UPS）。）。1011浪涌與下陷是電壓的快變化，如果幅度過大也會毀壞系統(tǒng)。即使浪涌與下陷是電壓的快變化，如果幅度過大也會毀壞系統(tǒng)。即使變化不大（變化不大（1015），直接使用不一定會毀壞系統(tǒng)，），直接使用不一定會毀壞系統(tǒng)，但由于電源系統(tǒng)中接有反應(yīng)遲緩的磁飽和或電子交流穩(wěn)壓器，往但由于電源系統(tǒng)中接有反應(yīng)遲緩的磁飽和或電子交流穩(wěn)壓器，往往會在這些變化點附近產(chǎn)生振蕩，使得電壓忽高忽低。如果有連往會在這些變化點附近產(chǎn)生振蕩，使得電壓忽高忽低。如果有連續(xù)幾個續(xù)幾個1015的浪涌或下陷，由此造成的振蕩能產(chǎn)生的浪涌或下陷，由此造成的振蕩能產(chǎn)生3040的電源變化

13、，而是系統(tǒng)無法工作，解決的辦法的電源變化，而是系統(tǒng)無法工作，解決的辦法是使用快速響應(yīng)的交流電源穩(wěn)壓器。是使用快速響應(yīng)的交流電源穩(wěn)壓器。 尖峰電壓持續(xù)時間很短，一般不會毀壞系統(tǒng)，但對單片機系尖峰電壓持續(xù)時間很短，一般不會毀壞系統(tǒng)，但對單片機系統(tǒng)正常運行危害很大，會造成邏輯功能紊亂，甚至沖壞源程序。統(tǒng)正常運行危害很大，會造成邏輯功能紊亂，甚至沖壞源程序。解決辦法是使用具有噪聲抑制能力的交流電源調(diào)節(jié)器、參數(shù)穩(wěn)壓解決辦法是使用具有噪聲抑制能力的交流電源調(diào)節(jié)器、參數(shù)穩(wěn)壓器或超隔離變壓器。器或超隔離變壓器。12 射頻干擾對單片機系統(tǒng)影響不大，一般加接射頻干擾對單片機系統(tǒng)影響不大，一般加接23節(jié)低通濾節(jié)低通

14、濾波器既可解決。波器既可解決。14.2.2 供電系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計供電系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計 單片機測控系統(tǒng)的供電，常常是一個棘手問題，單單一臺高單片機測控系統(tǒng)的供電，常常是一個棘手問題，單單一臺高質(zhì)量的電源不足以解決干擾和電壓波動問題的，必須完整地設(shè)質(zhì)量的電源不足以解決干擾和電壓波動問題的，必須完整地設(shè)計整個電源供電系統(tǒng)。計整個電源供電系統(tǒng)。 邏輯電路是在低電壓、大電流下工作，電源的分配就必須引邏輯電路是在低電壓、大電流下工作，電源的分配就必須引起注意，譬如一條起注意，譬如一條0.1的電源線回路，對于的電源線回路，對于5A的供電系統(tǒng)，的供電系統(tǒng)，就會把電源電壓從就會把電源電壓從5V降到降到4.5V，

15、以至不能正常工作。另一方，以至不能正常工作。另一方面工作在極高頻率下的數(shù)字電路，對電源線有高頻要求，所以面工作在極高頻率下的數(shù)字電路，對電源線有高頻要求，所以一般電源線上的干擾是數(shù)字系統(tǒng)最常出現(xiàn)的問題之一。一般電源線上的干擾是數(shù)字系統(tǒng)最常出現(xiàn)的問題之一。1213 電源分配系統(tǒng)首要的就是良好的接地，系統(tǒng)的地線必須能夠電源分配系統(tǒng)首要的就是良好的接地，系統(tǒng)的地線必須能夠吸收來自所有電源系統(tǒng)的全部電流。應(yīng)該采用粗導(dǎo)線作為電源吸收來自所有電源系統(tǒng)的全部電流。應(yīng)該采用粗導(dǎo)線作為電源連接線，地線應(yīng)盡量短而直接走線；對于插件式線路板，應(yīng)多連接線，地線應(yīng)盡量短而直接走線；對于插件式線路板，應(yīng)多給電源線、地線分

16、配幾個沿插頭方向均勻分布的插針。給電源線、地線分配幾個沿插頭方向均勻分布的插針。 在單片機系統(tǒng)中，為了提高供電系統(tǒng)的質(zhì)量，防止竄入干擾在單片機系統(tǒng)中，為了提高供電系統(tǒng)的質(zhì)量，防止竄入干擾，建議采用如，建議采用如圖圖14-2所示的供電配置并采取如下措施：所示的供電配置并采取如下措施： （1）交流近線端加交流濾波器，可濾掉高頻干擾）交流近線端加交流濾波器，可濾掉高頻干擾，如電網(wǎng)上，如電網(wǎng)上大功率設(shè)備啟停造成的瞬間干擾。濾波器市場上的產(chǎn)品有一級大功率設(shè)備啟停造成的瞬間干擾。濾波器市場上的產(chǎn)品有一級、二級濾波器之分，安裝時外殼要加屏蔽并良好接地，進出線、二級濾波器之分，安裝時外殼要加屏蔽并良好接地，進

17、出線要分開，防止感應(yīng)和輻射耦合。低通濾波器僅允許要分開，防止感應(yīng)和輻射耦合。低通濾波器僅允許50Hz交流電交流電通過，對高頻和中頻干擾有良好的衰減作用。通過，對高頻和中頻干擾有良好的衰減作用。 1314圖圖14-2 供電配置原理框圖供電配置原理框圖15（2）要求高的系統(tǒng)加交流穩(wěn)壓器。）要求高的系統(tǒng)加交流穩(wěn)壓器。（3）采用具有靜電屏蔽和抗電磁干擾的隔離電源變壓器。）采用具有靜電屏蔽和抗電磁干擾的隔離電源變壓器。（4）采用集成穩(wěn)壓塊兩級穩(wěn)壓。目前市場上集成穩(wěn)壓塊有許）采用集成穩(wěn)壓塊兩級穩(wěn)壓。目前市場上集成穩(wěn)壓塊有許多種，如提供正電源的多種，如提供正電源的7805、7812、7820、7824以及提

18、供負(fù)以及提供負(fù)電壓的電壓的79系列穩(wěn)壓塊，它們內(nèi)部是多級穩(wěn)壓電路，采用兩級穩(wěn)系列穩(wěn)壓塊，它們內(nèi)部是多級穩(wěn)壓電路，采用兩級穩(wěn)壓，效果好。例如主機電源先用壓，效果好。例如主機電源先用7809穩(wěn)到穩(wěn)到9V，再用，再用7805穩(wěn)到穩(wěn)到5V。（5）直流輸出部分采用大容量電解電容進行平滑濾波。）直流輸出部分采用大容量電解電容進行平滑濾波。（6）交流電源線與其他線盡量分開，減少再度耦合干擾。如）交流電源線與其他線盡量分開，減少再度耦合干擾。如濾波器的輸出線上干擾已減少，應(yīng)使其與電源進線級濾波器外濾波器的輸出線上干擾已減少，應(yīng)使其與電源進線級濾波器外殼保持一定距離，交流電源線與直流電源線即信號線分開走線殼保持

19、一定距離，交流電源線與直流電源線即信號線分開走線。1516（7）電源線與信號線一般都通過地板下面走線，而且不可把）電源線與信號線一般都通過地板下面走線，而且不可把兩線靠得太近或互相平行，以減少電源信號線的影響。兩線靠得太近或互相平行，以減少電源信號線的影響。（8）在每塊印刷版的電源與地之間并接退耦電容。即）在每塊印刷版的電源與地之間并接退耦電容。即510F的電解電容和一個的電解電容和一個0.011.0F的電容，以消除直流電源的電容，以消除直流電源與地線中的脈沖電流所造成的干擾。與地線中的脈沖電流所造成的干擾。 14.3 過程通道干擾的抑制措施過程通道干擾的抑制措施隔離隔離 過程通道是系統(tǒng)輸入、

20、輸出以及單片機之間進行信息傳輸?shù)倪^程通道是系統(tǒng)輸入、輸出以及單片機之間進行信息傳輸?shù)穆窂健＿^程通道的干擾主要采用光電隔離技術(shù)。路徑。過程通道的干擾主要采用光電隔離技術(shù)。14.3.1 光電隔離的基本配置光電隔離的基本配置 采用光電耦合器可以將單片機與前向、后向以及其他部分切采用光電耦合器可以將單片機與前向、后向以及其他部分切斷電路的聯(lián)系，能有效地防止干擾從過程通道進入單片機。其斷電路的聯(lián)系，能有效地防止干擾從過程通道進入單片機。其原理如原理如圖圖14-3所示。所示。1617圖圖14-3 光電耦合隔離的基本配置光電耦合隔離的基本配置 18光電耦合的主要優(yōu)點是能有效抑制尖峰脈沖以及各種噪聲干擾，光電

21、耦合的主要優(yōu)點是能有效抑制尖峰脈沖以及各種噪聲干擾，從而使過程通道上的信噪比大大提高。從而使過程通道上的信噪比大大提高。14.3.2 光電隔離的實現(xiàn)光電隔離的實現(xiàn)1. ADC、DAC與單片機之間的隔離與單片機之間的隔離 對對CPU數(shù)據(jù)總線進行隔離是一種十分理想的方法，全部數(shù)據(jù)總線進行隔離是一種十分理想的方法，全部I/O端端口均被隔離。但是，由于在口均被隔離。但是，由于在CPU數(shù)據(jù)總線上是高速（數(shù)據(jù)總線上是高速（S級）雙級）雙向傳輸，這就要求頻率響應(yīng)為向傳輸，這就要求頻率響應(yīng)為MHz級的隔離器件，這種器件目前級的隔離器件，這種器件目前價格較高。因此，這種方法采用的不多。價格較高。因此，這種方法采

22、用的不多。 通常用下列方法將通常用下列方法將ADC、DAC與單片機間的電氣聯(lián)系切斷。與單片機間的電氣聯(lián)系切斷。 （1）對）對A/D、D/A進行模擬隔離進行模擬隔離 1819 對對A/D、D/A變換前后的模擬信號進行隔離，是常用的一種方變換前后的模擬信號進行隔離，是常用的一種方法。通常采用隔離放大器對模擬量進行隔離。但所用的隔離型放法。通常采用隔離放大器對模擬量進行隔離。但所用的隔離型放大器必須滿足大器必須滿足A/D、D/A變換的精度和線性要求。例如，如果對變換的精度和線性要求。例如，如果對12位位A/D、D/A變換器進行隔離，其隔離放大器要達(dá)到變換器進行隔離，其隔離放大器要達(dá)到13位，甚位，甚

23、至至14位精度，如此高精度的隔離放大器，價格昂貴。位精度，如此高精度的隔離放大器，價格昂貴。（2）在）在I/O與與A/D、D/A之間進行數(shù)字隔離之間進行數(shù)字隔離這種方案最經(jīng)濟，也稱數(shù)字隔離。這種方案最經(jīng)濟，也稱數(shù)字隔離。A/D變換時，先將模擬量變?yōu)樽儞Q時，先將模擬量變?yōu)閿?shù)字量，對數(shù)字量進行隔離，然后再送入單片機。數(shù)字量，對數(shù)字量進行隔離，然后再送入單片機。D/A變換時，變換時，先將數(shù)字量進行隔離，然后進行先將數(shù)字量進行隔離，然后進行D/A變換。這種方法的優(yōu)點是方變換。這種方法的優(yōu)點是方便、可靠、廉價，不影響便、可靠、廉價，不影響A/D、D/A的精度和線性度。缺點是速的精度和線性度。缺點是速度不

24、高。如果用廉價的光電隔離器件，最大轉(zhuǎn)換速度約為每秒度不高。如果用廉價的光電隔離器件，最大轉(zhuǎn)換速度約為每秒2030005000點，這對于一般工業(yè)測控對象（如溫度、濕度、點，這對于一般工業(yè)測控對象（如溫度、濕度、壓力等）已能滿足要求。壓力等）已能滿足要求。 圖圖14-4所示是實現(xiàn)數(shù)字隔離的一個例子。該例將輸出的數(shù)所示是實現(xiàn)數(shù)字隔離的一個例子。該例將輸出的數(shù)字量經(jīng)鎖存器鎖存后，驅(qū)動光電隔離器，經(jīng)光電隔離之后的字量經(jīng)鎖存器鎖存后，驅(qū)動光電隔離器，經(jīng)光電隔離之后的數(shù)字量被送到數(shù)字量被送到D/A變換器。但要注意的是，現(xiàn)場電源變換器。但要注意的是，現(xiàn)場電源F+5V，現(xiàn)場地現(xiàn)場地FGND和系統(tǒng)電源和系統(tǒng)電源S

25、5V及系統(tǒng)地及系統(tǒng)地SGND，必須分別由，必須分別由兩個隔離電源供電。還應(yīng)指出的是，兩個隔離電源供電。還應(yīng)指出的是，光電隔離器件的數(shù)量不光電隔離器件的數(shù)量不能太多，能太多，由于光電隔離器件的發(fā)光二極管與受光三極管之間由于光電隔離器件的發(fā)光二極管與受光三極管之間存在分布電容。當(dāng)數(shù)量較多時，必須考慮將并聯(lián)輸出改為串存在分布電容。當(dāng)數(shù)量較多時，必須考慮將并聯(lián)輸出改為串聯(lián)輸出的方式，這樣可使光電器件大大減少，且保持很高的聯(lián)輸出的方式，這樣可使光電器件大大減少，且保持很高的抗干擾能力，但傳送速度下降了?？垢蓴_能力，但傳送速度下降了。 2021圖圖14-4 數(shù)字隔離原理圖數(shù)字隔離原理圖222. 開關(guān)量隔離

26、開關(guān)量隔離常用的開關(guān)量隔離器件有繼電器、光電隔離器、光電隔離固態(tài)常用的開關(guān)量隔離器件有繼電器、光電隔離器、光電隔離固態(tài)繼電器（繼電器（SSR）。）。用繼電器對開關(guān)量進行隔離時，要考慮到繼電器線包的反電動用繼電器對開關(guān)量進行隔離時，要考慮到繼電器線包的反電動勢的影響，驅(qū)動電路的器件必須能耐高壓。為了吸收繼電器線勢的影響，驅(qū)動電路的器件必須能耐高壓。為了吸收繼電器線包的反電動勢通常在線包兩端并聯(lián)一個二極管。其觸點并聯(lián)一包的反電動勢通常在線包兩端并聯(lián)一個二極管。其觸點并聯(lián)一個消火花電容器，容量可在個消火花電容器，容量可在0.10.047F之間選擇，耐壓視負(fù)之間選擇，耐壓視負(fù)荷電壓而定。荷電壓而定。對

27、于開關(guān)量的輸入，一般用電流傳輸?shù)姆椒?。此方法抗干擾能對于開關(guān)量的輸入，一般用電流傳輸?shù)姆椒?。此方法抗干擾能力強，如力強，如圖圖14-5所示。所示。R1為限流電阻，為限流電阻，D1、R2為保護二極管為保護二極管和保護電阻。當(dāng)外部開關(guān)閉合時，有電源和保護電阻。當(dāng)外部開關(guān)閉合時，有電源E產(chǎn)生電流，產(chǎn)生電流，23圖圖14-5 開關(guān)量的電流傳輸原理圖開關(guān)量的電流傳輸原理圖 24使光電二極管導(dǎo)通，采用不同的使光電二極管導(dǎo)通，采用不同的R1, R2值以保證良好的干擾能值以保證良好的干擾能力。力。固態(tài)繼電器代替機械觸點的繼電器是十分優(yōu)越的。固態(tài)繼固態(tài)繼電器代替機械觸點的繼電器是十分優(yōu)越的。固態(tài)繼電器是將發(fā)光二

28、極管與可控硅封裝在一起的一種新型器件。當(dāng)電器是將發(fā)光二極管與可控硅封裝在一起的一種新型器件。當(dāng)發(fā)光二極管導(dǎo)通時，可控硅被觸發(fā)而接通電路。固態(tài)繼電器視發(fā)光二極管導(dǎo)通時，可控硅被觸發(fā)而接通電路。固態(tài)繼電器視觸發(fā)方式不同，可分為過零觸發(fā)與非過零觸發(fā)兩大類。過零觸觸發(fā)方式不同，可分為過零觸發(fā)與非過零觸發(fā)兩大類。過零觸發(fā)的固態(tài)繼電器，本身幾乎不產(chǎn)生干擾，這對單片機控制是十發(fā)的固態(tài)繼電器，本身幾乎不產(chǎn)生干擾，這對單片機控制是十分有利的，但造價是一般繼電器的分有利的，但造價是一般繼電器的510倍。倍。14.4空間干擾及抗干擾措施空間干擾及抗干擾措施 空間干擾主要指電磁場在線路、導(dǎo)線、殼體上的輻射、吸收空間干

29、擾主要指電磁場在線路、導(dǎo)線、殼體上的輻射、吸收和解調(diào)。干擾來自應(yīng)用系統(tǒng)的內(nèi)部和外部，市電電源線是無線和解調(diào)。干擾來自應(yīng)用系統(tǒng)的內(nèi)部和外部，市電電源線是無線電波的媒介，而在電網(wǎng)中有脈沖源工作時，它又是輻射天線，電波的媒介，而在電網(wǎng)中有脈沖源工作時，它又是輻射天線，25因而任一線路、導(dǎo)線、殼體等在空間均同時存在輻射、接收、因而任一線路、導(dǎo)線、殼體等在空間均同時存在輻射、接收、調(diào)制。在現(xiàn)場解決空間干擾時，首先要正確判斷是否是空間干擾，調(diào)制。在現(xiàn)場解決空間干擾時，首先要正確判斷是否是空間干擾，可在系統(tǒng)供電電源入口處接入可在系統(tǒng)供電電源入口處接入WRY型微機干擾抑制器，觀察干型微機干擾抑制器，觀察干擾現(xiàn)

30、象是否繼續(xù)存在，如繼續(xù)存在則可認(rèn)為空間干擾?？臻g干擾擾現(xiàn)象是否繼續(xù)存在，如繼續(xù)存在則可認(rèn)為空間干擾?？臻g干擾不一定是來自系統(tǒng)外部，空間干擾的抗干擾設(shè)計主要是地線系統(tǒng)不一定是來自系統(tǒng)外部，空間干擾的抗干擾設(shè)計主要是地線系統(tǒng)設(shè)計，系統(tǒng)的屏蔽與布局設(shè)計。設(shè)計，系統(tǒng)的屏蔽與布局設(shè)計。14.4.1 接地技術(shù)接地技術(shù)1. 接地種類接地種類 有兩大類接地。一類是為人身或設(shè)備安全目的，而把設(shè)備的有兩大類接地。一類是為人身或設(shè)備安全目的，而把設(shè)備的外殼接地，這稱之為外殼接地或安全接地；另外一類接地是為電外殼接地，這稱之為外殼接地或安全接地；另外一類接地是為電路工作提供一個公共的電位參考點，這種地稱為工作接地。路

31、工作提供一個公共的電位參考點，這種地稱為工作接地。26（1）外殼接地）外殼接地 外殼接地是真正的與大地連接，以使漏到機殼的電荷能及時外殼接地是真正的與大地連接，以使漏到機殼的電荷能及時泄放到地球上去，這樣才能確保人身和設(shè)備的安全。外殼接地泄放到地球上去，這樣才能確保人身和設(shè)備的安全。外殼接地的接地電阻應(yīng)當(dāng)盡量低，因此在材料及施工方面均有一定的要的接地電阻應(yīng)當(dāng)盡量低，因此在材料及施工方面均有一定的要求。外殼接地是十分重要的，但實際上往往又為人們所忽視。求。外殼接地是十分重要的，但實際上往往又為人們所忽視。（2）工作接地）工作接地 工作接地是電路工作需要而進行的。在許多情況下，工作地工作接地是電路

32、工作需要而進行的。在許多情況下，工作地不與設(shè)備外殼相連，因此工作地的零電位參考點（及工作地）不與設(shè)備外殼相連，因此工作地的零電位參考點（及工作地）相對地球的大地是浮空的。所以也把工作地稱為相對地球的大地是浮空的。所以也把工作地稱為“浮地浮地”。26272. 接地系統(tǒng)接地系統(tǒng) 正確、合理接地，是單片機應(yīng)用系統(tǒng)抑制干擾的主要方法。正確、合理接地，是單片機應(yīng)用系統(tǒng)抑制干擾的主要方法。在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，前述兩大類地按單元電路的性質(zhì)又可分為在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，前述兩大類地按單元電路的性質(zhì)又可分為以下幾種接地：以下幾種接地：n 數(shù)字地（又稱邏輯地），為邏輯電路的零電位。數(shù)字地（又稱邏輯地），為邏輯電路的

33、零電位。n 模擬地，為模擬地，為A/D轉(zhuǎn)換、前置放大器或比較器的零電位。轉(zhuǎn)換、前置放大器或比較器的零電位。n 信號地，通常為傳感器的地。信號地，通常為傳感器的地。n 小信號前置放大器的地。小信號前置放大器的地。n 功率地，為大的電流網(wǎng)絡(luò)部件的零電位。功率地，為大的電流網(wǎng)絡(luò)部件的零電位。n 交流地，交流交流地，交流50Hz地線，這種地線是噪聲地。地線，這種地線是噪聲地。28屏蔽地，為防止靜電感應(yīng)和磁場感應(yīng)而設(shè)置的地。屏蔽地，為防止靜電感應(yīng)和磁場感應(yīng)而設(shè)置的地。 以上這些地線如何處理，是浮地還是接地？是一點地接還是以上這些地線如何處理，是浮地還是接地？是一點地接還是多點接地？這些是單片機測控系統(tǒng)設(shè)

34、計、安裝、調(diào)試中的一個多點接地？這些是單片機測控系統(tǒng)設(shè)計、安裝、調(diào)試中的一個大問題。下面就來討論。大問題。下面就來討論。（1）機殼接地與浮地的比較）機殼接地與浮地的比較 全機浮空，即機器各個部分全部與大地浮置起來。這種方法全機浮空，即機器各個部分全部與大地浮置起來。這種方法有一定的抗干擾能力，但要求機器與大地的絕緣電阻不能小于有一定的抗干擾能力，但要求機器與大地的絕緣電阻不能小于50M，且一旦絕緣下降便會帶來干擾；另外，浮空容易產(chǎn)生，且一旦絕緣下降便會帶來干擾；另外，浮空容易產(chǎn)生靜電，導(dǎo)致干擾。靜電，導(dǎo)致干擾。 另一種，就是測控系統(tǒng)的機殼接地，其余部分浮空，如另一種，就是測控系統(tǒng)的機殼接地，其

35、余部分浮空，如圖圖14-6所示。浮空部分應(yīng)設(shè)置必要的屏蔽，例如雙層屏蔽浮地或所示。浮空部分應(yīng)設(shè)置必要的屏蔽，例如雙層屏蔽浮地或29多層屏蔽。這種方法干擾能力強，而且安全可靠，但工藝較復(fù)多層屏蔽。這種方法干擾能力強，而且安全可靠，但工藝較復(fù)雜。兩種方法比較，后者較好，并為越來越多的人所采用。雜。兩種方法比較，后者較好，并為越來越多的人所采用。 圖圖14-6 機殼接地機殼接地30（2）一點接地與多點接地的應(yīng)用原則）一點接地與多點接地的應(yīng)用原則 一般而言，低頻（一般而言，低頻（1MHz以下）電路應(yīng)一點接地，如以下）電路應(yīng)一點接地，如圖圖14-7所所示。高頻（示。高頻（10MHz以上）電路應(yīng)多點就近接

36、地。因為，在低頻以上）電路應(yīng)多點就近接地。因為，在低頻電路中，布線和元件間的電感較小，而接地電路形成的環(huán)路，對電路中，布線和元件間的電感較小，而接地電路形成的環(huán)路，對干擾的影響卻很大，因此應(yīng)一點接地；對于高頻電路，地線上具干擾的影響卻很大，因此應(yīng)一點接地；對于高頻電路，地線上具有電感，因為增加了地線阻抗，同時各地線之間產(chǎn)生了電感耦合有電感，因為增加了地線阻抗，同時各地線之間產(chǎn)生了電感耦合。當(dāng)頻率甚高時，特別是當(dāng)?shù)鼐€長度等于。當(dāng)頻率甚高時，特別是當(dāng)?shù)鼐€長度等于1/4波長的奇數(shù)倍時，波長的奇數(shù)倍時，地線阻抗就會變得很高，這時地線變成了天線，可以向外輻射噪地線阻抗就會變得很高，這時地線變成了天線，可

37、以向外輻射噪聲信號。聲信號。 單片機測控系統(tǒng)的工作頻率大多較低，對它起作用的干擾頻單片機測控系統(tǒng)的工作頻率大多較低，對它起作用的干擾頻31圖圖14-7 一點接地一點接地32率也大都在率也大都在1MHz以下，故宜采用一點接地。在以下，故宜采用一點接地。在1MHz100MHz之間，如用一點接地，其地線長度不得超過波長的之間，如用一點接地，其地線長度不得超過波長的1/20。否則應(yīng)。否則應(yīng)該多點接地。該多點接地。（3）交流地與信號地不能共用）交流地與信號地不能共用因為在一段電源地線的兩點間會有數(shù)毫伏，甚至幾伏電壓，對低因為在一段電源地線的兩點間會有數(shù)毫伏，甚至幾伏電壓，對低電平信號電路來說，這是一個非

38、常嚴(yán)重的干擾電平信號電路來說，這是一個非常嚴(yán)重的干擾,因此，交流地和因此，交流地和信號地不能共用，信號地不能共用，圖圖14-8為一種不正確的接法。為一種不正確的接法。（4）數(shù)字地和模擬地）數(shù)字地和模擬地數(shù)字地通常有很大的噪聲而且電平的跳躍會造成很大的電流尖峰數(shù)字地通常有很大的噪聲而且電平的跳躍會造成很大的電流尖峰。所有的模擬公共導(dǎo)線（地）應(yīng)該與數(shù)字公共導(dǎo)線（地）分開走。所有的模擬公共導(dǎo)線（地）應(yīng)該與數(shù)字公共導(dǎo)線（地）分開走線，然后只是一點匯在一起。因此，要把各芯片所有的線，然后只是一點匯在一起。因此，要把各芯片所有的 33圖圖14-8 不正確的接地不正確的接地34模擬地和數(shù)字地分別相連，然后模

39、擬（公共）地與數(shù)字（公共模擬地和數(shù)字地分別相連，然后模擬（公共）地與數(shù)字（公共）地僅在一點相連接，在此連接點外，在芯片和其他電路中且）地僅在一點相連接，在此連接點外，在芯片和其他電路中且不可再有公共點，見不可再有公共點，見圖圖14-9。但在。但在ADC和和DAC電路中，要注意電路中，要注意地線的正確連接，否則轉(zhuǎn)換將不準(zhǔn)確。地線的正確連接，否則轉(zhuǎn)換將不準(zhǔn)確。ADC和和DAC電路地線的電路地線的正確接法是，先將正確接法是，先將ADC和和DAC芯片上的模擬地引腳與數(shù)字地引芯片上的模擬地引腳與數(shù)字地引腳盡可能短的連接，然后再接到模擬地上。腳盡可能短的連接，然后再接到模擬地上。圖圖14-9 數(shù)字地和模擬

40、地正確的地線連接數(shù)字地和模擬地正確的地線連接 35（5）微弱信號模擬地的接法）微弱信號模擬地的接法 A/D轉(zhuǎn)換器在采集轉(zhuǎn)換器在采集050mV微小信號時，模擬地的接法極為重微小信號時，模擬地的接法極為重要。為提高抗共模干擾的能力，可用三線采樣雙層屏蔽浮地技術(shù)要。為提高抗共模干擾的能力，可用三線采樣雙層屏蔽浮地技術(shù)。這種三線采樣雙層屏蔽技術(shù)是抗共模干擾最有效的方法。這種三線采樣雙層屏蔽技術(shù)是抗共模干擾最有效的方法。（6）功率地）功率地 這種地線電流大，地線應(yīng)粗些，且應(yīng)與小信號分開走線。這種地線電流大，地線應(yīng)粗些，且應(yīng)與小信號分開走線。14.4.2 屏蔽技術(shù)屏蔽技術(shù) 高頻電源、交流電源、強電設(shè)備產(chǎn)生

41、的電火花甚至雷電，都高頻電源、交流電源、強電設(shè)備產(chǎn)生的電火花甚至雷電，都能產(chǎn)生電磁波，從而成為電磁干擾的噪聲源。當(dāng)距離較近時，電能產(chǎn)生電磁波，從而成為電磁干擾的噪聲源。當(dāng)距離較近時，電磁波會通過分布電容和電感耦合到信號回路而形成電磁干擾；當(dāng)磁波會通過分布電容和電感耦合到信號回路而形成電磁干擾；當(dāng)距離較遠(yuǎn)時，電磁波則以輻射形式構(gòu)成干擾。距離較遠(yuǎn)時，電磁波則以輻射形式構(gòu)成干擾。36單片機使用的振蕩器，本身就是一個電磁干擾源，同時也由于單片機使用的振蕩器，本身就是一個電磁干擾源，同時也由于它又極易受其他電磁干擾的影響，破壞單片機的正常工作。它又極易受其他電磁干擾的影響，破壞單片機的正常工作。屏蔽可分

42、為以下屏蔽可分為以下三類三類：（1）電磁屏蔽，防止電磁場的干擾；）電磁屏蔽，防止電磁場的干擾；（2）磁屏蔽，防止磁場的干擾；）磁屏蔽，防止磁場的干擾；（3）電場屏蔽，防止電場的耦合干擾。）電場屏蔽，防止電場的耦合干擾。 電磁屏蔽電磁屏蔽主要是防止高頻電磁波輻射的干擾，以金屬板、金主要是防止高頻電磁波輻射的干擾，以金屬板、金屬網(wǎng)或金屬盒構(gòu)成的屏蔽體能有效地對付電磁波的干擾。屏蔽屬網(wǎng)或金屬盒構(gòu)成的屏蔽體能有效地對付電磁波的干擾。屏蔽體以反射方式和吸收方式來削弱電磁波，從而形成對電磁波的體以反射方式和吸收方式來削弱電磁波，從而形成對電磁波的屏蔽作用。屏蔽作用。37 磁場屏蔽磁場屏蔽是防止電極、變壓器

43、、磁鐵、線圈等的磁感應(yīng)和磁是防止電極、變壓器、磁鐵、線圈等的磁感應(yīng)和磁耦合，使用高導(dǎo)磁材料做成屏蔽層，是磁路閉合，一般接大地。耦合，使用高導(dǎo)磁材料做成屏蔽層，是磁路閉合，一般接大地。當(dāng)屏蔽低頻磁場時，選擇磁鋼、坡莫合金、鐵等導(dǎo)磁率高的材當(dāng)屏蔽低頻磁場時，選擇磁鋼、坡莫合金、鐵等導(dǎo)磁率高的材料；而屏蔽高頻磁場則應(yīng)選擇銅、鋁等導(dǎo)電率高的材料。料；而屏蔽高頻磁場則應(yīng)選擇銅、鋁等導(dǎo)電率高的材料。 電場屏蔽電場屏蔽是為了解決分布電容問題一般是接大地，這主要是是為了解決分布電容問題一般是接大地，這主要是指單層屏蔽。對于雙層屏蔽，例如雙變壓器，原邊屏蔽接機殼指單層屏蔽。對于雙層屏蔽，例如雙變壓器，原邊屏蔽接

44、機殼（即接大地），副邊屏蔽接到浮地的屏蔽盒。（即接大地），副邊屏蔽接到浮地的屏蔽盒。 當(dāng)一個接地的放大器與一個不接地的信號源相連時，連接電當(dāng)一個接地的放大器與一個不接地的信號源相連時，連接電纜的屏蔽層應(yīng)接到放大器公共端。反之，應(yīng)接信號源的公共端纜的屏蔽層應(yīng)接到放大器公共端。反之，應(yīng)接信號源的公共端。高增益放大器的屏蔽層應(yīng)接到放大器的公共端。高增益放大器的屏蔽層應(yīng)接到放大器的公共端。38 為了有效發(fā)揮屏蔽體的屏蔽作用，還應(yīng)注意屏蔽體的接地問為了有效發(fā)揮屏蔽體的屏蔽作用，還應(yīng)注意屏蔽體的接地問題。為了消除屏蔽體與內(nèi)部電路的寄生電容，屏蔽體應(yīng)按題。為了消除屏蔽體與內(nèi)部電路的寄生電容，屏蔽體應(yīng)按“一一

45、點接地點接地”的原則接地。的原則接地。14.5 反電勢干擾的抑制反電勢干擾的抑制 在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，常使用較大電感量的元件或設(shè)備，如在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，常使用較大電感量的元件或設(shè)備，如繼電器、電動機、電磁閥等。當(dāng)電感回路的電流被切斷時，會繼電器、電動機、電磁閥等。當(dāng)電感回路的電流被切斷時，會產(chǎn)生很大的反電勢而形成噪聲干擾。這種反電勢甚至可能擊穿產(chǎn)生很大的反電勢而形成噪聲干擾。這種反電勢甚至可能擊穿電路中晶體管之類的器件，反電勢形成的噪聲干擾能產(chǎn)生電磁電路中晶體管之類的器件，反電勢形成的噪聲干擾能產(chǎn)生電磁場，對單片機應(yīng)用系統(tǒng)中的其它電路產(chǎn)生干擾，這時可采用如場，對單片機應(yīng)用系統(tǒng)中的其它電路產(chǎn)生

46、干擾，這時可采用如下措施來抑制反電勢干擾：下措施來抑制反電勢干擾：39（1）如果通過電感線圈的是直流電流，可在線圈兩端并聯(lián)二極）如果通過電感線圈的是直流電流，可在線圈兩端并聯(lián)二極管和穩(wěn)壓管，如管和穩(wěn)壓管，如圖圖14-10(a) 所示。所示。 在穩(wěn)定工作時，并聯(lián)支路被二極管在穩(wěn)定工作時，并聯(lián)支路被二極管D阻斷而不起作用；當(dāng)三極阻斷而不起作用；當(dāng)三極管管T由通道變?yōu)榻刂箷r，在電感線圈兩端產(chǎn)生反電勢由通道變?yōu)榻刂箷r，在電感線圈兩端產(chǎn)生反電勢e。此電勢。此電勢可在并聯(lián)支路中流通，因此可在并聯(lián)支路中流通，因此e的幅值被限制在穩(wěn)壓管的幅值被限制在穩(wěn)壓管DW的工作的工作電壓范圍之內(nèi)，并被很快消耗掉電壓范圍之

47、內(nèi)，并被很快消耗掉,從而抑制了反電勢的干擾。使從而抑制了反電勢的干擾。使用時用時DW的工作電壓應(yīng)選擇得比外加電源高些。的工作電壓應(yīng)選擇得比外加電源高些。 如果把穩(wěn)壓管換為電阻，同樣可以達(dá)到抑制反電勢的目的，如果把穩(wěn)壓管換為電阻，同樣可以達(dá)到抑制反電勢的目的，如如圖圖14-10（b）所示，因此也適用于直流驅(qū)動線圈的電路。在所示，因此也適用于直流驅(qū)動線圈的電路。在這個電路中，電阻的阻值范圍可以從幾歐到幾十歐。阻值太小，這個電路中，電阻的阻值范圍可以從幾歐到幾十歐。阻值太小，40圖圖14-10 反電勢的抑制電路反電勢的抑制電路 41反電勢衰減得慢；而阻值太大又會增大反電勢的幅值。反電勢衰減得慢；而阻

48、值太大又會增大反電勢的幅值。（2）反電勢抑制電路也可由電阻和電容組成，見）反電勢抑制電路也可由電阻和電容組成，見圖圖14-11。適。適當(dāng)選擇當(dāng)選擇R、C參數(shù)，也能參數(shù)，也能獲得較好的耗能效果。這種電路不僅適用于交流驅(qū)動的線圈，獲得較好的耗能效果。這種電路不僅適用于交流驅(qū)動的線圈，也適用于直流驅(qū)動的線圈。也適用于直流驅(qū)動的線圈。（3）反電勢抑制電路不但可以接在線圈的兩端，也可以接在）反電勢抑制電路不但可以接在線圈的兩端，也可以接在開關(guān)的兩端，例如繼電器，接觸器等部件在操作時，開關(guān)會產(chǎn)開關(guān)的兩端，例如繼電器，接觸器等部件在操作時，開關(guān)會產(chǎn)生較大的火花，必須利用生較大的火花，必須利用RC電路加以吸收

49、，如電路加以吸收，如圖圖14-12所示。所示。對于圖對于圖14-12（b），一般），一般R取取12K，C取取2.24.7F。42圖圖14-11 由由RC組成的抑制電路組成的抑制電路 圖圖14-12 開關(guān)兩端的反電勢抑制電路開關(guān)兩端的反電勢抑制電路 4314.6 印刷電路板的抗干擾設(shè)計印刷電路板的抗干擾設(shè)計 印刷電路板（也稱印制版）是單片機系統(tǒng)中器件、信號線、印刷電路板（也稱印制版）是單片機系統(tǒng)中器件、信號線、電源線的高密度集合體，印刷電路板設(shè)計的好壞對抗干擾能力影電源線的高密度集合體，印刷電路板設(shè)計的好壞對抗干擾能力影響很大，故印刷電路板設(shè)計決不單是器件、線路的簡單布局安排，響很大，故印刷電路

50、板設(shè)計決不單是器件、線路的簡單布局安排，還必須符合抗干擾的設(shè)計原則。還必須符合抗干擾的設(shè)計原則。14.6.1 地線及電源線設(shè)計地線及電源線設(shè)計1. 地線寬度地線寬度 加粗地線能降低導(dǎo)線電阻，是它能通過三倍于印制板上的允加粗地線能降低導(dǎo)線電阻，是它能通過三倍于印制板上的允許電流。如有可能，地址寬度應(yīng)在許電流。如有可能，地址寬度應(yīng)在23mm以上。以上。2. 接地線構(gòu)成閉環(huán)路接地線構(gòu)成閉環(huán)路接地線構(gòu)成閉環(huán)路能明顯地提高抗噪聲能力。閉環(huán)形狀能顯著地接地線構(gòu)成閉環(huán)路能明顯地提高抗噪聲能力。閉環(huán)形狀能顯著地44縮短線路的環(huán)路，降低線路阻抗，從而減少干擾。但要注意環(huán)縮短線路的環(huán)路，降低線路阻抗，從而減少干擾

51、。但要注意環(huán)路所包圍的面積越小越好。路所包圍的面積越小越好。3. 印刷電路板分區(qū)集中并聯(lián)一點接地印刷電路板分區(qū)集中并聯(lián)一點接地 當(dāng)同一印制板上有多個不同功能的電路時，可將同一功能單當(dāng)同一印制板上有多個不同功能的電路時，可將同一功能單元的元器件集中于一點接地，自成獨立回路。這就可使地線電元的元器件集中于一點接地，自成獨立回路。這就可使地線電流不會流到其它功能單元的回路中去，避免了對其它單元的干流不會流到其它功能單元的回路中去，避免了對其它單元的干擾。與此同時，還應(yīng)將各功能單元的接地塊與主機的電源地相擾。與此同時，還應(yīng)將各功能單元的接地塊與主機的電源地相連接，如連接，如圖圖14-13所示。這種接法

52、稱為所示。這種接法稱為“分區(qū)集中并聯(lián)一點接分區(qū)集中并聯(lián)一點接地地”。為了減小線路阻抗，地線和電源線要采用大面積匯流排。為了減小線路阻抗，地線和電源線要采用大面積匯流排。45圖圖14-13 分區(qū)集中并聯(lián)一點接地分區(qū)集中并聯(lián)一點接地46數(shù)字地和模擬地分開設(shè)計，在電源處兩種地線相連，且地線應(yīng)盡數(shù)字地和模擬地分開設(shè)計，在電源處兩種地線相連，且地線應(yīng)盡量加粗。量加粗。4. 電源線的布置電源線的布置 電源線除了要根據(jù)電流的大小，盡量加粗導(dǎo)體寬度外，采取電源線除了要根據(jù)電流的大小，盡量加粗導(dǎo)體寬度外，采取使電源線、地線的走向與數(shù)據(jù)傳遞的方向一致，將有助于增強抗使電源線、地線的走向與數(shù)據(jù)傳遞的方向一致，將有助

53、于增強抗噪聲能力。噪聲能力。14.6.2 去耦電容的配置去耦電容的配置 印制板上裝有多個集成電路，而當(dāng)其中有些元件耗電很多時印制板上裝有多個集成電路，而當(dāng)其中有些元件耗電很多時，地線上會出現(xiàn)很大的電位差。抑制電位差的方法是在各器件的，地線上會出現(xiàn)很大的電位差。抑制電位差的方法是在各器件的電源線和地線間分別接入去耦電容，以縮短開關(guān)電流的流通途徑電源線和地線間分別接入去耦電容，以縮短開關(guān)電流的流通途徑，降低電阻降壓，這是印制板設(shè)計的一項常規(guī)做法。，降低電阻降壓，這是印制板設(shè)計的一項常規(guī)做法。471. 電源去耦電源去耦 電源去耦就是在每個印制板入口外的電源線與地線之間并接電源去耦就是在每個印制板入口

54、外的電源線與地線之間并接退耦電容。并接電容應(yīng)為一個大容量的電解電容（退耦電容。并接電容應(yīng)為一個大容量的電解電容（10100F）和一個和一個0.010.1F的非電解電容。我們可以把干擾分解成的非電解電容。我們可以把干擾分解成高頻高頻干擾干擾和和低頻干擾低頻干擾兩部分，并接大電容為了去掉低頻干擾成分，并兩部分，并接大電容為了去掉低頻干擾成分，并接小電容為了去掉高頻干擾部分。低頻去耦電容用鋁或鉭電解電接小電容為了去掉高頻干擾部分。低頻去耦電容用鋁或鉭電解電容，高頻去耦電容采用自身電感小的云母或陶瓷電容。容，高頻去耦電容采用自身電感小的云母或陶瓷電容。2. 集成芯片去耦集成芯片去耦 每個集成芯片都應(yīng)安

55、置一個每個集成芯片都應(yīng)安置一個0.1F的陶瓷電容器，安裝每個芯的陶瓷電容器，安裝每個芯片的去耦電容時，必須將去耦電容安裝在本集成芯片的片的去耦電容時，必須將去耦電容安裝在本集成芯片的Vcc和和GND線之間，否則便失去了抗干擾作用。線之間，否則便失去了抗干擾作用。 48 如遇到印刷電路板空隙小裝不下時，可每如遇到印刷電路板空隙小裝不下時，可每410個芯片安置一個芯片安置一個個110F的限噪聲用的鉭電容器。這種電容器的高頻阻抗特別的限噪聲用的鉭電容器。這種電容器的高頻阻抗特別小，在小，在500Hz200MHz范圍內(nèi)阻抗小于范圍內(nèi)阻抗小于1，而且漏電流很?。?，而且漏電流很?。?.5A以下）。以下）。

56、 對于抗噪聲能力弱，關(guān)斷電流大的器件和對于抗噪聲能力弱，關(guān)斷電流大的器件和ROM、RAM存儲器存儲器，應(yīng)在芯片的電源線，應(yīng)在芯片的電源線Vcc和地線（和地線（GND）間直接入去耦電容。）間直接入去耦電容。14.6.3 印制板的布線的抗干擾設(shè)計印制板的布線的抗干擾設(shè)計 印制板的布線方法對抗干擾性能有直接影響。前面已經(jīng)間接印制板的布線方法對抗干擾性能有直接影響。前面已經(jīng)間接地介紹了一些布線原則，對于沒有介紹到一些布線原則，下面予地介紹了一些布線原則，對于沒有介紹到一些布線原則，下面予以補充說明。以補充說明。49（1）如果印制板上邏輯電路的工作速度低于）如果印制板上邏輯電路的工作速度低于TTL的速度

57、，導(dǎo)的速度，導(dǎo)線條的形狀無什么特別要求；若工作速度較高使用高速邏輯線條的形狀無什么特別要求；若工作速度較高使用高速邏輯器件，用作導(dǎo)線的銅箔在器件，用作導(dǎo)線的銅箔在90轉(zhuǎn)彎處的導(dǎo)線阻抗不連續(xù)，可轉(zhuǎn)彎處的導(dǎo)線阻抗不連續(xù)，可能導(dǎo)致反射干擾的發(fā)生，所以宜采用能導(dǎo)致反射干擾的發(fā)生，所以宜采用圖圖14-14中右方的形狀，中右方的形狀，把彎成把彎成90的導(dǎo)線改成的導(dǎo)線改成45，這將有助于減少反射干擾的發(fā)，這將有助于減少反射干擾的發(fā)生。生。（2）不要在印制板中留下無用的空白銅箔層，因為它們可以）不要在印制板中留下無用的空白銅箔層，因為它們可以充當(dāng)發(fā)射天線或接收天線，可把就近它們接地。充當(dāng)發(fā)射天線或接收天線，可

58、把就近它們接地。（3）雙面布線的印制板，應(yīng)使雙面的線條垂直交叉，以減少）雙面布線的印制板，應(yīng)使雙面的線條垂直交叉，以減少磁場耦合，有利于抑制干擾。磁場耦合，有利于抑制干擾。50圖圖14-14 90轉(zhuǎn)彎處的導(dǎo)線改成轉(zhuǎn)彎處的導(dǎo)線改成4551（4）導(dǎo)線間距離要盡量加大。對于信號回路，印制銅箔條的）導(dǎo)線間距離要盡量加大。對于信號回路，印制銅箔條的相互距離要有足夠的尺寸，而且這個距離要隨信號頻率的升高相互距離要有足夠的尺寸，而且這個距離要隨信號頻率的升高而加大，尤其是頻率極高或脈沖前言十分陡峭的情況更要注意而加大，尤其是頻率極高或脈沖前言十分陡峭的情況更要注意，只有這樣才降低導(dǎo)線之間分布電容的影響。，只

59、有這樣才降低導(dǎo)線之間分布電容的影響。（5）高電壓或大電流線路對其它線路更容易形成干擾，低電）高電壓或大電流線路對其它線路更容易形成干擾，低電平或小電流信號線路容易受到感應(yīng)干擾，布線時使兩者盡量相平或小電流信號線路容易受到感應(yīng)干擾，布線時使兩者盡量相互遠(yuǎn)離，避免平行鋪設(shè)，采用屏蔽等措施?；ミh(yuǎn)離，避免平行鋪設(shè)，采用屏蔽等措施。（7）所有線路盡量沿直流地鋪設(shè)，盡量避免沿交流地鋪設(shè)。）所有線路盡量沿直流地鋪設(shè)，盡量避免沿交流地鋪設(shè)。（8）電源線的布線除了要盡量加粗導(dǎo)體寬度外，采取使電源）電源線的布線除了要盡量加粗導(dǎo)體寬度外，采取使電源線、地線的走向與數(shù)據(jù)傳遞的方向一致，將有助于增強抗噪聲線、地線的走向

60、與數(shù)據(jù)傳遞的方向一致，將有助于增強抗噪聲52能力。能力。（9）走線不要有分支，這可避免在傳輸高頻信號導(dǎo)致反射干）走線不要有分支，這可避免在傳輸高頻信號導(dǎo)致反射干擾或發(fā)生諧波干擾擾或發(fā)生諧波干擾,如如圖圖14-15所示。所示。14.7軟件抗干擾措施軟件抗干擾措施 單片機系統(tǒng)在噪聲環(huán)境下運行，除了前面介紹的各種抗干擾單片機系統(tǒng)在噪聲環(huán)境下運行，除了前面介紹的各種抗干擾的措施外，還可采用軟件來增強系統(tǒng)的抗干擾能力。本節(jié)介紹的措施外，還可采用軟件來增強系統(tǒng)的抗干擾能力。本節(jié)介紹幾種常用軟件抗干擾的方法。幾種常用軟件抗干擾的方法。14.7.1 軟件抗干擾的一般方法軟件抗干擾的一般方法 軟件抗干擾技術(shù)是當(dāng)