【正文】 速度要求較高的系統(tǒng)中，采用上述方案就難以滿足高速的要求，通常將模擬量直接轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，或?qū)?shù)字量直接轉(zhuǎn)換為模擬量，以滿足高速的要求。但由于數(shù)字量需多路并行傳輸，因此，使用光電耦合器較多，設(shè)備體積較大，成本較高。 平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院 任務(wù)一 煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)及其單片機結(jié)構(gòu)認識 57 傳 感 器 光電耦合器 V/F 轉(zhuǎn) 換 器 D/F 轉(zhuǎn) 換 器 微機系統(tǒng) D/F 轉(zhuǎn) 換 器 光電耦合器 F/V 轉(zhuǎn) 換 器 執(zhí)行機構(gòu) 模擬量 頻率量 頻率量 數(shù)字量 數(shù)字量 頻率量 頻率量 模擬量 圖 126 頻率輸入、輸出光電隔離模擬系統(tǒng)圖 微機系統(tǒng) 數(shù)字量 數(shù)字量 傳 感 器 光電耦合器 A/D 轉(zhuǎn) 換 器 模擬量 數(shù)字量 光電耦合器 D/A 轉(zhuǎn) 換 器 執(zhí)行機構(gòu) 數(shù)字量 模擬量 圖 125 數(shù)字量輸入、輸出光電隔離模擬系統(tǒng)圖 平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院 任務(wù)一 煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)及其單片機結(jié)構(gòu)認識 58 （ 2）印制電路板抗干擾設(shè)計 印制電路板抗干擾設(shè)計是抗干擾主要措施之一。印制板電路抗干擾設(shè)計主要包括印制電路板尺寸的選擇、元器件布置、地線布置、電源線布置、去稻電容配置等。 印制電路板尺寸大小要適中，尺寸太大，印制線路加長、線路阻抗增大，供電質(zhì)量難以保證。如果布線不當，將會加大負載波動耦合干擾和印制板電路間信號耦合干擾，并且成本高，印制板電路質(zhì)量難以保證。尺寸大小，電磁器件對周圍器件干擾大，不利于大功率器件散熱。如果印制導線過細或過近，還會降低印制板可靠性，加大線間信號耦合干擾。 平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院 任務(wù)一 煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)及其單片機結(jié)構(gòu)認識 59 在器件布置上，應(yīng)盡量將邏輯相關(guān)的元器件布置在一起，按信號流程布置器件。除此之外，還應(yīng)盡量減小信號線長度和計算機總線長度，將模擬電路與數(shù)字電路分開布置，將高頻電路與低頻電路分開布置，將大功率元器件與小功率元器件分開布置，將電磁元器件單獨布置。 地線要盡量加寬，以減少線路壓降和負載耦合干擾。信號工作頻率不小于 1MHz的系統(tǒng)可采用單點接地，如圖 127所示。信號工作頻率大于 I0MHz的系統(tǒng)應(yīng)采用多點接地 ，如圖 128所示。對于信號工作頻率在 l~l0MHz之間的系統(tǒng)，應(yīng)盡量采用多點接地，如果采用一點接地，接地線長度應(yīng)不大于波長的 l／ 16。對于單點接地系統(tǒng)接地線應(yīng)構(gòu)成環(huán)路，以減小地線上的電位差，提高系統(tǒng)的抗噪聲能力，地線布置如圖 129所示。如果系統(tǒng)中既有數(shù)字電路，又有模擬電路，應(yīng)將數(shù)字地與模擬地分開布置，以減小相互之間的干擾。 平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院 任務(wù)一 煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)及其單片機結(jié)構(gòu)認識 60 圖 128 多點接地示意圖 圖 127 單點接地示意圖 雙面板或多層板接地面 1 2 3 雙面板或多層板接地面 1 2 3 雙面板或多層板接地面 1 2 3 (a) 串聯(lián)系統(tǒng)的公共接地 (b) 并聯(lián)系統(tǒng)的單獨接地 平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院 任務(wù)一 煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)及其單片機結(jié)構(gòu)認識 61 地線 圖 129 單點接地地線的布置 平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院 任務(wù)一 煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)及其單片機結(jié)構(gòu)認識 62 電源線應(yīng)盡量加寬，雙面印制電路板的電源線應(yīng)盡量與地線布置在對應(yīng)的那一面，并與地線的走向盡量一致。 在板上穩(wěn)壓電源輸出端應(yīng)并接 1～ 10uF的鉭電解電容。在程序存儲器、數(shù)據(jù)存儲器、單片機、接口電路、總線驅(qū)動器等耗能較大的芯片的電源端與接地端之間并接 0． 0l～ 0． 1 uF的獨石電容。每 l～ 5個低功耗集成電路使用 1個 0． 01～ O． 1 u F的獨石電容。 邏輯電路未使用的輸入端，應(yīng)視邏輯關(guān)系接至已使用門的輸入端，或接地，或接電源。 有可能產(chǎn)生火花的按鈕、開關(guān)、繼電器和接觸器的接點，應(yīng)并接 RC電路吸收，一般 R取 l～ 2k ， C取 ～ ，如圖 130所示。繼電器和接觸器線圈，應(yīng)反并續(xù)流二極管，如圖 131所示。 為防止強電磁干擾使系統(tǒng)或部分寄存器錯誤復位，應(yīng)在芯片的 RESET復位端并接 0． 01uF獨石電容。 平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院 任務(wù)一 煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)及其單片機結(jié)構(gòu)認識 63 平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院 任務(wù)一 煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)及其單片機結(jié)構(gòu)認識 64 （ 3）系統(tǒng)布線 系統(tǒng)布線除應(yīng)將本安與非本安導線分開打把外，還應(yīng)將交流線單獨打把，直流穩(wěn)壓電源線單獨打把，數(shù)字信號線單獨打把，模擬信號線單獨打把，燈泡、繼電器等感性負載驅(qū)動線和非穩(wěn)壓的直流電源線單獨打把，并盡量減小布線長度和采用雙絞線。地線要盡量粗，對于高頻系統(tǒng)應(yīng)采用多點接地，對于低頻系統(tǒng)可選用一點接地。有屏蔽層的電纜，屏蔽層要一點接地。 （ 4）系統(tǒng)抗干擾措施 系統(tǒng)抗干擾措施就是當干擾使系統(tǒng)出現(xiàn)某種異常后，所采取的一些軟件和硬件抗干擾措施。系統(tǒng)抗干擾措施主要包括設(shè)置監(jiān)視定時器(又稱看門狗電路 )、設(shè)置軟件陷井及地址攔截、軟件冗余設(shè)計、系統(tǒng)上電自檢、對監(jiān)測數(shù)據(jù)軟件濾波等。 平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院 任務(wù)一 煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)及其單片機結(jié)構(gòu)認識 65 （ 5）設(shè)置監(jiān)視定時器 設(shè)置監(jiān)視定時器就是將定時器的定時時間設(shè)定成略大于程序正常運行時可能出現(xiàn)的最大循環(huán)周期時間，在循環(huán)程序中，設(shè)置一條使定時器復位或預置的指令，定時器的定時時間到輸出端經(jīng)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器接 CPU的復位信號端或中斷請求輸入端。當系統(tǒng)運行正常時，由于每一周期都對定時器復位或重新預置，因此，定時器輸出無效電平。當系統(tǒng)運行不正常時，將不能保證對定時器復位和重新預置的周期時間小于定時器定時時間，定時器輸出有效電平信號，使系統(tǒng)復位或進入故障處理中斷程序。用作監(jiān)視的定時器可以是單片機本身的定時器，也可以是外部可編程定時器，如： 825 Z80CTC、 8155等接口電路，還可以是不可編程的計數(shù)器和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。 平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院 任務(wù)一 煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)及其單片機結(jié)構(gòu)認識 66 （ 6）設(shè)置軟件陷井及地址攔截 設(shè)置軟件陷井就是在未被使用的程序存儲器空間內(nèi)，反復設(shè)置跳轉(zhuǎn)指令，跳轉(zhuǎn)至能夠重新啟動或出錯處理的程序段。當干擾使程序計數(shù)器出錯，進入上述未被使用但反復設(shè)置跳轉(zhuǎn)指令的程序存儲器空間時，這些跳轉(zhuǎn)指令將會使程序重新啟動或進入出錯處理程序段。 平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院 任務(wù)一 煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)及其單片機結(jié)構(gòu)認識 67 （ 7）軟件冗余設(shè)計 軟件冗余設(shè)計就是在不影響程序正常運行的情況下，將一次性操作改為循環(huán)重復操作，或多次重復操作，主要包括： 1)對接口電路的控制命令寄存器，由一次寫入改為循環(huán)重復寫入，當接口電路的控制命令寄存器被干擾后，在下一個軟件循環(huán)周期內(nèi)得到修正。 2)對跳轉(zhuǎn)、調(diào)用子程序、返回、開／閉中斷等重要指令多次重復 (一般重復 1～ 2次 )，當這些指令在執(zhí)行過程中受到外界干擾，后面重復的指令將會被正確執(zhí)行。 3)將重要環(huán)節(jié)的一次采樣、處理和輸出改為循環(huán)采樣、處理和輸出。當一次采樣、處理和輸出被干擾有誤，將會在下一個循環(huán)得到修正。 4)對重要數(shù)據(jù)采用多處存儲擇多判決。例如：將同一個數(shù)據(jù)存放 3個不同的 RAM存儲單元中，取數(shù)時，有兩個單元數(shù)據(jù)一致認為有效。 5)對輸出的控制數(shù)據(jù)除通過接口輸出外，還在 RAM中存儲，以便系統(tǒng)故障排除后恢復故障前的輸出狀態(tài)。 6)對重要環(huán)節(jié)的采樣、和輸出采用多次重復、擇多判決或取平均值等。 平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院 任務(wù)一 煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)及其單片機結(jié)構(gòu)認識 68 （ 8）系統(tǒng)上電自檢 1) 程序存儲器的檢測 2) 數(shù)據(jù)存儲器的檢測 3) CPU的檢測 4) 輸入／輸出接口電路的檢測 平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院 任務(wù)一 煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)及其單片機結(jié)構(gòu)認識 69 （ 9）軟件數(shù)字濾波 為消除監(jiān)測數(shù)據(jù)中的干擾，除在硬件上采用有源或無源濾波外，還可使用軟件數(shù)字濾波。在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，由于運算速度、存儲容量等因素的限制，一般采用一些簡單而又有效的方法。 (1) 算術(shù)平均值 (2) 中值法 (3) 擇多判決法 (4) 一階遞推數(shù)字濾波法 即： (1 )n n nKKY X Y? ? ?平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院 任務(wù)一 煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)及其單片機結(jié)構(gòu)認識 70 四、任務(wù)布置 八礦煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)的組成及主要作用。 畫出單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。 畫出單片機內(nèi)部存儲器結(jié)構(gòu)圖。 寫出 51系列單片機輸入 /輸出端口結(jié)構(gòu)特點、工作原理及使用注意事項。 畫出一種單片機時鐘電路和復位電路。 試畫出一種單片機最小系統(tǒng)電路圖。 返回