【正文】 到控制系統(tǒng)的可靠性與穩(wěn)定性。 ～ 220 V圖 9 19 利 用干擾抑制器的電源系統(tǒng) 干 擾抑制器 計 算機(jī)控制系統(tǒng)圖 919 ? （ 3）采用交流穩(wěn)壓器穩(wěn)定電網(wǎng)電壓 ? 計算機(jī)控制的交流供電系統(tǒng)一般 如圖 920所示 。如果交流供電中斷，系統(tǒng)中的斷電傳感器檢測到斷電后就會將供電通路在極短的時間內(nèi)（ 3ms）切換到電池組，從而保證流入計算機(jī)控制系統(tǒng)的電流不因停電而中斷。 當(dāng)電源恢復(fù)正常時 ， CPU重新復(fù)位 ， 復(fù)位后應(yīng)首先檢查是否有掉電標(biāo)記 。 一次繞組二次繞組二次繞組一次繞組圖 8 2 3 電源變壓器的屏蔽（ a ） （ b ）圖 924 ?通常將電源變壓器的一、二次繞組分別加以屏蔽，一次繞組屏蔽層與鐵心同時接地， 如圖 924（ a）所示 。 （ 3）采用 DCDC變換器 ? 如果系統(tǒng)供電電網(wǎng)波動較大，或者對直流電源的精度要求較高，就可以采用 DCDC變換器，它們可以將一種電壓的直流電源，變換成另一種電壓的直流電源。旁路電容可用 ～ ，旁路電容器的引線要短而且緊靠需要旁路的集成器件的 VCC或GND端，否則會毫無意義。有時為區(qū)別遠(yuǎn)距離傳感器的弱信號地與主機(jī)的模擬地關(guān)系，把傳感器的地又叫信號地。 ? 以上這些地線如何處理，是接地還是浮地？是一點接地還是多點接地？這些是實時控制系統(tǒng)設(shè)計、安裝、調(diào)試中的重要問題。 模擬地橫匯流條模擬地縱匯流條數(shù)字地橫匯流條數(shù)字地縱匯流條接地板系統(tǒng)地安全地（機(jī)殼地）圖 9 25 分別回流法單點接地方式大地圖 926 ?在空間將數(shù)字地匯流條與模擬地匯流條間隔開，以避免通過匯流條間電容產(chǎn)生耦合。 圖 9 26 輸入 系統(tǒng)接地方式信號源遮蔽層屏蔽層放大器sU(a ) 信號 源端接地 (b ) 接收端接地A信號源 遮蔽層屏蔽層放大器sUB圖 9 26 輸入 系統(tǒng)接地方式信號源遮蔽層屏蔽層放大器sU(a ) 信號 源端接地 (b ) 接收端接地A信號源 遮蔽層屏蔽層放大器sUB圖 927 ?這樣單點接地是為了避免在屏蔽層與地之間的 回路電流 ，從而通過屏蔽層與信號線間的電容產(chǎn)生對信號線的干擾。 ? （ 1） TTL， CMOS器件的地線要呈輻射狀，不能形成環(huán)形。為了避免多點接地，各機(jī)柜用絕緣板墊起來。 ? 對于 遠(yuǎn)距離 的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，多臺計算機(jī)之間的數(shù)據(jù)通信，通過 隔離的辦法 把地分開。由于空操作指令為單字節(jié)指令，且對計算機(jī)的工作狀態(tài)無任何影響，這樣就會使失控的程序在遇到該指令后，能夠調(diào)整其 PC 值至正確的軌道，使后續(xù)的指令得以正確地執(zhí)行。如果我們把這段程序的入口標(biāo)號稱為ERROR的話，軟件陷阱即為一條 JMP ERROR指令。 ? CPU可設(shè)計成由程序確定的定時器 1，看門狗被設(shè)計成另一個定時器 2，它的計時啟動將因 CPU的定時訪問脈沖 P1的到來而重新開始，定時器 2的定時到脈沖 P2連到 CPU的復(fù)位端。 ? SI：串行輸入，時鐘 SCK的上升沿鎖存數(shù)據(jù)。 X5045的引腳 RESET與 CPU的復(fù)位端 RESET相連，利用訪問程序造成 CS引腳上的信號變化，就算訪問了一次X5045。 ? 本章從干擾的來源與傳播途徑入手，分析了硬件與軟件方面的各種抗干擾措施。但干擾的形式與危害多種多樣，而系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能又是各式各樣。 ? VCC：電源電壓。 X5045只有 8根引腳： ? SCK：串行時鐘。 Watchdog Timer工作原理 ? 為了保證程序運行監(jiān)視系統(tǒng)的可靠性，監(jiān)視系統(tǒng)中必須包括一定的硬件部分，且應(yīng)完全獨立于 CPU之外，但又要與 CPU保持時時刻刻的聯(lián)系。當(dāng)跑飛的程序落到非程序區(qū) (如 EPROM中未使用的空間、程序中的數(shù)據(jù)表格區(qū) )時，對此情況采取的措施就是設(shè)立軟件陷阱。 ? 當(dāng)程序跑飛到某一單字節(jié)指令上，程序便自動納入正軌；當(dāng)程序跑飛到某一雙字節(jié)指令上，有可能落到其操作數(shù)上，則 CPU會誤將操作數(shù)當(dāng)操作碼執(zhí)行；當(dāng)程序跑飛到三字節(jié)指令上，因它有兩個操作數(shù)，出錯的機(jī)率會更大。如果接地不合理，將使整個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)無法正常工作。 ? （ l）全機(jī)一點接地 ? 計算機(jī)控制系統(tǒng)的主機(jī)架內(nèi)采用 圖 929所示 的分別回流法接地方式。這樣便將寄生電容短路了，從而消除了反饋通路。在 圖（ a） 中，信號源端接地，而接收端放大器浮地，則屏蔽層應(yīng)在信號源端接地（ A點）。采用多層匯流條以減少自感，可減少干擾的竄入途徑。因此，交流地絕不允許與上述幾種地相連，而且交流電源變壓器的絕緣性能要好，絕對避免漏電現(xiàn)象。 ? 模擬地 作為傳感器、變送器、放大器、 A/D和 D/A轉(zhuǎn)換器中模擬電路的零電位。 （ 5）集成電路塊的 VCC加旁路電容 ? 集成電路的開關(guān)高速動作時會產(chǎn)生噪聲，因此無論電源裝置提供的電壓多么穩(wěn)定， VCC和GND端也會產(chǎn)生噪聲。 12V， 177。 （ 1）交流電源變壓器的屏蔽 ? 把高壓交流變成低壓直流的簡單方法是用交流電源變壓器。 ? 對于沒有采用鎳電池進(jìn)行掉電保護(hù)的一些控制系統(tǒng) ， 至少應(yīng)設(shè)置電源監(jiān)控電路即硬件掉電檢測電路 。 ? 正常情況下由交流電網(wǎng)通過交流穩(wěn)壓器、切換開關(guān)、直流穩(wěn)壓器供電至計算機(jī)系統(tǒng)；同時交流電網(wǎng)也給電池組充電。 (2)利用干擾抑制器消除尖峰干擾 干擾抑制器使用簡單，利用干擾抑制器消除尖峰干擾的電路 如圖 919示 。 ②電纜溝內(nèi)用電纜架或在溝底自由敷設(shè)時，信號電纜與電源電纜間距一般應(yīng)在 15cm以上，如圖 917（ b）（ c）所示；如果電源電纜無屏蔽，且為交流電壓 220VAC、電流 10A時，兩者間距應(yīng)在 60 cm以上。否則，不僅達(dá)不到抗干擾的效果，反而會引進(jìn)干擾。 ? （ 1）信號線類型的選擇 ? 在精度要求高、干擾嚴(yán)重的場合，應(yīng)當(dāng)采用屏蔽信號線。 雙絞線AR PBR圖 8 16 始 端阻抗匹配圖 916 ? 這種匹配方法的優(yōu)點是波形的高電平不變，缺點是波形低電平會抬高。由于終端電阻變低，則加大負(fù)載，使波形的高電平下降，從而降低了高電平的抗干擾能力，但對波形的低電平?jīng)]有影響。 1．波阻抗的測量 ? 為了進(jìn)行阻抗匹配，必須事先知道信號傳輸線的波阻抗 RP，波阻抗 RP的測量 如圖 914所示 。這是因為首先在 Ucm、 Zs Zc3構(gòu)成的回路中， Zc3＞＞ Zs3，因此干擾電流 I3在 Zs3上的分壓 US3就小得多；同理， US3分別在 Zs2與 Zs1上的分壓 US2與 US1又被衰減很多，而且是同時加到運算放大器的差動輸入端，也即被 2次衰減到很小很小的干擾信號再次相減，余下的進(jìn)入到計算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)的共模電壓在理論上幾乎為零。 ? 光耦的這兩種隔離方法各有優(yōu)缺點。 ? 利用光耦隔離器的開關(guān)特性，可傳送數(shù)字信號而隔離電磁干擾，即在數(shù)字信號通道中進(jìn)行隔離。因此，共模干擾電壓的抑制就應(yīng)當(dāng)是有效的隔離兩個地之間的電聯(lián)系，以及采用被測信號的雙端差動輸入方式。 ? 一般采用 電阻 R、電容 C、電感 L等無源元件構(gòu)成濾波器。目前常采用 雙絞線 與 濾波器 兩種措施。當(dāng)回路電流 i1變化時，在 R1和 R2上產(chǎn)生的電壓降變化就會影響到另一個回路電流 i2。 圖 8 3 導(dǎo)線之 間的靜電耦合 導(dǎo)線1 導(dǎo)線2C 12C 1gU 1C 2gRU n圖 93 ? 空間的磁場耦合是通過 導(dǎo)體間的互感耦合 進(jìn)來的 。 干擾的來源 高壓電纜閃電雷達(dá)、電臺等天線發(fā)射 微機(jī)控制系統(tǒng)地電位波動電機(jī)、電焊機(jī)等大用電設(shè)備引入噪聲交流動力線 圖 8 1 外 部干擾環(huán)境圖 91 ? 內(nèi)部干擾則是由系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)布局、制造工藝 所引入的。 ? 程序運行監(jiān)視系統(tǒng)。本章主要討論干擾的來源、傳播途經(jīng)及抗干擾的措施。 1．靜電耦合 ? 靜電耦合是電場通過 電容耦合 途徑竄入其它線路的 。 2．磁場耦合 1線導(dǎo) 2線導(dǎo)圖 8 4 導(dǎo)線之間的磁場耦合R 2R 3R1I 1U 1U nM 如果導(dǎo)線 1為承載著 10kVA、 220V的交流輸電線，導(dǎo)線 2為與之相距 1米并平行走線 10米的信號線，兩線之間的互感M會使信號線上感應(yīng)到的干擾電壓 Un高達(dá)幾十毫伏。 在硬件抗干擾措施中 ， 除了按照干擾的三種主要作用方式 —— 串模 、 共模及長線傳輸 干擾來分別考慮外 ， 還要從 布線 、 電源 、 接地 等方面考慮 。雙絞線相鄰的扭絞處之間為 雙絞線的節(jié)距 ，雙絞線不同節(jié)距會對串模干擾起到不同的的抑制效果，見表 91。 圖 98 共模干擾是指計算機(jī)控制系統(tǒng)輸入通道中 信號放大器兩個輸入端上共有的干擾電壓 ，可以是直流電壓，也可以是交流電壓，其幅值達(dá)幾伏甚至更高，這取決于現(xiàn)場產(chǎn)生干擾的環(huán)境條件和計算機(jī)等設(shè)備的接地情況。被測信號通過變壓器耦合獲得通路，而共模干擾電壓由于不成回路而得到有效的抑制。 A/D轉(zhuǎn)換器D1D2+ 5V+ 5VD3D4D5D6D7D0 D/A轉(zhuǎn)換器+5V+5V( b) 在 CPU 與 D /A 轉(zhuǎn)換器之間( a) 在 A /D 轉(zhuǎn)換器與 CPU 之間圖8 11 光耦隔離器的數(shù)字信號隔離C PUD1D2D3D4D5