《智能化儀器原理及應(yīng)用》課件-第7章

第7章智能儀器常見(jiàn)故障與調(diào)試

7.1智能儀器常見(jiàn)故障診斷與處理7.2智能儀器的調(diào)試方法

7.3智能儀器抗干擾技術(shù)及使用注意事項(xiàng)本章小結(jié)思考題與習(xí)題

7.1.1常見(jiàn)故障類(lèi)型智能儀器的故障類(lèi)型一般可分為硬件故障和軟件故障兩大類(lèi)。

1.常見(jiàn)的硬件故障

1）邏輯錯(cuò)誤儀器硬件的邏輯錯(cuò)誤通常是由于設(shè)計(jì)錯(cuò)誤、加工過(guò)程中工藝性錯(cuò)誤或使用中其他因素所造成的。這類(lèi)錯(cuò)誤主要包括錯(cuò)線、開(kāi)路、短路、相位出錯(cuò)等幾種情況，其中短路是最常見(jiàn)的也是較難排除的故障。7.1智能儀器常見(jiàn)故障診斷與處理智能儀器在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上往往要求體積小，從而使印制電路板的布線密度高，使用中異物等常常造成引線之間的短路而引起故障。開(kāi)路故障則常常是由于印制電路板的金屬化孔質(zhì)量不好，或接插件接觸不良所造成的。

2）元器件失效元器件失效的原因主要有兩個(gè)方面：一是元器件本身已損壞或性能差，諸如電阻、電容的型號(hào)、參數(shù)不正確，集成電路已損壞，器件的速度、功耗等技術(shù)參數(shù)不符合要求等；二是由于組裝原因造成的元器件失效，如電容、二極管、三極管的極性錯(cuò)誤，集成塊的方向安裝錯(cuò)誤等。

3）可靠性差引起系統(tǒng)不可靠的因素有很多，例如，金屬化孔質(zhì)量不好、接插件接觸不良會(huì)造成系統(tǒng)時(shí)好時(shí)壞，經(jīng)不起振動(dòng)；內(nèi)部和外部的干擾、電源的紋波系數(shù)過(guò)大、器件負(fù)載過(guò)大等都會(huì)造成邏輯電平不穩(wěn)定；另外，走線和布局的不合理等情況也會(huì)引起系統(tǒng)可靠性差。

4）電源故障若智能儀器存在電源故障，則加電后將造成器件損壞。電源的故障包括：電壓值不符合設(shè)計(jì)要求；電源引出線和插座不對(duì)應(yīng)；各擋電源之間短路；變壓器功率不足，內(nèi)阻大，負(fù)載能力差等。

2.常見(jiàn)的軟件故障

1）程序失控這種故障現(xiàn)象是指以斷點(diǎn)連續(xù)方式運(yùn)行時(shí)，目標(biāo)系統(tǒng)沒(méi)有按規(guī)定的功能進(jìn)行操作或什么結(jié)果也沒(méi)有。這是由于程序轉(zhuǎn)移到?jīng)]有預(yù)料到的地方或在某處循環(huán)所造成的。這類(lèi)錯(cuò)誤產(chǎn)生的原因有：程序中轉(zhuǎn)移地址計(jì)算有誤、堆棧溢出、工作寄存器沖突等。在采用實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)時(shí)，錯(cuò)誤可能在操作系統(tǒng)中，比如沒(méi)有完成正確的任務(wù)調(diào)度操作；也可能在高優(yōu)先級(jí)任務(wù)程序中，比如該任務(wù)不釋放處理機(jī)，使CPU在該任務(wù)中死循環(huán)。

2）中斷錯(cuò)誤（1）不響應(yīng)中斷。這種故障是指CPU不響應(yīng)任何中斷或不響應(yīng)某一個(gè)中斷。這種錯(cuò)誤的現(xiàn)象是連續(xù)運(yùn)行時(shí)不執(zhí)行中斷服務(wù)程序的規(guī)定操作。當(dāng)斷點(diǎn)設(shè)在中斷入口或中斷服務(wù)程序中時(shí)反而碰不到斷點(diǎn)。造成錯(cuò)誤的原因有：中斷控制寄存器（IE、IP）初值設(shè)置不正確，使CPU沒(méi)有開(kāi)放中斷或不允許某個(gè)中斷源請(qǐng)求；對(duì)片內(nèi)的定時(shí)器、串行口等特殊功能寄存器的擴(kuò)展I/O口編程有錯(cuò)誤，造成中斷沒(méi)有被激活；某一中斷服務(wù)程序不是以RETI指令作為返回主程序的指令，CPU雖已返回到主程序，但內(nèi)部中斷狀態(tài)寄存器并沒(méi)有被清除，因而不響應(yīng)中斷；由于外部中斷的硬件故障使外部中斷請(qǐng)求失效。（2）循環(huán)響應(yīng)中斷。這種故障是CPU循環(huán)地響應(yīng)某一個(gè)中斷，使CPU不能正常地執(zhí)行主程序或其他的中斷服務(wù)程序。這種錯(cuò)誤大多發(fā)生在外部中斷中。若外部中斷以電平觸發(fā)方式請(qǐng)求中斷，那么當(dāng)中斷服務(wù)程序沒(méi)有有效清除外部中斷源（例如，8251的發(fā)送中斷和接收中斷在8251受到干擾時(shí)，不能被清除）時(shí)，或由于硬件故障使得中斷一直有效時(shí)，CPU將連續(xù)響應(yīng)該中斷。

3）輸入/輸出錯(cuò)誤這類(lèi)錯(cuò)誤包括輸入操作雜亂無(wú)章或根本不動(dòng)作。錯(cuò)誤的原因有：輸出程序沒(méi)有和I/O硬件協(xié)調(diào)好（如地址錯(cuò)誤、寫(xiě)入的控制字和規(guī)定的I/O操作不一致等）；時(shí)間上沒(méi)有同步；硬件中還存在故障等。總之，軟件故障相對(duì)比較隱蔽，容易被忽視，查找起來(lái)一般很困難，通常需要測(cè)試者具有豐富的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)。7.1.2故障診斷的基本方法前面已經(jīng)說(shuō)過(guò)，由于微處理器引入到儀器儀表中，智能儀器的功能大大增強(qiáng)，同時(shí)也給診斷故障和排除故障增加了困難。首先，判斷出儀器故障屬于軟件故障還是硬件故障就比較困難，這項(xiàng)工作要求維修人員具有豐富的微處理器硬件知識(shí)和一定的軟件編程技術(shù)，正確判斷故障的原因。

雖然利用自診斷程序可以幫助我們進(jìn)行故障的定位，但是，任何診斷程序都要在一定的環(huán)境下運(yùn)行，如電源、微處理器工作正常等。當(dāng)系統(tǒng)的故障已經(jīng)破壞了這個(gè)環(huán)境，診斷程序本身都無(wú)法運(yùn)行時(shí)，診斷自然就無(wú)能為力了；另外，診斷程序所列出的結(jié)果有時(shí)并不是唯一的，不能定位在某一具體部位或芯片上。因此，必要時(shí)還應(yīng)輔以人工診斷才能奏效。下面介紹一些診斷故障的基本方法。

1.敲擊與手壓法我們經(jīng)常會(huì)遇到儀器運(yùn)行時(shí)好時(shí)壞的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象大多數(shù)是由于接觸不良或虛焊造成的，對(duì)于這種情況可以采用敲擊與手壓法。

所謂敲擊，就是對(duì)可能產(chǎn)生故障的部位，通過(guò)橡皮榔頭或其他敲擊物輕輕敲打插件板或部件，看看是否會(huì)引起出錯(cuò)或停機(jī)故障。所謂手壓，就是在故障出現(xiàn)時(shí)，關(guān)上電源后，對(duì)插接的部件和插頭插座重新用手壓牢，再開(kāi)機(jī)試試是否會(huì)消除故障。如果發(fā)現(xiàn)敲打一下機(jī)殼正常，最好先將所有接插頭重新插牢再試；如果手壓后儀器正常，則將所壓部件或插頭的接觸故障消除后再試；若上述方法仍不成功，則選用其他辦法。

2.利用感覺(jué)法這種方法利用視覺(jué)、嗅覺(jué)和觸覺(jué)發(fā)現(xiàn)故障并確定故障的部位。某些時(shí)候，損壞了的元器件會(huì)變色、起泡或出現(xiàn)燒焦的斑點(diǎn)；燒壞的器件會(huì)產(chǎn)生一些特殊的氣味；出故障的芯片會(huì)變得很燙；另外，有時(shí)用肉眼也可以觀察到虛焊或脫焊處。

3.拔插法所謂“拔插法”，是通過(guò)拔插智能儀器機(jī)內(nèi)一些插件板、器件來(lái)判斷故障原因的方法。如果拔除某一插件或器件后儀器恢復(fù)正常，則就說(shuō)明故障發(fā)生在那里。

4.元器件交換試探法

這種方法要求有兩臺(tái)同型號(hào)的儀器或有足夠的備件。將一個(gè)好的備品與故障機(jī)上的同一元器件進(jìn)行替換，查看故障是否消除，以找出故障器件或故障插件板。

5.信號(hào)對(duì)比法這種方法也要求有兩臺(tái)同型號(hào)的儀器，其中有一臺(tái)必須是正常運(yùn)行的。使用這種方法還要具備必要的設(shè)備，例如萬(wàn)用表、示波器等。按比較的性質(zhì)可將其分為電壓比較、波形比較、靜態(tài)電阻比較、輸出結(jié)果比較、電流比較等。

具體的做法是：讓有故障的儀器和正常的儀器在相同情況下運(yùn)行，而后檢測(cè)一些點(diǎn)的信號(hào)，再比較所測(cè)的兩組信號(hào)。若有不同，則可以斷定故障出在這里。這種方法要求維修人員具有相當(dāng)?shù)闹R(shí)和技能。

6.升降溫法有時(shí)，儀表工作時(shí)間較長(zhǎng)或在夏季工作環(huán)境溫度較高時(shí)就會(huì)出現(xiàn)故障。關(guān)機(jī)檢查時(shí)正常，停一段時(shí)間再開(kāi)機(jī)也正常，但是過(guò)一會(huì)兒又出現(xiàn)故障，這種故障是由于個(gè)別IC或元器件性能差，高溫特性參數(shù)達(dá)不到指標(biāo)要求所致。為了找出故障原因，可以采用升降溫方法。所謂降溫，就是在故障出現(xiàn)時(shí)，用棉簽將無(wú)水酒精在可能出故障的部位抹擦，使其降溫，觀察故障是否消除。所謂升溫，就是人為地把環(huán)境溫度升高，比如將加熱的電烙鐵靠近有疑點(diǎn)的部位（注意，切不可將溫度升得太高以致?lián)p壞正常器件），試看故障是否出現(xiàn)。

7.騎肩法騎肩法也稱(chēng)并聯(lián)法。把一塊好的IC芯片安裝在要檢查的芯片之上，或者把好的元器件（電阻、電容、二極管、三極管等）與要檢查的元器件并聯(lián)，保持良好的接觸。如果故障是由器件內(nèi)部開(kāi)路或接觸不良等原因造成的，則采用這種方法可以排除。

8.電容旁路法

當(dāng)某一電路產(chǎn)生比較奇怪的現(xiàn)象，例如顯示器上顯示混亂時(shí)，可以用電容旁路法確定有問(wèn)題的電路部分。例如，將電容跨接在IC的電源和地端；將晶體管電路跨接在基極輸入端或集電極輸出端，觀察對(duì)故障現(xiàn)象的影響。如果電容旁路輸入端無(wú)效，而旁路它的輸出端時(shí)，故障現(xiàn)象消失，則問(wèn)題就出現(xiàn)在這一級(jí)電路中。

9.改變?cè)瓲顟B(tài)法

一般來(lái)說(shuō)，在故障未確定前，不要隨便觸動(dòng)電路中的元器件，特別是可調(diào)整式元器件，例如電位器。但是，如果事先采取復(fù)位參考措施（例如，在未觸動(dòng)前先做好位置記號(hào)或測(cè)出電壓值或電阻值等），必要時(shí)還是允許觸動(dòng)的，也許改變之后故障會(huì)消除。

10.故障隔離法故障隔離法不需要相同型號(hào)的設(shè)備或備件做比較，而且安全可靠。根據(jù)故障檢測(cè)流程圖，分割包圍逐步縮小故障搜索范圍，再配合信號(hào)對(duì)比、部件交換等方法，一般會(huì)很快查到故障所在。

11.使用工具診斷法

利用維修工具和測(cè)試設(shè)備對(duì)IC芯片、電阻、電容、二極管、三極管、晶閘管等元器件進(jìn)行測(cè)試、分析、判斷。測(cè)試觀察的內(nèi)容主要是信號(hào)波形、電流、電壓、頻率、相位等參數(shù)，根據(jù)這些信息進(jìn)行故障診斷。

12.直接經(jīng)驗(yàn)法

維修人員經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的維護(hù)實(shí)踐，對(duì)于所使用的儀器系統(tǒng)已比較熟悉，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，清楚什么部位有什么特征，什么是正?，F(xiàn)象，什么是異?，F(xiàn)象。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，常常可用直接觀察的方法，憑借維修經(jīng)驗(yàn)，找出故障并迅速排除。

13.軟件診斷法軟件診斷法也是智能儀器的一種有效的故障診斷方法。通常智能儀器都具有故障自動(dòng)診斷功能，這是由預(yù)先編制的軟件程序?qū)崿F(xiàn)的。具體方法已在第2章介紹過(guò)，這里不再贅述。7.1.3故障的處理方法上面介紹了故障診斷的一些方法，但診斷出故障的準(zhǔn)確部位只能說(shuō)是完成了維修工作的一大部分，剩下的10％的任務(wù)是修理工作。即便是這一小部分工作，如果不加以重視，也會(huì)達(dá)不到預(yù)期的目標(biāo)甚至是功虧一簣。本節(jié)主要介紹一些智能儀器修理方面的知識(shí)，這些知識(shí)對(duì)于其他電子產(chǎn)品的修理也是適用的。

1.去除被替換元器件如果診斷出某個(gè)元器件已經(jīng)損壞，或者懷疑它有問(wèn)題，就要把它從原位置上取下來(lái)。這一工作對(duì)于有兩個(gè)接線端或者帶插座的IC器件是比較容易的，但是對(duì)于那些直接焊接在印制電路板上的IC芯片或者多頭的元器件，如三極管、繼電器、電阻排等，就絕非易事。要拆除這類(lèi)元器件一般可用下面幾種方法：

(1)使用“塑料吸管”，也就是不帶電烙鐵的吸錫器。使用過(guò)程是先用電烙鐵加熱要去除的焊錫，直到其熔化，然后把吸錫器對(duì)準(zhǔn)熱的焊錫，快速移去烙鐵，同時(shí)放松吸錫器真空泵上的彈簧，這樣就能把焊錫吸掉。

(2)先將獸醫(yī)用的大號(hào)注射針頭磨平，然后一邊用烙鐵加熱焊錫使其熔化，一邊快速將針頭套住引腳插下去，使焊錫與引腳分離。

(3)先用一根銅絲束帶與焊錫相接觸，然后加熱焊點(diǎn)附近處的銅束，銅束很快升溫，并且把熱量傳給焊錫，焊錫就熔化，在毛細(xì)作用下進(jìn)入銅絲束帶，直到被吸走。

(4)采用一種叫做“起出器”和“熔焊頭”的專(zhuān)用工具。要焊下芯片時(shí)，只要把這個(gè)“起出器”插在芯片上，同時(shí)用“熔焊頭”在印制板的背面加熱，待焊錫全部熔化后，壓下“起出器”上方的按鈕，這時(shí)彈簧片對(duì)芯片產(chǎn)生一個(gè)向上的彈力，芯片就會(huì)彈起，脫離電路板。

2.去除焊接殘留物取出元器件后，電路板孔中不可避免地還有殘留的焊錫。這時(shí)可以先加熱使其熔化，然后快速地將牙簽或小鐵釘插入孔中，待焊錫冷卻后拔出，這樣就能使孔保持敞開(kāi)，以便以后再插入元器件。去除堵在焊孔中的焊錫的另一種方法是使用微型鉆頭把焊孔鉆通，但采用這種方法時(shí)，一定要把鉆孔產(chǎn)生的碎屑全部清除干凈?？梢杂梅糯箸R來(lái)進(jìn)行仔細(xì)檢查。

3.修理電路板在焊上新元件以前，先要檢查一下有沒(méi)有與板脫離了的導(dǎo)線或焊片。如果導(dǎo)線斷了，則應(yīng)重新焊接使導(dǎo)線連上，可使用18?；?0＃導(dǎo)線。最好將背面有黏著劑的印制線重新貼在損壞的地方，刮去新印制線兩端表面的氧化層，使它能與老的線路相焊接，再把多余的錫粒全部掃清。

4.檢查替換的元器件在焊接以前先檢查一下替換的元器件是很有必要的。這就需要維修人員具有較高的理論知識(shí)和測(cè)試技術(shù)，借助于常用的測(cè)試儀器對(duì)電阻、電容、二極管、三極管、IC芯片等進(jìn)行測(cè)試判斷。也可采用更簡(jiǎn)單的辦法，把芯片和其他元器件的引腳插到對(duì)應(yīng)的焊孔中，并且用牙簽塞緊，然后上電。如果功能正常，則可以拔去牙簽，焊上元件。

5.焊接毫無(wú)疑問(wèn),手工焊接是電子維修中最不引起重視、最容易操作失誤的一項(xiàng)工作。許多人不但焊接技術(shù)差，而且選用的烙鐵也常常不合適。焊接不是僅僅簡(jiǎn)單地把兩種金屬連在一起，它的正確意義是，把兩種金屬熔化并組合成一種緊密結(jié)合的、牢靠的電氣連接。在這一過(guò)程中對(duì)時(shí)間和溫度的要求很?chē)?yán)，在正確使用烙鐵時(shí)，手工焊接通常在1.5s或更短的時(shí)間內(nèi)完成。

為了清潔焊接處的油膩、灰塵或氧化層，應(yīng)該使用品質(zhì)良好的清潔助焊劑。焊接成功的關(guān)鍵是電烙鐵。要選擇一把工作溫度與要修理的電路板相適應(yīng)的電烙鐵，功率太低或太高的電烙鐵都是不合適的。烙鐵頭應(yīng)該盡可能大些，但要比被焊的元件稍小。為了使烙鐵頭不被氧化腐蝕，在使用過(guò)程中隨時(shí)給焊頭燙上一層錫，這樣既可以使熱傳導(dǎo)加快，同時(shí)也可以避免其被氧化。用舊了的焊頭總是發(fā)黑而骯臟的，并有被腐蝕的凹坑，它的導(dǎo)熱性能不那么好，應(yīng)該用砂紙進(jìn)行摩擦后重新?tīng)C上錫，就能再次使用。

在焊頭還未冷卻時(shí)用濕海綿進(jìn)行擦拭是一種錯(cuò)誤的方法，這樣會(huì)擦去其保護(hù)層，從而使焊頭表面暴露在空氣中受到氧化。最好的方法是燙上一些新的錫。

6.調(diào)試修理完畢后，應(yīng)該對(duì)某些參數(shù)重新調(diào)試并試運(yùn)行，使得維修后儀器的性能指標(biāo)和原來(lái)的產(chǎn)品一致。只有這樣，整個(gè)維修任務(wù)才算完成，否則就得重新維修。7.1.4儀器設(shè)備故障診斷步驟儀器設(shè)備的檢修就是對(duì)儀器設(shè)備故障的查找、確定和排除的過(guò)程。儀器設(shè)備的檢修過(guò)程，是思維過(guò)程和提供邏輯推理線索的測(cè)試過(guò)程。所以，調(diào)試和檢修人員必需要善于在儀器設(shè)備的維護(hù)、測(cè)試、檢修實(shí)踐過(guò)程中，逐漸地積累經(jīng)驗(yàn)，不斷地提高水平。

一般智能化電子儀器都是由較多的元器件或組件構(gòu)成的。在維護(hù)、檢修電子儀器時(shí)，若僅靠直接測(cè)試電子儀器中的每一個(gè)元器件來(lái)發(fā)現(xiàn)儀器的故障將十分費(fèi)時(shí)，而且真正實(shí)施起來(lái)也很困難。對(duì)于一個(gè)具備豐富工作經(jīng)驗(yàn)的電子儀器檢修工作者來(lái)說(shuō)，通過(guò)對(duì)儀器異?，F(xiàn)象的觀察，便可知道哪一個(gè)功能塊或部件甚至是哪一個(gè)元器件出了問(wèn)題。

從故障現(xiàn)象到故障原因的對(duì)號(hào)入座式的檢修方式，是一種重要的檢修入門(mén)方法，特別適宜于典型的單一型號(hào)產(chǎn)品的檢修人員的培訓(xùn)。如果要使自己成為一個(gè)有系統(tǒng)的、有條理的、適應(yīng)能力強(qiáng)的現(xiàn)代智能電子儀器的維修、測(cè)試、檢修工作者，就不能僅僅滿(mǎn)足于對(duì)號(hào)入座式的檢修方法。一般而言，要做好電子儀器的測(cè)試檢修工作，首先要有一個(gè)技術(shù)準(zhǔn)備，如通過(guò)待修設(shè)備技術(shù)說(shuō)明書(shū)及有關(guān)資料，了解待修設(shè)備的工作原理、技術(shù)指標(biāo)、電氣性能、電路數(shù)據(jù)、使用和檢查方法等；還要有一定的物質(zhì)準(zhǔn)備，如測(cè)試儀器、檢修工具、工作場(chǎng)地、供電電源等。其次是進(jìn)行調(diào)查和分析判斷，如通過(guò)詢(xún)問(wèn)設(shè)備操作人員，并自己親自開(kāi)機(jī)觀察，以便全面地了解待修儀器設(shè)備的故障發(fā)生情況和故障現(xiàn)象，并借鑒以往的檢修經(jīng)驗(yàn)，分析判斷設(shè)備發(fā)生故障的原因。在這些基礎(chǔ)上，選擇檢修方案，安排最佳排除故障工作方案，按預(yù)定方案進(jìn)行檢查，找出故障的真正原因并修理，直至排除故障修復(fù)儀器設(shè)備。再次是整理工作，如恢復(fù)電路原狀，做好清潔工作，擦拭焊點(diǎn)，整頓元器件位置和走線方向等。最后是檢驗(yàn)工作，對(duì)設(shè)備進(jìn)行通電測(cè)試，檢查故障是否真正排除，設(shè)備工作是否正常；做必要的定性檢查甚至是定量測(cè)試檢定，看是否符合技術(shù)指標(biāo)的要求等。一般在檢修結(jié)束之后，還要做好總結(jié)工作，如填檢修和鑒定記錄，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)。

一個(gè)剛剛從事電子儀器檢修工作的人，一般宜按“初步檢查，確定故障癥狀；熟悉整機(jī)，確定，故障區(qū)域；縮小區(qū)域，找出故障電路；縮小范圍，找出故障位置；消除故障，檢驗(yàn)修復(fù)設(shè)備”這5個(gè)步驟進(jìn)行檢修工作。下面介紹對(duì)一般電子儀器進(jìn)行具體測(cè)試、檢修工作時(shí)的5個(gè)步驟。

1.初步檢查，確定故障癥狀通過(guò)初步檢查，要求檢修者能正確判斷、識(shí)別、確定儀器設(shè)備的故障癥狀。對(duì)于完全不能工作的電子儀器，一般來(lái)說(shuō)識(shí)別其故障并不困難。如當(dāng)一臺(tái)電視機(jī)接通電源后，若既無(wú)圖像又無(wú)聲音且指示燈也不亮，這就是一種比較明確的故障；對(duì)于仍可工作，卻不能完成其正常功能的電子設(shè)備，如電視機(jī)接通電源后，圖像和聲音都有，但圖像質(zhì)量差且有嗡嗡聲，這種情況下識(shí)別故障就不太容易了。

所謂電子儀器的故障癥狀，就是電子儀器特性的一種偏離或改變。實(shí)際上，對(duì)電子儀器故障癥狀的判斷、識(shí)別、確定的過(guò)程，就是分析電子儀器工作正常與否的一種技術(shù)過(guò)程。在初步檢查、確定故障癥狀的過(guò)程中，特別要注意區(qū)分（別）以下三種情況。

1）區(qū)分故障癥狀和非故障癥狀在初步檢查、確定故障癥狀的過(guò)程中，一定要注意區(qū)分故障癥狀和非故障癥狀。如一臺(tái)工作正常的電視機(jī)，應(yīng)該圖像清晰、正常。如果圖像發(fā)生垂直方向的滾動(dòng)，就是一種故障癥狀（場(chǎng)同步故障）；但如果由于該地區(qū)的廣播信號(hào)弱或天線方向不對(duì)等，本來(lái)工作性能正常的電視機(jī)現(xiàn)在卻不能保證圖像質(zhì)量，這就是一種非故障癥狀，此時(shí)切忌盲目動(dòng)手打開(kāi)機(jī)箱修理。智能儀器也一樣，當(dāng)使用場(chǎng)合不能滿(mǎn)足技術(shù)條件時(shí)所出現(xiàn)的異常情況不一定是故障。

2）區(qū)分設(shè)備故障和設(shè)備性能下降在初步檢查、確定故障癥狀的過(guò)程中，要注意區(qū)分設(shè)備故障和設(shè)備性能下降。當(dāng)然，設(shè)備性能下降也屬于一種故障，是另一類(lèi)性質(zhì)的、較難檢修的故障。

3）區(qū)分設(shè)備故障和操作不當(dāng)在初步檢查、確定故障癥狀的過(guò)程中，特別要注意嚴(yán)格區(qū)別設(shè)備故障和操作不當(dāng)?shù)漠惓０Y狀。例如，一臺(tái)收音機(jī)喇叭無(wú)聲，這似乎是一個(gè)明顯的故障，它可能是某個(gè)電路或某個(gè)元器件損壞引起的；但是當(dāng)音量調(diào)節(jié)旋鈕調(diào)到最小時(shí)，也可能出現(xiàn)無(wú)聲癥狀。同樣，當(dāng)一臺(tái)電視機(jī)或一臺(tái)示波器屏幕上無(wú)光柵或光點(diǎn)時(shí)，這似乎也是一個(gè)明顯的故障，它可能是顯像管或示波管燒壞或高壓供電部分損壞等引起的；但是也有可能是由于亮（輝）度控制旋鈕調(diào)到了最小位置造成的。按照電子儀器的檢查、調(diào)整、校準(zhǔn)、測(cè)試步驟進(jìn)行操作，對(duì)確定電子儀器具體故障癥狀是十分重要的，這可排除大量由于使用者操作不當(dāng)造成的異?，F(xiàn)象被誤認(rèn)為是儀器故障的可能。

在不打開(kāi)電子儀器箱板的情況下，通過(guò)調(diào)節(jié)電子儀器面板裝置進(jìn)行檢查、調(diào)整、校準(zhǔn)和測(cè)試，一般均能明確電子儀器的故障癥狀。這種檢查雖然不一定要求對(duì)整個(gè)電子儀器電路有十分詳盡的了解，且這種檢查似乎相當(dāng)表面化，然而這一步卻不容忽視。電子儀器的維護(hù)、測(cè)試、檢修實(shí)踐證明，眾多有故障的電子儀器，在初步檢查中，即可明確故障癥狀甚至排除故障。而一個(gè)檢修工作者在初步檢查時(shí)所采取的做法，常常是他們的維護(hù)、測(cè)試、檢修水平高低的反映。

總之，初步檢查、確定故障癥狀的過(guò)程，主要是運(yùn)用電子儀器運(yùn)行和操作控制方面的知識(shí)，對(duì)電子儀器進(jìn)行定性觀察、檢查的過(guò)程。

2.熟悉整機(jī)，確定故障區(qū)域電子儀器都可以細(xì)分為若干系統(tǒng)或單元，每一個(gè)系統(tǒng)或單元都有其確定的功能。要熟悉整機(jī)，必須首先了解電子儀器的功能原理圖。由于功能原理圖通常用方框來(lái)表示，因此又稱(chēng)其為原理方框圖(或功能方框圖)。功能方框圖是電路原理圖的簡(jiǎn)化。一個(gè)從事電子儀器維護(hù)、測(cè)試、檢修的工作者，對(duì)于功能方框圖的理解情況，一定程度上反映了他對(duì)這類(lèi)電子儀器的熟悉程度。功能方框圖簡(jiǎn)單明了地說(shuō)明了整個(gè)電子儀器有幾個(gè)系統(tǒng)、幾級(jí)電路，各個(gè)系統(tǒng)、各級(jí)電路之間的聯(lián)系(連接)如何，各個(gè)系統(tǒng)、各級(jí)電路的正常輸入和輸出情況如何等。

電子儀器故障大多是設(shè)備某一部分的功能失常所引起的。因此，一個(gè)電子儀器的維護(hù)、測(cè)試、檢修工作者，如果熟悉了功能方框圖，在分析故障時(shí)便有事半功倍的效果。當(dāng)然，對(duì)電子儀器做進(jìn)一步的了解和檢修時(shí)，需要配合電路原理圖。電路原理圖提供了詳細(xì)的技術(shù)數(shù)據(jù)，給出了電路中所有部件和元器件的功能關(guān)系。

為了能有條理地查找故障，必須具有預(yù)先判斷電子儀器功能和各種癥狀間相互關(guān)系的能力。確定故障區(qū)域意味著必須確定故障實(shí)際出現(xiàn)在哪個(gè)功能塊。舉一個(gè)電視機(jī)故障檢修的例子，若其圖像和聲音都差，則故障可能出現(xiàn)在圖像和聲音共同的功能塊上(如圖像信號(hào)系統(tǒng)部分)；另外，如果圖像是好的而聲音差，則故障可能出現(xiàn)在音頻級(jí)(如伴音系統(tǒng))。如果電子儀器的生產(chǎn)廠提供了該儀器的功能方框圖和故障癥狀一覽表，那么確定電子儀器故障區(qū)域就比較容易了。

現(xiàn)代電子儀器趨向于采用可替換部件的結(jié)構(gòu)，如印制電路板采用插入式。檢查這樣的電子儀器，確定其故障區(qū)域的過(guò)程和方法不盡相同，具體可按順序插拔替換組件或電路板，直到查清故障在哪一個(gè)部件上為止的方法。如果更換某部件后電子儀器恢復(fù)正常，則故障出在該部件上。這種方法在檢修技術(shù)的書(shū)本上不能算作是經(jīng)典的檢修方法，但是這種方法在有接插件的電子儀器檢修實(shí)踐中顯得尤其有效。當(dāng)然，在檢修過(guò)程中，要注意到這種儀器容易出現(xiàn)插件和插座間接觸不良的現(xiàn)象。另外，由于組件不一定完全按功能塊來(lái)劃分，因此故障癥狀與組件不一定有完全直接的對(duì)應(yīng)關(guān)系。總之，熟悉整機(jī)，確定故障區(qū)域這一步驟是在熟悉整機(jī)功能方框圖的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，只有借助于方框圖，才能進(jìn)行分析、判斷、推論，并查出有故障的功能塊。

3.縮小區(qū)域，找出故障電路

前面介紹的測(cè)試檢修步驟均借助于功能方框圖進(jìn)行，一般并不使用電路原理圖。在進(jìn)行縮小故障區(qū)域，查出具體故障所在電路這一步驟時(shí)，將開(kāi)始使用電路原理圖，并大量運(yùn)用測(cè)試儀器與測(cè)試技術(shù)。不論查找電路故障的程序是如何安排的，目的只是通過(guò)邏輯判斷和進(jìn)行合理的測(cè)試，不斷縮小故障區(qū)域。在這個(gè)過(guò)程中，要努力減少失誤。

為了把電子儀器故障判斷縮小到某一級(jí)電路，在多級(jí)放大電路這一類(lèi)電路下，通?？刹捎眯盘?hào)尋跡法或信號(hào)注入法進(jìn)行檢查。檢查時(shí)，在被檢修儀器的輸入端加上額定的輸入信號(hào)，由前向后逐級(jí)檢查輸出情況；或在被檢修儀器各分級(jí)輸入端，由后往前逐級(jí)加上規(guī)定的輸入信號(hào)，同時(shí)檢查末級(jí)輸出情況（指示）。通常，在晶體管電路中，輸入信號(hào)從基極加入，輸出[HJ]信號(hào)從集電極檢出；在電子管電路中，輸入信號(hào)從柵極加入，輸出信號(hào)從陽(yáng)極檢出。當(dāng)判別出某一級(jí)的輸入為正常而輸出為異常時(shí)，即可判定這一級(jí)就是有故障的。在另一類(lèi)電路組合中，如果要把電源供給電路與多路負(fù)載電路的故障區(qū)域縮小到某一級(jí)電路，可采用電路分隔法。具體檢查時(shí)，可采用斷開(kāi)（分隔）負(fù)載電路的方法，以判斷故障電路所在?？傊?，縮小故障區(qū)域，找出故障電路，是利用已得到的故障癥狀判斷和確定故障區(qū)域的信息，進(jìn)一步查找出可能發(fā)生故障的具體電路的。在這一步驟中，除繼續(xù)運(yùn)用功能原理圖外，開(kāi)始利用電路原理圖，深入查找出故障電路；并且開(kāi)始大量運(yùn)用測(cè)試儀器與測(cè)試技術(shù)，借助儀器與測(cè)試技術(shù)迅速地縮小區(qū)域，找出故障所在電路。

4.縮小范圍，找出故障位置在判定了有故障的電路級(jí)的基礎(chǔ)上，接下來(lái)即可縮小故障范圍，查找出具體故障的元器件位置。這一步不僅要確定故障元器件的位置，而且要分析判斷所找到的故障元器件是否是真正的故障源，或是由于其他原因造成的故障（前一種故障習(xí)慣上稱(chēng)為“源發(fā)性故障”，后一種故障習(xí)慣上稱(chēng)為“繼發(fā)性故障”），還要進(jìn)一步分析判斷該元器件的損壞是否還會(huì)造成其他元器件的損壞。因?yàn)橐粋€(gè)元器件的損壞常常會(huì)引起電路中電壓和電流的不正常，也可能造成其他元器件的損壞，所以查出的已損壞的元器件可能是故障的根源，也可能不是故障的根源，而是故障產(chǎn)生的結(jié)果，這些必須引起大家的重視。

在查找故障元器件時(shí)，可以運(yùn)用直覺(jué)檢查法。這是在查找故障的電路之后，確定該級(jí)電路中具體故障位置（元器件）時(shí)首先采用的方法。該方法是憑人的直覺(jué)，即視覺(jué)、嗅覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)和觸覺(jué)來(lái)檢查故障的。

在已判定了有故障電路的情況下，若用直覺(jué)檢查法未能找到該級(jí)明顯的故障元器件，則可采用測(cè)試該級(jí)電路工作狀態(tài)的辦法，把故障范圍縮小到故障的元器件。此法通常稱(chēng)為參數(shù)測(cè)試法，是電子設(shè)備檢修中的一個(gè)基本方法。運(yùn)用此法一般都能比較快地找出有故障的元器件。用參數(shù)測(cè)試法進(jìn)行具體檢查時(shí)，可在設(shè)備不通電（即不開(kāi)機(jī)）的情況下測(cè)量電阻（甚至拆下元器件測(cè)量參數(shù)）；在設(shè)備通電（即開(kāi)機(jī)）的情況下測(cè)量電路的波形和電壓（又有靜態(tài)和動(dòng)態(tài)之分）。

雖然現(xiàn)代電子儀器中開(kāi)始普遍采用集成電路組件模塊，但在更換采用插拔式、可替換的集成電路模塊之前，仍需要對(duì)集成電路組件模塊外圍部分的電路元器件進(jìn)行測(cè)試檢查。在早期的電子儀器中大量采用電子管，由于電子管是插拔式可替換器件，因此有些檢修工作者往往習(xí)慣采用替代法更換檢查，或在測(cè)試儀器上測(cè)試所有電子管。我們并不推薦這種方法，特別是在現(xiàn)代電子設(shè)備檢修過(guò)程中，我們不贊成在對(duì)電路未做任何檢查的情況下，隨便更換元器件或模塊，因?yàn)檫@不能完全排除電路的故障。正確的做法應(yīng)該是在查出哪一個(gè)電路有故障以后，才替換、測(cè)試元器件或模塊。總之，在對(duì)電路進(jìn)行檢查的基礎(chǔ)上，首先區(qū)別故障元器件是由于長(zhǎng)期使用而自然損壞，還是由于電路故障而引起的損壞，隨后才著手工作。

故障癥狀和波形有一定的關(guān)系。在查找故障級(jí)電路時(shí)，通常要分析該電路的輸出信號(hào)波形，用示波器觀察、測(cè)量其波形形狀，具體分析信號(hào)的幅度參數(shù)和時(shí)間參數(shù)等。通過(guò)對(duì)波形的詳細(xì)分析，通常可以正確地指出有故障電路的位置。通過(guò)測(cè)試確定有故障元器件位置時(shí)，需要在工作電路輸入已知的測(cè)試信號(hào)，并測(cè)量其輸出端的信號(hào)波形與參數(shù)。已知的測(cè)試信號(hào)是由信號(hào)發(fā)生器（信號(hào)源）提供的，應(yīng)按被檢修儀器技術(shù)資料規(guī)定的信號(hào)和規(guī)定的測(cè)試方法進(jìn)行（如規(guī)定的信號(hào)輸入/輸出位置、規(guī)定的控制裝置位置、典型輸入/輸出信號(hào)的波形形狀、幅度和時(shí)間參數(shù)等）。在進(jìn)行了電子儀器的波形分析之后，若未能找到有故障的元器件位置，則接下來(lái)進(jìn)行電壓測(cè)量。在波形不正常的地方，電壓大多也不正常，測(cè)量時(shí)應(yīng)引起注意。在備有被檢修儀器正常波形、電壓及電阻值等技術(shù)資料時(shí)，將實(shí)際測(cè)量得出的電壓與正常值相比較，有助于找到有故障元器件的位置。一般在檢查晶體管電路的故障時(shí)，常常只需要知道管腳的相對(duì)電壓值（不一定需要各腳的準(zhǔn)確電壓值），而管腳的相對(duì)電壓值是可以通過(guò)分析估算得出的。電路中各點(diǎn)電壓的測(cè)量，一般是在輸入端短路（即無(wú)外加信號(hào)輸入）的情況下進(jìn)行的。如果想應(yīng)用電子技術(shù)資料提供的電壓值，則須按技術(shù)資料中的規(guī)定方法進(jìn)行。

若仍未找到有故障的元器件位置，則在波形和電壓均不正常的電路點(diǎn)上，可繼續(xù)進(jìn)行電阻的測(cè)試（在不通電的情況下）。根據(jù)測(cè)試所得的實(shí)際電阻數(shù)值與正常電阻數(shù)值進(jìn)行比對(duì)，一般均能找到故障的位置。作為一個(gè)有經(jīng)驗(yàn)的電子設(shè)備檢修工作者，當(dāng)其開(kāi)始負(fù)責(zé)維修某一類(lèi)型的電子儀器時(shí)，通常會(huì)先在一臺(tái)工作正常的電子儀器上進(jìn)行波形、電壓和電阻的測(cè)試并記錄相關(guān)數(shù)據(jù)，與電子儀器技術(shù)資料提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)照比較。俗話(huà)說(shuō)“磨刀不誤砍柴工”，這樣做對(duì)于這一類(lèi)型儀器的維護(hù)、測(cè)試與檢修工作有極大的好處。

總之，縮小故障范圍，找出有故障的元器件位置，是利用所得到的全部信息來(lái)確定被懷疑的元器件是否有故障的過(guò)程。在這一步驟查找故障時(shí)，要進(jìn)一步運(yùn)用電路原理圖來(lái)尋找故障，并大量使用測(cè)試儀器與測(cè)試技術(shù)。

5.消除故障，檢驗(yàn)修復(fù)設(shè)備調(diào)換損壞的元器件，是消除電子儀器故障，使其恢復(fù)正常工作的必要步驟。如果確定了這個(gè)損壞的元器件是該儀器故障的根源，則無(wú)疑應(yīng)調(diào)換損壞的元器件；如果尚未確定這個(gè)損壞的元器件是故障的根源所在，則不要匆忙行事，需進(jìn)一步追根究底，直至確定電子儀器故障的根源所在。在調(diào)換損壞的元器件時(shí)，新?lián)Q上的元器件的性能應(yīng)與原來(lái)的元器件相同。當(dāng)然，亦可用等效的元器件或性能更好的元器件替代。但是，嚴(yán)禁使用殘次品或性能差于規(guī)定的元器件，這樣會(huì)“后患無(wú)窮”。另外，在故障的檢修過(guò)程中，應(yīng)盡可能按電子儀器裝配原樣、原位置、同樣的引線長(zhǎng)度來(lái)替換原故障元器件。特別是在高頻電路中，隨意改變?cè)骷奈恢?、引線的走向、引線的長(zhǎng)度等，均會(huì)引起分布參數(shù)（如分布電容、分布電感等）的改變，從而影響到電子儀器的性能。

在找到故障元器件并將其更換、修復(fù)之后，應(yīng)進(jìn)行操作驗(yàn)收檢查，旨在證實(shí)電子儀器在修復(fù)全部故障之后確實(shí)恢復(fù)了正常工作。通常操作檢驗(yàn)、檢查應(yīng)在電子設(shè)備的各種工作狀態(tài)下進(jìn)行，以確保設(shè)備功能的真正恢復(fù)。嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，對(duì)于電子儀器修復(fù)后的檢驗(yàn)，一般還應(yīng)進(jìn)行定量檢驗(yàn)，通常稱(chēng)之為檢定，這是以該設(shè)備的基本技術(shù)性能指標(biāo)為標(biāo)準(zhǔn)的定量檢查。

電子儀器的定量檢驗(yàn)（檢定）是電子儀器維護(hù)檢修過(guò)程中的一項(xiàng)十分重要的工作，檢定過(guò)程中將使用一定精度的測(cè)試儀器和多種測(cè)試技術(shù)。關(guān)于電路和電子設(shè)備的定量檢驗(yàn)（檢定）的基本內(nèi)容，可參考有關(guān)書(shū)籍。

在消除故障，檢驗(yàn)修復(fù)設(shè)備之后，作為一個(gè)有準(zhǔn)備的檢修者，應(yīng)該做好電子設(shè)備檢修材料歸檔工作，把電子設(shè)備在檢修過(guò)程中出現(xiàn)的故障癥狀、故障原因及維修措施等方面的材料記錄在案。平時(shí)積累的電子設(shè)備維修檔案材料，只有在電子設(shè)備的檢修實(shí)踐中才能獲得，是極其寶貴的，務(wù)必注意保存，以便日后使用。

智能儀器在完成制作或維修之后都要進(jìn)行調(diào)試，通?？蓪⒅悄軆x器的調(diào)試分為硬件調(diào)試、軟件調(diào)試和樣機(jī)聯(lián)調(diào)。調(diào)試的流程可參見(jiàn)圖7-1。7.2智能儀器的調(diào)試方法圖7-1智能儀器調(diào)試流程

由于硬件和軟件的設(shè)計(jì)是相對(duì)獨(dú)立和平行進(jìn)行的，因此軟件調(diào)試是在硬件完成之前，而硬件也是在無(wú)完整的應(yīng)用軟件的情況下進(jìn)行調(diào)試，它們需要借助于另外的工具為之提供調(diào)試的環(huán)境。軟、硬件分別調(diào)試完畢，還要在樣機(jī)環(huán)境中運(yùn)行軟件，進(jìn)行聯(lián)調(diào)。在調(diào)試過(guò)程中找出儀器的缺陷，判斷故障源，對(duì)軟、硬件作出修改，反復(fù)進(jìn)行這一過(guò)程，直至確信沒(méi)有錯(cuò)誤為止。最后，固化軟件，組裝整機(jī)。

7.2.1硬件電路調(diào)試方法

1.靜態(tài)測(cè)試靜態(tài)測(cè)試的方法如下：

(1)在儀器加電之前，先用萬(wàn)用表等工具，根據(jù)硬件電氣原理圖和裝配圖仔細(xì)檢查儀器線路的正確性，并核對(duì)元器件的型號(hào)、規(guī)格和安裝是否符合要求。應(yīng)特別注意電源的走線，防止電源之間的短路和極性錯(cuò)誤，并重點(diǎn)檢查擴(kuò)展系統(tǒng)總線（地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線）是否存在相互間的短路或與其他信號(hào)線的短路，同時(shí)要仔細(xì)檢查插件插入的位置和引腳是否正確。

(2)加電后檢查各插件引腳的電位，仔細(xì)測(cè)量各點(diǎn)電位是否正常，尤其應(yīng)注意單片機(jī)的插座上的各點(diǎn)的電位，若有高壓，聯(lián)機(jī)時(shí)將會(huì)損壞仿真器。此外，如果發(fā)現(xiàn)某器件太熱、冒煙或電流太大等現(xiàn)象，應(yīng)馬上切斷電源，重新查找故障。為慎重起見(jiàn)，器件的插入可以分批進(jìn)行，逐步插入，以避免大面積損壞器件。

(3)在不加電的情況下，除單片機(jī)以外，插上所有的元器件，用仿真頭將儀器的單片機(jī)插座和仿真器的仿真接口相連，這樣便為聯(lián)機(jī)調(diào)試做好了準(zhǔn)備。

2.聯(lián)機(jī)仿真器調(diào)試在靜態(tài)測(cè)試中，只對(duì)儀器的硬件進(jìn)行初步測(cè)試，排除了一些明顯的硬件故障，而目標(biāo)樣機(jī)中的硬件故障主要靠聯(lián)機(jī)調(diào)試來(lái)排除。聯(lián)機(jī)仿真器是一種功能很強(qiáng)的調(diào)試工具，它用一個(gè)仿真器代替樣機(jī)系統(tǒng)的CPU。由于聯(lián)機(jī)仿真器是在開(kāi)發(fā)系統(tǒng)控制下工作的，因此，可以利用開(kāi)發(fā)系統(tǒng)豐富的硬件和軟件資源對(duì)樣機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行研制和調(diào)試。而調(diào)試的方法是預(yù)先編制簡(jiǎn)單的測(cè)試程序，這些程序一般由少數(shù)指令組成，而且程序具有可觀察的功能。這就是說(shuō)，測(cè)試者能借助適當(dāng)?shù)挠布杏X(jué)到程序運(yùn)行的結(jié)果，從而由此可以判斷電路是否存在故障。例如檢查微處理器時(shí)，可編制一個(gè)自檢程序，讓它按預(yù)定的順序執(zhí)行所有的指令。如果微處理器本身有缺陷，便不能按時(shí)完成預(yù)定的操作，此時(shí)，定時(shí)裝置就自動(dòng)發(fā)出告警信號(hào)。實(shí)際的調(diào)試中通?？蛇M(jìn)行如下的測(cè)試。

1）測(cè)試擴(kuò)展RAM存儲(chǔ)器用仿真器的讀出/修改目標(biāo)系統(tǒng)擴(kuò)展RAM/IO口的命令，將一批數(shù)據(jù)寫(xiě)入樣機(jī)的外部RAM存儲(chǔ)器，然后用讀樣機(jī)擴(kuò)展RAM/IO口的命令，讀出外部RAM的內(nèi)容。若對(duì)任意的單元讀出和寫(xiě)入的內(nèi)容一致，則該RAM電路和CPU的連接沒(méi)有邏輯錯(cuò)誤；若存在寫(xiě)不進(jìn)、讀不出或讀出與寫(xiě)入的內(nèi)容不一致的現(xiàn)象，則有故障存在。故障原因可能是地址線、數(shù)據(jù)線短路，或讀/寫(xiě)信號(hào)沒(méi)有加到芯片上，或RAM電源沒(méi)有電，或總線信號(hào)對(duì)ALE、WR、RD的干擾等。此時(shí)可編寫(xiě)一段程序，循環(huán)地對(duì)某一RAM單元進(jìn)行讀和寫(xiě)，例如：TEST： MOVDPTR，＃ADRM；ADRM為

RAM中的一個(gè)單元地址

MOVA，＃0AAHLOOP： MOVX@DPTR，A MOVXA，@DPTR SJMPLOOP連續(xù)運(yùn)行這段程序，用示波器測(cè)試RAM芯片上的選片信號(hào)、讀信號(hào)、寫(xiě)信號(hào)以及地址和數(shù)據(jù)信號(hào)是否正常，以進(jìn)一步查明故障原因。

2）測(cè)試I/O口和I/O設(shè)備

I/O口有輸入和輸出口之分，也有可編程和不可編程之分，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)對(duì)I/O口的定義進(jìn)行操作。對(duì)于可編程接口電路，先把檢測(cè)字寫(xiě)入命令口，然后分別將數(shù)據(jù)寫(xiě)入數(shù)據(jù)口，測(cè)量或觀察輸出口的設(shè)備狀態(tài)變化（如顯示器是否被點(diǎn)亮，繼電器、打印機(jī)是否被驅(qū)動(dòng)等），用讀命令讀輸入口的狀態(tài)，觀察讀出內(nèi)容與輸入口所接輸入設(shè)備（撥盤(pán)開(kāi)關(guān)、鍵盤(pán)命令等）的狀態(tài)是否一致。如果一致，說(shuō)明無(wú)故障；如果不一致，則可根據(jù)現(xiàn)象分析故障的原因，找出故障所在。

3）測(cè)試晶振和復(fù)位電路用選擇開(kāi)關(guān)，使目標(biāo)系統(tǒng)中晶振電路作為系統(tǒng)晶振電路，此時(shí)系統(tǒng)若正常工作，則晶振電路無(wú)故障，否則檢查一下晶振電路便可查出故障。按下樣機(jī)復(fù)位開(kāi)關(guān)（如果存在）或合上樣機(jī)電源應(yīng)使系統(tǒng)復(fù)位，否則復(fù)位電路也有錯(cuò)誤。

7.2.2軟件調(diào)試方法軟件調(diào)試與所選用的軟件結(jié)構(gòu)和程序設(shè)計(jì)技術(shù)有關(guān)。軟件調(diào)試的一般順序是子程序、功能程序和主程序。軟件調(diào)試主要利用仿真系統(tǒng)以及計(jì)算機(jī)提供的調(diào)試程序進(jìn)行，如果采用實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)，一般是逐個(gè)任務(wù)進(jìn)行調(diào)試。在調(diào)試某一個(gè)任務(wù)時(shí)，同時(shí)也調(diào)試相關(guān)的子程序、中斷服務(wù)程序和一些操作系統(tǒng)的程序。若采用模塊化程序設(shè)計(jì)技術(shù)，則逐個(gè)模塊調(diào)好以后，再連成一個(gè)大的程序進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試。下面簡(jiǎn)要說(shuō)明軟件調(diào)試的基本方法。

1.操作系統(tǒng)環(huán)境下的應(yīng)用程序調(diào)試在實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)環(huán)境下，應(yīng)用程序由若干個(gè)任務(wù)程序組成，逐個(gè)任務(wù)調(diào)試好以后，再使各個(gè)任務(wù)同時(shí)運(yùn)行。如果操作系統(tǒng)沒(méi)有錯(cuò)誤，一般情況下系統(tǒng)能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

具體調(diào)試方法是：在調(diào)試某一個(gè)任務(wù)時(shí)，將系統(tǒng)初始化修改成只激活該任務(wù)，即只允許與該任務(wù)有關(guān)的中斷。這樣，系統(tǒng)中只有一個(gè)任務(wù)運(yùn)行，對(duì)發(fā)生的錯(cuò)誤就容易定位和排除。然后，可在程序中設(shè)置斷點(diǎn)，并用斷點(diǎn)方式運(yùn)行程序，以便找出程序中的問(wèn)題所在。其他的任務(wù)也采用同樣的方法調(diào)試，直至排除所有的錯(cuò)誤為止。

2.串行口通信程序調(diào)試串行口通信程序是實(shí)時(shí)多處理程序，只能用全速斷點(diǎn)或連續(xù)全速運(yùn)行方式調(diào)試，若用單拍方式調(diào)試就會(huì)丟失數(shù)據(jù)，不能實(shí)現(xiàn)正常的輸入/輸出操作。

為了方便用戶(hù)的串行通信程序的調(diào)試，可以用仿真器串行接口上的終端或主機(jī)來(lái)調(diào)試目標(biāo)系統(tǒng)的串行通信程序。開(kāi)機(jī)時(shí)設(shè)置的仿真器串行口波特率和目標(biāo)系統(tǒng)所工作的波特率相一致。以全速斷點(diǎn)運(yùn)行方式（斷點(diǎn)設(shè)在串行口中斷入口或中斷處理程序中）或連續(xù)方式運(yùn)行，若程序沒(méi)有錯(cuò)誤，則程序輸出到串行口上的數(shù)據(jù)會(huì)在主機(jī)（或終端）上顯示出來(lái)，而主機(jī)（或終端）上鍵入的數(shù)據(jù)會(huì)被接收終端程序接收到，用這種方法可模擬目標(biāo)系統(tǒng)和其他設(shè)備的通信。在調(diào)試時(shí)，首先調(diào)試初始化程序，使串行口輸出數(shù)據(jù)能在主機(jī)上顯示，鍵入的數(shù)據(jù)被目標(biāo)系統(tǒng)程序所接收；然后根據(jù)目標(biāo)系統(tǒng)的串行通信規(guī)定，逐個(gè)通知命令進(jìn)行調(diào)試。當(dāng)各個(gè)命令和數(shù)據(jù)的處理都正確后，串行通信的程序調(diào)試成功。如果目標(biāo)系統(tǒng)需要多機(jī)通信，則用上述方法分別調(diào)通主機(jī)和從機(jī)的串行口通信程序，然后相連便能正常通信。

3.I/O處理程序調(diào)試由于I/O處理程序通常也是實(shí)時(shí)處理程序，因此也必須用全速斷點(diǎn)方式或連續(xù)運(yùn)行方式進(jìn)行調(diào)試，具體方法同上。

4.綜合調(diào)試在完成了各個(gè)模塊程序的調(diào)試工作之后，接著便進(jìn)行系統(tǒng)綜合調(diào)試，即可通過(guò)主程序?qū)⒏鱾€(gè)模塊程序鏈接起來(lái)，進(jìn)行整體調(diào)試。綜合調(diào)試一般采取全速斷點(diǎn)方式進(jìn)行，這個(gè)階段的主要工作是排除系統(tǒng)中遺留的錯(cuò)誤，提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能和精度。調(diào)試完成后，即可將程序固化到EPROM中，目標(biāo)系統(tǒng)便可獨(dú)立運(yùn)行了。7.2.3軟、硬件聯(lián)合調(diào)試

軟件和硬件分別調(diào)試通過(guò)后，并不意味著系統(tǒng)的調(diào)試已經(jīng)結(jié)束，還必須再進(jìn)行整個(gè)系統(tǒng)的軟、硬件統(tǒng)調(diào)，以找出軟件和硬件之間不相匹配的地方。系統(tǒng)的軟、硬件統(tǒng)調(diào)也就是通常所說(shuō)的“系統(tǒng)仿真”（也稱(chēng)為模擬調(diào)試）。所謂系統(tǒng)仿真，就是應(yīng)用相似原理和類(lèi)比關(guān)系來(lái)研究事物，即利用模型來(lái)代替實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程（被控對(duì)象）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和研究。系統(tǒng)仿真有三種類(lèi)型：全物理仿真（模擬環(huán)境條件下的全實(shí)物仿真）、半物理仿真（硬件閉路動(dòng)態(tài)試驗(yàn)）和數(shù)字仿真（計(jì)算機(jī)仿真）。

對(duì)于系統(tǒng)仿真應(yīng)盡量采用全物理或半物理仿真，試驗(yàn)條件或工作狀態(tài)越真實(shí)，其效果也就越好。但是，對(duì)于單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，要做到全物理仿真幾乎是不可能的。這是因?yàn)?，我們不可能將?shí)際生產(chǎn)過(guò)程（被控對(duì)象）搬到自己的實(shí)驗(yàn)室或研究室中，因此，控制系統(tǒng)只能做離線半物理仿真。我們應(yīng)清楚，不經(jīng)過(guò)系統(tǒng)仿真和各種試驗(yàn)，試圖在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試中一次成功的想法是不實(shí)際的，往往會(huì)被現(xiàn)場(chǎng)聯(lián)調(diào)工作的現(xiàn)實(shí)所否定。

一般情況下，在系統(tǒng)仿真的基礎(chǔ)上進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的考機(jī)運(yùn)行，并根據(jù)實(shí)際運(yùn)行環(huán)境的要求進(jìn)行特殊運(yùn)行條件的考驗(yàn)后，才能進(jìn)入下一步工作——現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行。

智能化測(cè)量?jī)x器大多應(yīng)用于實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程，而工業(yè)生產(chǎn)的工作環(huán)境往往比較惡劣，干擾嚴(yán)重，這些干擾有時(shí)會(huì)嚴(yán)重?fù)p壞儀器的器件或程序，導(dǎo)致儀器不能正常運(yùn)行。例如，有的儀器開(kāi)機(jī)不久就失靈了，有的儀器則不時(shí)出現(xiàn)死機(jī)。為什么原先很正常的儀器安裝到現(xiàn)場(chǎng)以后就不能正常工作呢？其主要原因就是儀器抗干擾措施不力。因此，為了保證智能儀器能穩(wěn)定可靠地工作，在儀器的軟、硬件設(shè)計(jì)，儀器的制造、安裝和使用時(shí)，必須周密考慮和解決抗干擾問(wèn)題。7.3智能儀器抗干擾技術(shù)及使用注意事項(xiàng)7.3.1干擾及干擾的抑制干擾的形成必須具備三個(gè)條件，即干擾源、傳輸或耦合的通道以及對(duì)干擾問(wèn)題敏感的接收電路。為了解決智能儀器的抗干擾問(wèn)題，首先必須找出干擾的來(lái)源以及干擾竄入系統(tǒng)的途徑，然后采取相應(yīng)的對(duì)策，抑制或消除干擾。

1.干擾的來(lái)源產(chǎn)生干擾的原因十分復(fù)雜，有時(shí)很難查找，歸納起來(lái)主要有以下幾種情況：

(1)自然因素。例如，宇宙射線、太陽(yáng)黑子、雷電等導(dǎo)致的干擾。

(2)周?chē)O(shè)備。例如，動(dòng)力線路中的火花與電弧，汽車(chē)的點(diǎn)火裝置，各種電機(jī)、電氣設(shè)備的接通與斷開(kāi)引起的電網(wǎng)沖擊；高頻設(shè)備、可控硅設(shè)備引起的電源波形畸變；電磁場(chǎng)發(fā)射、靜電干擾等。

(3)元器件物理性質(zhì)。例如，分布電容、熱噪聲、散粒噪聲等引起的干擾。

(4)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理。例如，印制板布線不合理、元器件布設(shè)位置不當(dāng)?shù)纫鸬母蓴_。前兩種屬于外部原因引起的干擾，后兩種情況屬于儀器本身引起的干擾。

2.干擾的耦合方式干擾的耦合方式一般可以歸納為以下幾種。

1）傳導(dǎo)耦合干擾通過(guò)導(dǎo)線進(jìn)入電路，稱(chēng)為傳導(dǎo)耦合。電源線、輸入/輸出線等都有可能將干擾引入儀器。例如，由交流電源進(jìn)線引入的高頻干擾，其頻帶甚寬，這種高頻成分的干擾信號(hào)是在電網(wǎng)中大的負(fù)載切換時(shí)產(chǎn)生的。當(dāng)電網(wǎng)中有大的感性負(fù)荷或可控硅切換時(shí)，便會(huì)產(chǎn)生瞬時(shí)電壓，引起電網(wǎng)電壓波形的畸變，如圖7-2所示。這一干擾電壓主要將沿著電源引入線→變壓器→儀器系統(tǒng)→大地→負(fù)載突變處的途徑傳播。圖7-2負(fù)載切換引起的電網(wǎng)電壓畸變示意圖圖7-3公共電源內(nèi)阻耦合干擾

2）公共阻抗耦合在智能儀器中，電路各部分之間經(jīng)常是共用電源和地線的。這樣，電源和地線的阻抗就成了各部分之間的公共阻抗。當(dāng)某部分的電流經(jīng)過(guò)公共阻抗時(shí)，阻抗的壓降就成了其他部分的干擾信號(hào)。圖7-3是公共電源內(nèi)阻耦合干擾示意圖，儀器的N個(gè)電路共用一個(gè)電源，因內(nèi)阻抗和線路阻抗的影響，電路N中電流的任何變化均會(huì)影響電路1至N-1的工作。圖7-4是公共地線阻抗耦合干擾信號(hào)的示意圖。在圖中（a）、（b）兩種情況下，兩部分電路的信號(hào)變化會(huì)互相干擾，（c）中的接地措施則可避免這種干擾。圖7-4公共地線阻抗耦合干擾信號(hào)的示意圖

3）靜電耦合在系統(tǒng)內(nèi)部、元件之間、元件和導(dǎo)線之間等地方，均存在著分布電容。各種干擾信號(hào)很容易通過(guò)分布電容進(jìn)行傳遞，這也稱(chēng)為靜電耦合。圖7-5是兩根平行導(dǎo)線之間的靜電耦合情況。圖7-5兩根平行導(dǎo)線之間的靜電耦合

圖中1號(hào)導(dǎo)線對(duì)2號(hào)導(dǎo)線有分布電容C12

存在，兩根導(dǎo)線對(duì)地分別有C1g和C2g存在。如果1號(hào)導(dǎo)線上有干擾源U1存在，則2號(hào)導(dǎo)線上出現(xiàn)的干擾電壓為若連至2號(hào)導(dǎo)線上的電阻R滿(mǎn)足條件則式（7-1）可簡(jiǎn)化為Un=jωRC12U1(7-3)從上式可以看出，ω越大，Un越大；R越大，Un越大；C12越大，Un越大。

4）電磁耦合電磁耦合是通過(guò)電路之間的互感耦合的。對(duì)圖7-6所示的兩條平行線而言，它們之間的互感M可以用下式表示：

式中，l為導(dǎo)線長(zhǎng)度；d為導(dǎo)線間距。當(dāng)l》d時(shí)

通常，當(dāng)有電磁耦合時(shí)，若感應(yīng)側(cè)導(dǎo)線的電流為In，則感應(yīng)電壓Em可用下式表示：Em=jωMIn

(7-6)另外，智能儀器內(nèi)部線圈或變壓器的漏磁是對(duì)鄰近電路的一種比較嚴(yán)重的干擾。圖7-7是這種干擾形成的示意圖。圖7-6兩條平行導(dǎo)線線路圖7-7

M耦合示意圖

圖7-7中In表示干擾源，M表示兩部分電路之間的互感系數(shù)，Un是通過(guò)電磁耦合在被干擾電路感應(yīng)的干擾電壓。設(shè)干擾信號(hào)的角頻率為ω，則Un為

Un=jωMIn(7-7)

3.干擾的抑制要消除干擾，只要能夠去掉形成干擾的三個(gè)基本條件之一即可。首先是清除或抑制干擾源，這是最積極、主動(dòng)的措施。內(nèi)部干擾源可以通過(guò)合理的電氣設(shè)計(jì)在一定程度上予以消除；外部干擾源有的可以采取措施給以抑制或消除。例如，各種電接點(diǎn)在通斷時(shí)產(chǎn)生的電火花是較強(qiáng)的干擾源，可以采取觸點(diǎn)消弧來(lái)抑制干擾，也可以在觸點(diǎn)上并接消弧電容。但是，有些外部干擾源是難以消除甚至是不可能消除的，例如儀表以外的其他用電設(shè)備、雷電等造成的干擾。所以，可以認(rèn)為干擾源一般總是存在的，只能從其他方面采取措施來(lái)解決。其次，對(duì)于接收干擾的敏感單元，雖然可以在設(shè)計(jì)時(shí)從元器件的選取、電路的布置、放大器的輸入阻抗的適當(dāng)改變、負(fù)反饋或選頻技術(shù)的采取等加以改善，但回旋余地也不大，因?yàn)橐话悴荒転榱丝垢蓴_而改變系統(tǒng)的工作原理或降低系統(tǒng)的靈敏度。再次是破壞干擾的傳輸通道，抗干擾的主要工作是圍繞這一部分展開(kāi)的。值得注意的是，不管采用什么樣的措施或者多個(gè)措施，要想在一個(gè)系統(tǒng)中完全消除干擾是不可能的，只能盡量去減少干擾，保證系統(tǒng)的正常工作。只要不影響系統(tǒng)的正常工作及所要求的測(cè)量控制精度，就不必過(guò)于苛求。因此，下面將要討論的各種抗干擾技術(shù)并不是每一個(gè)系統(tǒng)都需要，更不是一個(gè)系統(tǒng)同時(shí)采用這些抗干擾措施，而是根據(jù)系統(tǒng)的具體情況，選用其中的一種或幾種。7.3.2智能儀器抗干擾實(shí)用技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)干擾一般都是以脈沖的形式進(jìn)入單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的。干擾竄入系統(tǒng)的主要渠道有三條，即供電系統(tǒng)干擾、過(guò)程通道干擾和空間輻射干擾。

1.供電系統(tǒng)的抗干擾措施

目前，大部分智能儀器采用交流市電（220V，50Hz）供電。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中最重要并且危害最嚴(yán)重的干擾來(lái)源于電源的污染。隨著工業(yè)的迅速發(fā)展，電源污染問(wèn)題日趨嚴(yán)重。

理論分析和實(shí)踐表明，由電源引入的干擾頻率范圍從近似直流一直可達(dá)1000MHz，因此，要完全抑制這樣寬頻率范圍的干擾，只采取單一措施是很難實(shí)現(xiàn)的，可以采取多種抗干擾措施結(jié)合的方法來(lái)抑制干擾。通常，電源干擾有過(guò)壓、欠壓、浪涌、下陷、尖峰電壓和射頻干擾等。

為防止從電源系統(tǒng)引入干擾，單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)可采用如圖7-8所示的供電配置圖7-8單片機(jī)系統(tǒng)的抗干擾供電配置

1）采用交流穩(wěn)壓器對(duì)于功率不大的智能儀器，為了抑制電網(wǎng)電壓波動(dòng)的影響，可在供電回路中設(shè)置交流穩(wěn)壓器。交流穩(wěn)壓器用來(lái)保證供電的穩(wěn)定性，防止電源系統(tǒng)的過(guò)電壓與欠電壓，有利于提高整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。

2）采用隔離變壓器考慮到高頻噪聲通過(guò)變壓器主要不是靠初、次級(jí)線圈的互感耦合，而是由初、次級(jí)間寄生電容耦合造成的。因此，隔離變壓器的初級(jí)和次級(jí)之間均用屏蔽層隔離，減少其分布電容，以提高抗共模干擾的能力。

3）采用低通濾波器由諧波頻譜分析可知，電源系統(tǒng)的干擾源大部分是高次諧波，因此采用低通濾波讓50Hz市電基波通過(guò)，濾去高次諧波，以改善電源波形。在低壓下，當(dāng)濾波電路載有大電流時(shí)，宜采用小電感和大電容構(gòu)成濾波網(wǎng)絡(luò)；當(dāng)濾波電路處于高電壓下工作時(shí)，則應(yīng)采用小電容和允許的最大電感構(gòu)成的濾波網(wǎng)絡(luò)。圖7-9雙T濾波器

在整流電路之后可采用圖7-9所示的雙T濾波器，以消除50Hz工頻干擾。其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，對(duì)固定頻率的干擾濾波效果好，其頻率特性為當(dāng)時(shí)將電容C固定，調(diào)節(jié)電阻R，當(dāng)輸入50Hz信號(hào)時(shí)，使輸出uo=0。

4）采用分散獨(dú)立功能塊供電在由多模塊構(gòu)成的智能儀器中，廣泛采用獨(dú)立功能塊單獨(dú)供電的方法，即在每塊系統(tǒng)功能模塊上用三端穩(wěn)壓集成塊(如7805、7905、7812、7912等)組成穩(wěn)壓電源。每個(gè)功能塊單獨(dú)對(duì)電壓過(guò)載進(jìn)行保護(hù)，不會(huì)因某塊穩(wěn)壓電源故障而使整個(gè)系統(tǒng)破壞，而且也減少了公共阻抗的相互耦合以及和公共電源的相互耦合，大大提高了供電的可靠性，也有利于電源散熱。

5）采用高抗干擾穩(wěn)壓電源及干擾抑制器在電源配置中還可以采取下列措施：（1）采用反激變換器的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源。這是利用變換器的儲(chǔ)能作用，在反激時(shí)把輸入的干擾信號(hào)抑制掉。（2）采用頻譜均衡法原理制成的干擾抑制器。這種干擾抑制器可以把干擾的瞬變能量轉(zhuǎn)換成多種頻率能量，達(dá)到均衡目的。它的明顯優(yōu)點(diǎn)是抗電網(wǎng)瞬變干擾能力強(qiáng)，很適宜于微機(jī)實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)。

（3）采用超隔離變壓器穩(wěn)壓電源。這種電源具有高的共模抑制比及串模抑制比，能在較寬的頻率范圍內(nèi)抑制干擾。目前這些高抗干擾性電源及干擾抑制器已有許多現(xiàn)成產(chǎn)品可供選購(gòu)。

2.過(guò)程通道干擾及抗干擾措施過(guò)程通道是前向接口、后向接口與主機(jī)或主機(jī)相互之間進(jìn)行信息傳輸?shù)穆窂?，在過(guò)程通道中長(zhǎng)線傳輸?shù)母蓴_是主要因素。隨著系統(tǒng)主振頻率的愈來(lái)愈高，微機(jī)系統(tǒng)過(guò)程通道的長(zhǎng)線傳輸愈來(lái)愈不可避免。例如，按照經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算，當(dāng)計(jì)算機(jī)主振頻率為1MHz且傳輸線大于0.5m，或主振頻率為4MHz且傳輸線大于0.3m時(shí)，即作為長(zhǎng)線傳輸處理。

微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，傳輸線的信息多為脈沖波，它在傳輸線上傳輸時(shí)會(huì)出現(xiàn)延時(shí)、畸變、衰減與通道干擾。為了保證長(zhǎng)線傳輸?shù)目煽啃裕饕胧┯泄怆婑詈细綦x、雙絞線傳輸、阻抗匹配等。

1）光電耦合隔離措施光電耦合器是以光為媒介傳輸信號(hào)的集成化器件。采用光電耦合器可以將主機(jī)與前向、后向以及其他主機(jī)部分切斷電路的聯(lián)系，以有效地防止干擾從過(guò)程通道進(jìn)入主機(jī)。圖7-10為常用光電耦合器的幾種基本結(jié)構(gòu)形式，其中圖7-10（a）為由發(fā)光二極管和平面型光敏三極管組成的光電耦合器。這種光電耦合器的轉(zhuǎn)換效率一般為60%左右，加之平面型光敏三極管的集電極—發(fā)射極飽和壓降?。?.2V～0.3V），因而光敏三極管的輸出可與TTL電平兼容。此外，由于此類(lèi)光電耦合器的響應(yīng)頻率能滿(mǎn)足一般測(cè)控系統(tǒng)的需要，因此在智能儀器中應(yīng)用廣泛。圖7-10光電耦合器的基本結(jié)構(gòu)形式

圖7-10（b）所示的是由發(fā)光二極管和光敏二極管與三極管串接組成的光電耦合器。受光元件是連在晶體管集電極—基極之間的光敏二極管。當(dāng)光敏二極管受光照射時(shí)，產(chǎn)生的光電流變成三極管基極電流并被三極管放大，在三極管的集電極輸出。此類(lèi)光電耦合器具有一般平面型光敏三極管所沒(méi)有的特點(diǎn)，即光電耦合器的響應(yīng)速度非常快。

圖7-10（c）所示的是由發(fā)光二極管和達(dá)林頓型光敏三極管組成的光電耦合器。一般是在一個(gè)芯片上的平面型光敏三極管后增加一個(gè)三極管，從而使兩個(gè)三極管連成達(dá)林頓方式。此類(lèi)光敏三極管的特點(diǎn)是：放大系數(shù)大，光感度好，轉(zhuǎn)換效率可達(dá)100%~500%，甚至可達(dá)1000%。因此，集電極輸出電流大（可作固態(tài)繼電器）。不過(guò)此類(lèi)光電耦合器的集電極—發(fā)射極的飽和壓降大，不宜作為T(mén)TL的驅(qū)動(dòng)極，并且響應(yīng)速度也較低。

光電耦合的主要優(yōu)點(diǎn)是能有效地抑制尖峰脈沖及各種噪聲干擾，從而使過(guò)程通道上的信噪比大大提高。光電耦合具有很強(qiáng)的抗干擾能力，這是因?yàn)椋孩俟怆婑詈掀鞯妮斎胱杩购苄。话銥?00Ω～1kΩ，而干擾源內(nèi)阻一般很大，通常為105Ω～108Ω。根據(jù)分壓原理可知，這時(shí)能饋送到光電耦合器輸入端的噪聲自然會(huì)很小。

②干擾噪聲雖有較大的電壓幅度，但所能提供的能量卻很小，只能形成微弱的電流。而光電耦合器輸入部分的發(fā)光二極管只有在通過(guò)一定強(qiáng)度的電流時(shí)才能發(fā)光；輸出部分的光敏三極管也只在一定光強(qiáng)下才能工作。因此，即使有很高的電壓幅值的干擾，由于不能提供足夠的電流而不能使二極管發(fā)光，從而使干擾被抑制掉了。③光電耦合器是在密封條件下實(shí)現(xiàn)輸入回路與輸出回路的光耦合的，不會(huì)受到外界光的干擾。

④輸入回路與輸出回路之間的分布電容極小，一般僅為0.5pF～2pF，而且絕緣電阻又非常大，通常為1011Ω～1013Ω。因此，回路一邊的各種干擾噪聲都很難通過(guò)光電耦合器饋送到另一邊。圖7-11光電耦合器應(yīng)用原理

（1）光電耦合器在數(shù)字量輸入通道中的應(yīng)用。二極管—三極管型光電耦合器作為實(shí)施智能儀器的數(shù)字量輸入通道與干擾源之間的電氣隔離的一種具體應(yīng)用如圖7-11所示。圖中R1為限流電阻，VD為反向保護(hù)二極管，RL是光敏三極管的負(fù)載電阻。當(dāng)代表數(shù)字量輸入的Ui為高電平,并驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管導(dǎo)通,從而使光敏三極管導(dǎo)通時(shí)，光電耦合器的輸出Uo為低電平（TTL為邏輯0）；反之（即Ui為低時(shí)），Uo為高電平（TTL為邏輯1）。下面以GO130光電耦合器為例，說(shuō)明圖7-11中R1和RL的選取原則。當(dāng)發(fā)光二極管[JP2]在導(dǎo)通電流IF=10mA時(shí)，正向壓降UF≤1.3V，而光敏三極管導(dǎo)通時(shí)的壓降UCE=0.4V。假設(shè)輸入信號(hào)的邏輯1電平為Ui=12V，并取光敏三極管導(dǎo)通電流IC=2mA，則R1和RL可用下式計(jì)算：

應(yīng)用中請(qǐng)注意，無(wú)論光電耦合器是用在數(shù)字量輸入通道，還是用在數(shù)字量輸出通道，其輸入部分和輸出部分必須分別采用獨(dú)立的電源。如果兩側(cè)共用一個(gè)電源，就會(huì)形成公共的地線回路，從而使光電隔離作用失去意義。

（2）光電耦合器在數(shù)字量輸出通道中的應(yīng)用。功率場(chǎng)效應(yīng)管是一種常用的中等功率的開(kāi)關(guān)量輸出驅(qū)動(dòng)器件，為提高此類(lèi)開(kāi)關(guān)量輸出通道的抗干擾能力，亦可采用光電耦合器來(lái)切斷智能儀器與被控開(kāi)關(guān)量之間的電氣聯(lián)系，如圖7-12所示。它由光電耦合器GD、晶體管V1、V2及有關(guān)電阻組成。當(dāng)從輸入端Ui輸入低電平時(shí)，光電耦合器中的發(fā)光二極管發(fā)光，光敏三極管導(dǎo)通，從而使晶體管V1截止，V2亦截止，進(jìn)而使功率場(chǎng)效應(yīng)管V3導(dǎo)通；反之功率場(chǎng)效應(yīng)管V3截止。圖7-12采用光電耦合器的驅(qū)動(dòng)電路

2）雙絞線傳輸雙絞線對(duì)電場(chǎng)的耦合干擾不起抑制作用，但可對(duì)磁場(chǎng)耦合起抑制作用。在微機(jī)實(shí)時(shí)系統(tǒng)的長(zhǎng)線傳輸中，雙絞線是較常用的一種傳輸線，與同軸電纜相比，雖然頻帶較差，但波阻抗高，抗共模噪聲能力強(qiáng)。雙絞線能使各個(gè)小環(huán)路的電磁感應(yīng)干擾相互抵消，故對(duì)電磁場(chǎng)具有一定抑制效果。盡管如此，但雙絞線并不能完全消除磁場(chǎng)耦合干擾的影響，這是因?yàn)樯a(chǎn)工藝決定了絞扭所形成的各小塊面積不可能絕對(duì)相等，當(dāng)然方向也就不可能絕對(duì)相反，所以要想把磁場(chǎng)干擾全部抑制掉是不可能的。

3）長(zhǎng)線傳輸?shù)淖杩蛊ヅ溟L(zhǎng)線傳輸時(shí)，阻抗不匹配的傳輸線會(huì)產(chǎn)生反射，使信號(hào)失真。為了對(duì)傳輸線進(jìn)行阻抗匹配，必須估算出它的特性阻抗Rp。利用示波器觀察的方法可以大致測(cè)定特性阻抗的大小，其測(cè)定方法如圖7-13所示。調(diào)節(jié)可變電阻RW，當(dāng)RW與Rp相等（匹配）時(shí)，A門(mén)的輸出波形畸變最小，反射波幾乎消失，這時(shí)的RW值可認(rèn)為是該傳輸線的特性阻抗Rp。

圖7-13傳輸線特性阻抗測(cè)試下面給出同軸電纜特性阻抗的計(jì)算公式：式中： L——單位長(zhǎng)度的電感（H）；

C——單位長(zhǎng)度的電容（F）；

D——外部導(dǎo)體的內(nèi)徑；

d

——內(nèi)部導(dǎo)體的外徑；

εs——介質(zhì)的相對(duì)介質(zhì)電系數(shù)。傳輸線的阻抗匹配有下列四種形式，如圖7-14所示。圖7-14傳輸線的四種阻抗匹配方式

（1）終端并聯(lián)阻抗匹配。如圖7-14（a）所示，R1、R2為終端匹配電阻，Rp為雙絞線特性阻抗，Rp的值可按Rp=R1R2/(R1+R2)的要求選取。一般取R1為220Ω～330Ω，而R2可在270Ω～390Ω范圍內(nèi)選取。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，故高電平的抗干擾能力有所下降。

（2）始端串聯(lián)阻抗匹配。如圖7-14（b）所示，在長(zhǎng)的始端串入電阻，增大長(zhǎng)線的特性阻抗以達(dá)到和終端輸入阻抗匹配的目的。匹配電阻R的取值為Rp與A門(mén)輸出低電平時(shí)的輸出阻抗Rsol（約20Ω）之差（即R=Rp-Rsol）。這種匹配方法的主要缺點(diǎn)是會(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。

（3）終端并聯(lián)隔直流匹配。如圖7-14(c)所示，因電容C在較大時(shí)只起隔直流作用，并不影響阻抗匹配，所以只要求匹配電阻R與Rp相等即可。它不會(huì)引起輸出高電平的降低，故增加了對(duì)高電平的抗干擾能力。電容的取值為式中: T——傳輸脈沖寬度；

R1——始端阻件低電平輸出阻抗，約20Ω；

R——匹配阻抗；

Rp——特性阻抗。

（4）終端接箝位二極管匹配。如圖7-14(d)所示，利用二極管V把B門(mén)輸入端低電平箝位在0.3V以下，可以減少波的反射、振蕩以及線間竄擾，提高動(dòng)態(tài)抗干擾能力。

4）長(zhǎng)線傳輸還應(yīng)注意的問(wèn)題（1）輸出端帶長(zhǎng)線后，近處不能再帶其他負(fù)載（如圖7-15所示）。圖7-15

A門(mén)輸出端不準(zhǔn)接負(fù)載（2）觸發(fā)器輸出需要隔離后才可傳輸（如圖7-16所示）。圖7-16隔離后進(jìn)行傳輸示意圖

（3）用變壓器耦合不共地長(zhǎng)線傳輸（如圖7-17所示）。這種線路不但可用變壓器實(shí)現(xiàn)，也可用光電耦合器件實(shí)現(xiàn)。改變單穩(wěn)電路的參數(shù)可以得到不同寬度的傳輸脈沖。它適合于CPU與內(nèi)存、外設(shè)以及A/D、D/A等進(jìn)行單向信息傳輸。圖7-17不共地長(zhǎng)線傳輸

（4）用“OC”門(mén)（集電極開(kāi)路門(mén)）作雙向總線傳輸?！癘C”門(mén)的最大特點(diǎn)是可以把輸出端并聯(lián)在一起，而一般的TTL電路輸出端不能并聯(lián)在一起。因?yàn)楫?dāng)一個(gè)處于截止?fàn)顟B(tài)的與非門(mén)和一個(gè)處于導(dǎo)通狀態(tài)的與非門(mén)并聯(lián)在一起時(shí)，將產(chǎn)生很大的導(dǎo)通電流，約50mA，這可能引起器件損壞。因此，必須用晶體管隔離后才能進(jìn)行雙向總線傳輸，而“OC”門(mén)可以直接用來(lái)為單向、雙向總線傳輸。由于負(fù)脈沖傳輸抗干擾能力較正脈沖強(qiáng)，因此，一般在長(zhǎng)線傳輸時(shí)，采用負(fù)脈沖傳輸，而且在速度要求不高時(shí)，在始端用驅(qū)動(dòng)器比用一般的TTL好些。

3.印制電路板及電路的抗干擾設(shè)計(jì)印制電路板是微機(jī)系統(tǒng)中器件、信號(hào)線、電源線的高密度集合體，印制電路板設(shè)計(jì)的好壞對(duì)抗干擾能力影響很大，故印制電路板設(shè)計(jì)決不單是器件、線路的簡(jiǎn)單布局安排，還必須符合抗干擾的設(shè)計(jì)原則。通常應(yīng)有下述抗干擾措施。

1）地線設(shè)計(jì)微機(jī)系統(tǒng)中地線結(jié)構(gòu)大致有系統(tǒng)地、機(jī)殼地（屏蔽地）、數(shù)字地（邏輯地）和模擬地等。在微機(jī)實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)中，接地是抑制干擾的重要方法，如能將接地和屏蔽正確結(jié)合起來(lái)使用,可以解決大部分干擾問(wèn)題。

（1）單點(diǎn)接地與多點(diǎn)接地的選擇。在低頻電路中，信號(hào)的工作頻率小于1MHz時(shí)，它的布線和元器件間的電感影響較小，而接地電路形成的環(huán)流對(duì)干擾影響較大，因而屏蔽線采用單點(diǎn)接地。

當(dāng)信號(hào)工作頻率大于10MHz時(shí)，地線阻抗變得很大，此時(shí)應(yīng)盡量降低地線阻抗，應(yīng)采用就近多點(diǎn)接地法。當(dāng)工作頻率在1MHz～10MHz之間時(shí)，如果用單點(diǎn)接地，其地線長(zhǎng)度不應(yīng)超過(guò)波長(zhǎng)的1/20，否則宜采用多點(diǎn)接地法。

（2）數(shù)字、模擬電路分開(kāi)。電路板上既有高速邏輯電路，又有線性電路，應(yīng)使它們盡量分開(kāi)，而兩者的地線不要相混，分別與電源端地線相連。要盡量加大線性電路的接地面積。（3）接地線應(yīng)盡量加粗。若接地所用線條很細(xì)，接地電位則將隨電流的變化而變化，致使微機(jī)的定時(shí)信號(hào)電平不穩(wěn)，抗噪聲性能變壞，因此應(yīng)將接地線條加粗。

（4）接地線構(gòu)成閉合環(huán)路。只用數(shù)字電路組成的印制電路板接地時(shí)，將接地電路做成閉合環(huán)路大多都能明顯地提高抗噪聲能力。其原因是，通常印制電路板上有很多集成電路，尤其遇有耗電多的元件時(shí)，由于線條粗細(xì)不同會(huì)導(dǎo)致地線產(chǎn)生電位差。

2）電源線布置電源線的布線過(guò)程中，除了要根據(jù)電流的大小盡量加粗導(dǎo)體寬度外，還應(yīng)采取使電源線、地線的走向與數(shù)據(jù)傳遞的方向一致，這將有助于增強(qiáng)抗噪聲能力。

3）去耦電容配置在印制電路板的各個(gè)關(guān)鍵部位配置去耦電容應(yīng)視為印制電路板設(shè)計(jì)的一項(xiàng)常規(guī)做法。（1）電源輸入端跨接10μF～100μF的電解電容器。如有可能，接100μF以上更好。（2）原則上，每個(gè)集成電路芯片都應(yīng)安置一個(gè)0.01μF的陶瓷電容器——鉭電容器。這種器件的高頻阻抗特別小，在500kHz～20MHz范圍內(nèi)阻抗小于1Ω，而且漏電流很?。?.5μA以下）。（3）對(duì)于抗噪聲能力弱、關(guān)斷時(shí)電流變化大的器件和ROM、RAM存儲(chǔ)器件，應(yīng)在芯片的電源線（UCC）和地線（GND）間直接接入去耦電容。（4）電容引線不能太長(zhǎng)，特別是高頻旁路電容不能帶引線。

5）其他微機(jī)系統(tǒng)中電路的抗干擾設(shè)計(jì)與具體電路有密切關(guān)系，并無(wú)嚴(yán)格規(guī)定，要注意積累經(jīng)驗(yàn)，例如：（1）單片機(jī)復(fù)位端子“RESET”在強(qiáng)干擾現(xiàn)場(chǎng)會(huì)出現(xiàn)尖峰電壓干擾，雖不會(huì)造成復(fù)位干擾，但可能改變部分寄存器狀態(tài)，因此可以在“RESET”端配以0.01μF去耦電容。

（2）CMOS芯片的輸入阻抗很高，易受感應(yīng)，故在使用時(shí)，對(duì)其不用端要接地或接正電源。（3）按鈕、繼電器、接觸器等零部件在操作時(shí)均會(huì)產(chǎn)生較大火花，必須利用RC電路加以吸收，其方法如圖7-18所示。一般R取1kΩ～2kΩ、C取2.2μF～4.7μF。圖7-18采用RC電路減小干擾

4.空間干擾及抗干擾措施空間干擾主要是通過(guò)電磁波輻射竄入應(yīng)用系統(tǒng)的?？臻g干擾可來(lái)自系統(tǒng)的外部或內(nèi)部。一般情況下，空間干擾的抗干擾設(shè)計(jì)主要是接地、系統(tǒng)的屏蔽和布局設(shè)計(jì)等。

接地技術(shù)起源于強(qiáng)電，其概念是將電網(wǎng)的零線及各種設(shè)備的外殼接大地，以起到保障人身和設(shè)備安全的目的。在智能設(shè)備中接地的概念又有了新的內(nèi)涵，這里的“地”是指輸入信號(hào)與輸出信號(hào)的公共零電位，它本身可能是與大地相隔離的，而接地不僅是保護(hù)人身和設(shè)備的安全，也是抑制噪聲干擾，保證系統(tǒng)工作穩(wěn)定的關(guān)鍵技術(shù)。在設(shè)計(jì)和安裝使用過(guò)程中，如果能把接地和屏蔽正確地結(jié)合起來(lái)使用，是可以抑制大部分干擾的。

智能儀器系統(tǒng)的接地主要有兩種