【正文】 控制計(jì)算機(jī)的目的，也稱為“ 偽 ” 隔離方式 控制計(jì)算機(jī)VC C 1VDD控制線數(shù)字光耦…VI n（通道 n ）AD轉(zhuǎn)換器VI1（通道 n ）數(shù)據(jù)線控制線數(shù)據(jù)線AD轉(zhuǎn)換器… … …數(shù)字光耦數(shù)據(jù)線控制線VCC n控制線數(shù)據(jù)線系統(tǒng)總線2. 模擬量輸入通道的數(shù)字隔離 （ 2）不共用 A/D轉(zhuǎn)換器的形式 3. 模擬量輸入通道的模擬隔離 控制計(jì)算機(jī)VC C 1 VDD控制線多路轉(zhuǎn)換開關(guān)數(shù)據(jù)線地址線…VCC nAD轉(zhuǎn)換器隔離放大器 nVI n（通道 n ）隔離放大器 1VI1（通道 n ）… 常用隔離放大器 1. AD202/AD204隔離放大器 （ 1）原理： （ 2）主要指標(biāo)： ① 高精度：最大非線性度 177。 ％； ②高共模抑制比 (CMRR)： 130dB； ③低功耗： 75mW(AD202)， 35mW(AD204)； ④寬頻帶：可達(dá) 5kHz(AD204)； ⑤高絕緣級(jí)別： CMV為連續(xù) 177。 2022 pkV 常用隔離放大器 1. AD202/AD204隔離放大器 （ 3）功能框圖： 常用隔離放大器 1. AD202/AD204隔離放大器 （ 4）典型應(yīng)用電路： 2. ISO100隔離放大器 （ 1）原理框圖： （ 2）特點(diǎn) ： 只需外接少量元件，非常方便，加之其成本低，體積小，隔離效果好，頻帶寬，偏移電壓低，漂移小及漏電流極小等特點(diǎn)，因而特別適用于各種模擬輸入通道的隔離和放大。 控制計(jì)算機(jī)的可靠性技術(shù) 故障自診斷技術(shù) 故障自診斷技術(shù)是用軟件的辦法迅速準(zhǔn)確地確定系統(tǒng)內(nèi)部是否發(fā)生故障，以及故障發(fā)生的部位，指導(dǎo)運(yùn)行維護(hù)人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障、及時(shí)維修。 1. 意義 2. 常用方法 （ 1）檢查 CPU的運(yùn)算功能 （ 2） RAM檢查 （ 3）輸入輸出通道的檢查 （ 4）控制軟件及寄存器檢查 （ 5）控制器設(shè)置一個(gè)監(jiān)視定時(shí)器 （ 6）數(shù)據(jù)的有效性檢查 （ 7）設(shè)定軟件模塊出入口標(biāo)志 （ 8）程序存儲(chǔ)區(qū)的寫保護(hù) 冗余技術(shù) 1. 概念 2. 工作冗余 指系統(tǒng)滿足一定功能要求下配置的設(shè)備超過系統(tǒng)實(shí)際需要的最低數(shù)量 ，使系統(tǒng)即便出觀故障，仍然能維護(hù)正常的運(yùn)行，主要包括工作冗余和后備冗余兩種形式。 工作冗余是對(duì)關(guān)鍵設(shè)備實(shí)行雙重或三重的原則來重復(fù)配置，這些設(shè)備同時(shí)處于運(yùn)行狀態(tài)，工作過程中即使某一臺(tái)出現(xiàn)故障，它便會(huì)自動(dòng)脫離系統(tǒng)，并不影響系統(tǒng)的正常工作。 3. 后備冗余 使 — 臺(tái)設(shè)備投入運(yùn)行，另一臺(tái)冗余設(shè)備處于熱備用狀態(tài)，但不投入，在線運(yùn)行的設(shè)備一旦出現(xiàn)故障，后備的設(shè)備立即投入。故障設(shè)備的切除與后備設(shè)備的投入，其換接過程應(yīng)當(dāng)完全自動(dòng)完成的。 （熱備用、冷備用） CPU抗干擾技術(shù) （ 1）問題： 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)。 陷阱技術(shù) （ 2）解決辦法： 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)書寫，此即指令冗余技術(shù)。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。 （ 1）問題： 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) ，無法使程序恢復(fù)。 CPU抗干擾技術(shù) 陷阱技術(shù) （ 2）解決辦法： 在非程序區(qū)設(shè)置攔截措施，使程序進(jìn)入陷阱，即通過一條引導(dǎo)指令，強(qiáng)行將跑飛的程序引向一個(gè)指定的地址，在那里有一段專門對(duì)程序出錯(cuò)進(jìn)行處理的程序，即軟件陷阱。 （ 3）典型程序： NOP NOP JMP ERROR （ 4）設(shè)置區(qū)域： ROM空間 。 CPU抗干擾技術(shù) （ 1）問題： 干擾作用下， CPU正在執(zhí)行的程序可能跑飛到一個(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)也無能為力，系統(tǒng)將完全癱瘓。 （ 2）解決辦法： （ 3）看門狗的功能： 強(qiáng)制系統(tǒng)復(fù)位，擺脫死循環(huán)，一般使用 “ Watch Dog”。 設(shè)置一個(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)，這就是看守大門作用的程序運(yùn)行監(jiān)視系統(tǒng)，國外稱為 “ Watch Dog Timer”，即看門狗定時(shí)器或看門狗。 CPU抗干擾技術(shù) （ 4）看門狗工作原理： 動(dòng)畫鏈接 CPU抗干擾技術(shù) （ 5）典型硬件電路： 動(dòng)畫鏈接 ? X5045與 CPU的接口電路如上圖所示。 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)將使看門狗定時(shí)器重新開始計(jì)時(shí)。 WP：寫保護(hù)，低電平時(shí)寫操作被禁止，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)和看門狗超時(shí)輸出。 ? VSS：地。 ? VCC：電源電壓。 數(shù)字濾波技術(shù) 數(shù)字濾波的概念及特點(diǎn) 在計(jì)算機(jī)中系統(tǒng)對(duì)輸入信號(hào)采樣多次，然后用某種計(jì)算方法對(duì)進(jìn)行數(shù)字處理，以削弱或?yàn)V除干擾噪聲從而獲得真實(shí)信號(hào)的過程。 1. 概念 2. 特點(diǎn) （ 1）不涉及硬件設(shè)備，可靠性高，穩(wěn)定性好 （ 2）濾波參數(shù)修改容易便于靈活使用，且可多通道共用，成本很低 （ 3）可以對(duì)各種干擾信號(hào)，甚至極低頻率的信號(hào)進(jìn)行濾波 （ 4）占用 CPU的機(jī)時(shí)控制軟件及寄存器檢查 平均值 濾波 平均值濾波就是對(duì)多個(gè)采樣值進(jìn)行平均的算法，這是消除隨機(jī)誤差最常用的方法 11() miiy k ym ?? ? m a x m i n11( ) ( )2miiy k y y ym ?? ? ?? ?對(duì)周期性干擾信號(hào)和尖峰脈沖干擾均具有較好濾波效果 低通，對(duì)周期性干擾信號(hào)具有較好濾波效果 平均值 濾波 平均濾波 每個(gè)采樣周期只采樣一次，將這一次采樣值和過去的若干次采樣值一起求平均，所得結(jié)果即為有效采樣值。，較好地兼顧了慢速采樣系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性問題。 協(xié)調(diào)平滑度和靈敏度間的矛盾，提高靈敏度 1()miiiy k C y?? ?12 1mC C C? ? ? ? 11 0mmC C C?? ? ? ? 限幅濾波與限速濾波 剔除明顯不合理的數(shù)據(jù)，較限幅更可能接近實(shí)際數(shù)據(jù)。 解決大的隨機(jī)干擾或采樣器的不穩(wěn)定，使得采樣數(shù)據(jù)偏離實(shí)際值太遠(yuǎn)問題，剔除明顯不合理的數(shù)據(jù) ( ) ( ( ) )( ) ( ( ) )( ) ( ) ( ( ) )HHLLLHy k y y k yy k y y k yy k y k y y k y???????? ? ? ??( ) ( 1 ) , ( ) ( )( ) ( 1 ) , ( ) ( 1 )y k y k y y k y ky k y k y y k y k? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ?? 慣性 濾波 ：模擬硬件 RC低通濾波器的一種數(shù)字實(shí)現(xiàn) ( ) 1( ) 1 fYsX s T s? ?( ) ( ) ( 1 ) ( ) ( 1 ) ( 1 )fffTTy k x k y k x k y kT T T T ??? ? ? ? ? ? ??? 122f R C T????? 當(dāng)采樣周期一定時(shí)，濾波系數(shù) ?越小，數(shù)字濾波器的截止頻率就越低。例如： 數(shù)字濾波器的選擇原則 ： ： 選擇復(fù)合濾波方法： 一般情況下，算術(shù)平均濾波適用于周期性干擾，加權(quán)平均值濾波和滑動(dòng)平均濾波的實(shí)時(shí)性更好，限幅 /限速濾波適用于偶然的脈沖干擾，去極值平均濾波既可濾去脈沖干擾又可濾去小的隨機(jī)干擾；慣性濾波能很好地消除周期性干擾和較寬頻率的隨機(jī)干擾信號(hào)。 在實(shí)際應(yīng)用中，究竟采用不采用、以及采用哪一種數(shù)字濾波，都應(yīng)視具體情況而定。可能有的系統(tǒng)并不需要進(jìn)行數(shù)字濾波，如果應(yīng)用得不恰當(dāng)，非但達(dá)不到濾波效果，還會(huì)降低控制品質(zhì)。 把幾種濾波方法結(jié)合起來使用，可能會(huì)取得更好的濾波效果。