【正文】 定的抗干擾能力，一般接地電阻選為 4~10Ω左右。接地電阻越小越好，但接地電阻越小，接地極的施工就越困難。 大地 地線(xiàn)絕緣板機(jī)印打道通程過(guò)機(jī)主機(jī)圖繪 臺(tái)作操圖 9 28 全機(jī)一點(diǎn)接地圖 929 ? （ 2）主機(jī)外殼接地，機(jī)芯浮空 ? 為了提高計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的抗干擾能力，將主機(jī)外殼作為屏蔽罩接地，而把機(jī)內(nèi)器件架與外殼絕緣，絕緣電阻大于 50MΩ，即機(jī)內(nèi)信號(hào)地浮空， 如圖 930所示 。這種方法安全可靠，抗干擾能力強(qiáng)，但制造工藝復(fù)雜，一旦絕緣電阻降低就會(huì)引入干擾。 芯機(jī)芯機(jī)地內(nèi)機(jī)層緣絕殼外機(jī)主圖 8 2 9 外殼接 地機(jī)芯浮空?qǐng)D 930 ? （ 3）多機(jī)系統(tǒng)的接地 ? 在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，多臺(tái)計(jì)算機(jī)之間相互通信，資源共享。如果接地不合理，將使整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)無(wú)法正常工作。 ? 近距離 的幾臺(tái)計(jì)算機(jī)安裝在同一機(jī)房?jī)?nèi)，可采用類(lèi)似圖 929那樣的 多機(jī)一點(diǎn)接地 方法。 ? 對(duì)于 遠(yuǎn)距離 的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，多臺(tái)計(jì)算機(jī)之間的數(shù)據(jù)通信，通過(guò) 隔離的辦法 把地分開(kāi)。例如，采用變壓器隔離技術(shù)、光電隔離技術(shù)或無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)。 大地 地線(xiàn)絕緣板機(jī)印打道通程過(guò)機(jī)主機(jī)圖繪 臺(tái)作操圖 9 28 全機(jī)一點(diǎn)接地圖 929 軟件抗干擾措施 ? 引言 ? 指令冗余技術(shù) ? 軟件陷阱技術(shù) 引言 ? 首先是在控制系統(tǒng)的輸入輸出通道中，采用某種 計(jì)算方法 對(duì)通道的信號(hào)進(jìn)行數(shù)字處理，以削弱或?yàn)V除干擾噪聲，如 數(shù)字濾波方法 。這是一種廉價(jià)而有效的軟件程序?yàn)V波，在控制系統(tǒng)中被廣泛采用。 ? 而對(duì)于那些可能穿過(guò)通道而進(jìn)入 CPU的干擾，可采取指令冗余 、 軟件陷阱 以及 程序運(yùn)行監(jiān)視 等措施來(lái)使CPU恢復(fù)正常工作。 指令冗余技術(shù) ? 當(dāng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)受到外界干擾，破壞了 CPU正常的工作時(shí)序，可能造成程序計(jì)數(shù)器 PC的值發(fā)生改變，跳轉(zhuǎn)到隨機(jī)的程序存儲(chǔ)區(qū)。 ? 當(dāng)程序跑飛到某一單字節(jié)指令上，程序便自動(dòng)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(huì)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(gè)操作數(shù)，出錯(cuò)的機(jī)率會(huì)更大。 ? 為了解決這一問(wèn)題，可采用在程序中人為地 插入一些空操作指令 NOP或?qū)⒂行У膯巫止?jié)指令重復(fù)書(shū)寫(xiě) ，此即指令冗余技術(shù)。由于空操作指令為單字節(jié)指令，且對(duì)計(jì)算機(jī)的工作狀態(tài)無(wú)任何影響，這樣就會(huì)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。 ? 但我們 不能在程序中加入太多的冗余指令 ，以免降低程序正常運(yùn)行的效率。一般是在對(duì)程序流向起決定作用的指令之前以及影響系統(tǒng)工作狀態(tài)的重要指令之前都應(yīng)插入兩、三條 NOP指令，還可以每隔一定數(shù)目的指令插入 NOP指令，以保證跑飛的程序迅速納入正確軌道。 ? 指令冗余技術(shù)可以減少程序出現(xiàn)錯(cuò)誤跳轉(zhuǎn)的次數(shù)，但不能保證在失控期間不干壞事，更不能保證程序納入正常軌道后就太平無(wú)事了。解決這個(gè)問(wèn)題還必須采用軟件容錯(cuò)技術(shù)，使系統(tǒng)的誤動(dòng)作減少，并消滅重大誤動(dòng)作。 軟件陷阱技術(shù) ? 指令冗余使跑飛的程序安定下來(lái)是有條件的，首先跑飛的程序必須落到程序區(qū)，其次必須執(zhí)行到冗余指令。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(shí)，對(duì)此情況采取的措施就是設(shè)立軟件陷阱。 ? 軟件陷阱，就是在 非程序區(qū)設(shè)置攔截措施，使程序進(jìn)入陷阱 ，即通過(guò)一條引導(dǎo)指令，強(qiáng)行將跑飛的程序引向一個(gè)指定的地址，在那里有一段專(zhuān)門(mén)對(duì)程序出錯(cuò)進(jìn)行處理的程序。如果我們把這段程序的入口標(biāo)號(hào)稱(chēng)為ERROR的話(huà)，軟件陷阱即為一條 JMP ERROR指令。為加強(qiáng)其捕捉效果，一般還在它前面加上兩條NOP指令，因此真正的 軟件陷阱是由 3條指令 構(gòu)成： NOP NOP JMP ERROR ? 軟件陷阱 安排在以下四種地方 ：未使用的中斷向量區(qū)，未使用的大片 ROM空間，程序中的數(shù)據(jù)表格區(qū)以及程序區(qū)中一些指令串中間的斷裂點(diǎn)處。 ? 由于軟件陷阱都 安排在正常程序執(zhí)行不到的 地方，故不影響程序的執(zhí)行效率，在當(dāng)前 EPROM容量不成問(wèn)題的條件下，還應(yīng)多多安插軟件陷阱指令。 程序運(yùn)行監(jiān)視系統(tǒng) ? 引言 ? Watchdog Timer工作原理 ? Watchdog Timer實(shí)現(xiàn)方法 引言 ? 工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)難免會(huì)出現(xiàn)瞬間的尖峰高能脈沖干擾，可能會(huì)長(zhǎng)驅(qū)直入作用到 CPU芯片上，使正在執(zhí)行的程序跑飛到一個(gè)臨時(shí)構(gòu)成的死循環(huán)中，這時(shí)候的指令冗余和軟件陷阱技術(shù)也無(wú)能為力，系統(tǒng)將完全癱瘓。此時(shí)必須強(qiáng)制系統(tǒng)復(fù)位，擺脫死循環(huán)。 ? 由于操作者不可能一直監(jiān)視系統(tǒng)，這就需要一個(gè)獨(dú)立于 CPU之外的監(jiān)視系統(tǒng)，在程序陷入死循環(huán)時(shí)，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并自動(dòng)復(fù)位系統(tǒng)，這就是看守大門(mén)作用的程序運(yùn)行監(jiān)視系統(tǒng)，國(guó)外稱(chēng)為“ Watchdog Timer”，即 看門(mén)狗定時(shí)器或看門(mén)狗 。 Watchdog Timer工作原理 ? 為了保證程序運(yùn)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(dú)立于 CPU之外，但又要與 CPU保持時(shí)時(shí)刻刻的聯(lián)系。因此，程序運(yùn)行監(jiān)視系統(tǒng)是 硬件電路與軟件程序的巧妙結(jié)合。 ? CPU可設(shè)計(jì)成由程序確定的定時(shí)器 1，看門(mén)狗被設(shè)計(jì)成另一個(gè)定時(shí)器 2，它的計(jì)時(shí)啟動(dòng)將因 CPU的定時(shí)訪(fǎng)問(wèn)脈沖 P1的到來(lái)而重新開(kāi)始，定時(shí)器 2的定時(shí)到脈沖 P2連到 CPU的復(fù)位端。兩個(gè)定時(shí)周期必須是 T1＜ T2， T1就是 CPU定時(shí)訪(fǎng)問(wèn)定時(shí)器 2的周期，也就是在 CPU執(zhí)行的應(yīng)用程序中每隔 T1時(shí)間安插一條訪(fǎng)問(wèn)指令。 CPU (T 1 )定時(shí)器(T 2 )定時(shí)訪(fǎng)問(wèn)脈沖 P 1重新啟動(dòng)復(fù)位定時(shí)到脈沖 P 2圖 830 W at chdog T im er 工作原理P 1P 2T 2應(yīng)用程序訪(fǎng)問(wèn)指令訪(fǎng)問(wèn)指令訪(fǎng)問(wèn)指令T 1T 1T 1死循環(huán)T 1圖 930 ? 在正常情況下， CPU每隔 T1時(shí)間便會(huì)定時(shí)訪(fǎng)問(wèn)定時(shí)器 2，從而使定時(shí)器 2重新開(kāi)始計(jì)時(shí)而不會(huì)產(chǎn)生溢出脈沖 P2；而一旦 CPU受到干擾陷入死循環(huán)，便不能及時(shí)訪(fǎng)問(wèn)定時(shí)器 2，那么定時(shí)器 2會(huì)在 T2時(shí)間到達(dá)時(shí)產(chǎn)生定時(shí)溢出脈沖 P2，從而引起 CPU的復(fù)位，自動(dòng)恢復(fù)系統(tǒng)的正常運(yùn)行程序。 CPU (T 1 )定時(shí)器(T 2 )定時(shí)訪(fǎng)問(wèn)脈沖 P 1重新啟動(dòng)復(fù)位定時(shí)到脈沖 P 2圖 830 W at chdog T im er 工作原理P 1P 2T 2應(yīng)用程序訪(fǎng)問(wèn)指令訪(fǎng)問(wèn)指令訪(fǎng)問(wèn)指令T 1T 1T 1死循環(huán)T 1圖 930 Watchdog Timer實(shí)現(xiàn)方法 ? 以前的 Watchdog Timer硬件部分是用單穩(wěn)電路或自帶脈沖源的計(jì)數(shù)器構(gòu)成，一是電路有些復(fù)雜，二是可靠性有些問(wèn)題。美國(guó) Xicor公司生產(chǎn)的 X5045芯片，集看門(mén)狗功能、電源監(jiān)測(cè)、 EEPROM、上電復(fù)位等四功能為一體，使用該器件將大大簡(jiǎn)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)并提高系統(tǒng)的性能。 ? X5045與 CPU的接口電路如圖 931所示。 X5045只有 8根引腳： ? SCK：串行時(shí)鐘。 ? SO：串行輸出，時(shí)鐘 SCK的下降沿同步輸出數(shù)據(jù)。 ? SI：串行輸入，時(shí)鐘 SCK的上升沿鎖存數(shù)據(jù)。 ? CS：片選信號(hào)，低電平時(shí) X5045工作，變?yōu)楦唠娖綍r(shí)將使看門(mén)狗定時(shí)器重新開(kāi)始計(jì)時(shí)。 WP：寫(xiě)保護(hù)，低電平時(shí)寫(xiě)操作被禁止，高電平時(shí)所有功能正常。 ? RESET：復(fù)位，高電平有效。用于電源檢測(cè)和看門(mén)狗超時(shí)輸出。 ? VSS：地。 ? VCC：電源電壓。 圖 8 3 1 X 5 0 4 5 與 CPU 的接口電路R E SE TD0D1D2D3SOSISCKCSW C CWPVSSX 5 0 5 4+ 5 VR E SE TCPU圖 931 ? 它與 CPU的接口電路很簡(jiǎn)單， X5045的信號(hào)線(xiàn) SO、 SI、SCK、 CS與 CPU的數(shù)據(jù)線(xiàn) D0~D3相連，用軟件控制引腳的讀（ SO）、寫(xiě)（ SI）及選通（ CS ）。 X5045的引腳 RESET與 CPU的復(fù)位端 RESET相連，利用訪(fǎng)問(wèn)程序造成 CS引腳上的信號(hào)變化，就算訪(fǎng)問(wèn)了一次X5045。 ? 在 CPU正常工作時(shí)，每隔一定時(shí)間 (小于 X5045的定時(shí)時(shí)間 )運(yùn)行一次這個(gè)訪(fǎng)問(wèn)程序， X5045就不會(huì)產(chǎn)生溢出脈沖。一旦 CPU陷入死循環(huán)，不再執(zhí)行該程序也即不對(duì) X5045進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)，則 X5045就會(huì)在 RESET端輸出寬度 100ms 400ms的正脈沖，足以使 CPU復(fù)位。 ? 這里， X5045中的看門(mén)狗對(duì) CPU提供了完全獨(dú)立的保護(hù)系統(tǒng)，它提供了三種定時(shí)時(shí)間： 200ms、 600ms和，可用編程選擇。 本章小結(jié) ? 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)總是處在干擾頻繁的惡劣環(huán)境中，因此如果沒(méi)有足夠的抗干擾措施，即使系統(tǒng)的各種硬件與軟件的設(shè)計(jì)都很合理，也未必能正常地工作。抗干擾能力是設(shè)計(jì)與運(yùn)行一個(gè)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)必須要考慮的重要指標(biāo)。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。因此，應(yīng)當(dāng)根據(jù)具體的實(shí)際系統(tǒng)采取相應(yīng)的抗干擾措施。 ? 本章從干擾的來(lái)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。重點(diǎn)討論了對(duì)系統(tǒng)過(guò)程通道中串模干擾與共模干擾的抑制，對(duì)CPU主機(jī)的程序運(yùn)行監(jiān)視復(fù)位系統(tǒng)，另外對(duì)施工工程中的信號(hào)線(xiàn)、電源系統(tǒng)與接地系統(tǒng)的抗干擾措施也作了介紹。