【正文】 2022/2/14 26 反射波干擾的抑制 (2) 終端并聯(lián)阻抗匹配 (b) 適當(dāng)調(diào)整 R1和 R2的阻值，可使 R=Rp。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。它不會引起輸出高電平的降低，故增加了高電平的抗干擾能力。 單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術(shù) 2022/2/14 29 反射波干擾的抑制 3. 輸入 /輸出驅(qū)動法 圖 14 應(yīng)用雙驅(qū)動器的反射波抑制方法 當(dāng) A點(diǎn)為低電平時，電壓波從 B向 A傳輸。這就是說，由于反射信號遇到的是低阻抗，它的衰減速度很快，反射能力大大地減弱了。為了降低接收器 T2的輸入阻抗，接入一個負(fù)載電阻 R＝ 1kΩ，這樣大大削弱了反射波的干擾。由此可見，無論是輸出高電平還是低電平，反射波都將很快衰減。 單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術(shù) 2022/2/14 32 空間干擾的抑制 抗空間干擾的主要措施就是采取屏蔽措施。良好的屏蔽是和接地緊密相連的，因而可以大大降低噪聲耦合，取得較好的抗干擾效果。 圖 17所示為一種浮空 — 保護(hù)屏蔽層 — 機(jī)殼接地方案。圖中信號線的屏蔽外皮 A點(diǎn)接附加保護(hù)屏蔽層的 G點(diǎn)，但不接機(jī)殼 B。 單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術(shù) 2022/2/14 34 單片機(jī)系統(tǒng)的接地技術(shù) 接地技術(shù)對單片機(jī)系統(tǒng)是極為重要的，不恰當(dāng)?shù)慕拥貢斐蓸O其嚴(yán)重的干擾，而正確接地卻是單片機(jī)系統(tǒng)抑制干擾的重要手段。二是為了抑制干擾，使單片機(jī)工作穩(wěn)定。保護(hù)接地主要是為了避免操作人員因設(shè)備的絕緣損壞或下降時遭受觸電危險和保證設(shè)備的安全。 在單片機(jī)系統(tǒng)中，大致有交流地、系統(tǒng)地、安全地、數(shù)字地 (邏輯地 )和模擬地等幾種。 2. 系統(tǒng)地 是指信號回路的基準(zhǔn)導(dǎo)體 (如控制電源的零電位 )。通常安全地又稱為保護(hù)地或機(jī)殼地。 5. 模擬地 作為傳感器、變送器、放大器、 A/D轉(zhuǎn)換器和 D/A轉(zhuǎn)換器中模擬地的零電位。 (1) 數(shù)字地與模擬地要分開。 (3) 傳感器、變送器和放大器等通常采用屏蔽罩，而信號的傳送往往使用屏蔽線。 (4) 接地線要盡量加粗。另外，交流地也很容易帶來各種干擾。 單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術(shù) 2022/2/14 37 單片機(jī)系統(tǒng)的掉電保護(hù)技術(shù) 進(jìn)行掉電保護(hù)有兩種方法：一是在系統(tǒng)的電源發(fā)生變化時，即上電或掉電時，保證 SRAM芯片的數(shù)據(jù)不丟失；二是永久保護(hù)，即直接把要保護(hù)的 SRAM區(qū)加上備用電源或整個系統(tǒng)用可靠的不間斷電源 UPS供電。 圖 18 利用 4060開關(guān)實(shí)現(xiàn)的 RAM掉電保護(hù)電路 1. 掉電保護(hù)基本電路 單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術(shù) 2022/2/14 39 單片機(jī)系統(tǒng)的掉電保護(hù)技術(shù) 例 1 如圖 19所示電路為一種 RAM掉電保護(hù)電路。只要在上電和斷電期間保證使CE2立即變?yōu)榈碗娖?，或立即變?yōu)楦唠娖骄涂梢允?SRAM中的數(shù)據(jù)保持不變。在系統(tǒng)電源掉電瞬間， U1的輸入立刻變低，而輸出端為高電平，從而禁止對 SRAM進(jìn)行寫入。因此，在掉電瞬間和掉電后， SRAM也處于禁止?fàn)顟B(tài)。一個完善的保護(hù)電路，必須具備以下功能： (1) 掉電時在 CPU的失效電壓到達(dá)以前，存儲器的寫信號線應(yīng)被封鎖。 (2) 在存儲器失效電壓到達(dá)以前，備用電池應(yīng)立即接替供電。 (4) 上電時，電壓升到存儲器有效工作電壓以上時才允許電源接替電池供電。 單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術(shù) 2022/2/14 42 單片機(jī)系統(tǒng)的掉電保護(hù)技術(shù) 2. 不間斷電源 UPS 不間斷電源 UPS(Uninterruptible Power System)的基本結(jié)構(gòu)分為兩大類：一部分是將交流市電變?yōu)橹绷麟姷恼?/充電裝置，另一部分是把直流電再度轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟姷?PWM逆變器。一旦市電供應(yīng)中斷，蓄電池立即對逆變器供電，從而保護(hù) UPS電源交流輸出電壓的連續(xù)性。 單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術(shù) 2022/2/14 43 單片機(jī)系統(tǒng)的掉電保護(hù)技術(shù) (1) 后備式 UPS電源的原理圖如圖 20所示。 UPS系統(tǒng)使蓄電池保持滿電量，蓄電池只提供 DCAC逆變器的空載電流。 圖 20 后備式 UPS電源方框圖 單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術(shù) 2022/2/14 44 單片機(jī)系統(tǒng)的掉電保護(hù)技術(shù) (2) 在線式 UPS電源的原理圖如圖 21所示。一旦市電中斷時， UPS改由蓄電池 → 逆變器方式對單片機(jī)提供電源。 圖 21 在線式 UPS電源框圖 單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術(shù) 2022/2/14 45 3 單片機(jī)系統(tǒng)的軟件抗干擾技術(shù) 指令冗余技術(shù) 所謂指令冗余技術(shù)是指在程序的關(guān)鍵地方人為地加入一些單字節(jié)指令 NOP，或?qū)⒂行巫止?jié)指令重寫，當(dāng)程序“跑飛”到某條單字節(jié)指令上，就不會發(fā)生將操作數(shù)當(dāng)作指令來執(zhí)行的錯誤，使程序迅速納入正軌。 1. NOP指令的使用 通常是在雙字節(jié)指令和 3字節(jié)指令之后插入兩個單字節(jié)NOP指令。 單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術(shù) 2022/2/14 46 指令冗余技術(shù) 通常，一些對程序流向起重要作用的指令 (如 RET、RETI、 ACALL、 LCALL、 LJMP、 SJMP、 JZ、 JNZ、 JC、JNC、 JB、 JBC、 DJNZ等 )和某些對系統(tǒng)工作狀態(tài)起重要作用的指令 (如 SETB等 )的前面插入兩條 NOP指令，以保證跑飛的程序迅速納入軌道，確保這些指令的正確執(zhí)行。軟件陷阱可以采用 3種形式如表 2所示。運(yùn)行程序 ┆ 形式之二 LJMP 0202H LJMP 0000H 0000H:LJMP MAIN。在中斷服務(wù)程序中返回指令用 RETI也可以用 LJMP。 ORG 0000H 0000H START: LJMP MAIN 。中斷服務(wù)程序入口 ORG 0013H LJMP SINT1 。主程序 SINT0: NOP NOP POP direct1 。轉(zhuǎn)到 0000H處 單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術(shù) 2022/2/14 51 軟件陷阱技術(shù) SINT1: NOP NOP POP direct1 。斷點(diǎn)地址改 0000H PUSH 00H RETI 注：中斷服務(wù)程序中的 direct1和 direct2為主程序中非使用單元。如果程序“跑飛”到這一區(qū)域，則將順利向下執(zhí)行，不再跳躍 (除非又受到新的干擾 )，因此在非程序區(qū)內(nèi)用0000020220或 020202020220數(shù)據(jù)填滿。當(dāng)“亂飛”程序進(jìn)入此區(qū)后，讀到的數(shù)據(jù)為 0202H，這是一條轉(zhuǎn)移指令，使 PC轉(zhuǎn)入 0202H入口，在主程序 0202H設(shè)有出錯處理程序，或轉(zhuǎn)到程序的入口地址0000H執(zhí)行程序。由于表格的內(nèi)容與檢索值是一一對應(yīng)的關(guān)系，在表格中安排陷阱會破壞表格的連續(xù)性和對應(yīng)關(guān)系，因此只能在表格的最后安排陷阱。 單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術(shù) 2022/2/14 54 軟件陷阱技術(shù) (4) 運(yùn)行程序區(qū) 在進(jìn)行單片機(jī)系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)時常采用模塊化設(shè)計(jì)，單片機(jī)按照程序的要求一個模塊、一個模塊地執(zhí)行。在正常程序中不執(zhí)行這些陷阱指令，保證用戶程序正常運(yùn)行。這個方法很有效，陷阱的多少一般依據(jù)用戶程序大小而定，一般每 1K字節(jié)有幾個陷阱就夠了。為解決這個問題，可以在進(jìn)行 RAM的數(shù)據(jù)讀寫之前，測試 RAM讀寫通道的暢通性，這可以通過編寫陷阱實(shí)現(xiàn)，當(dāng)讀寫正常時，不會進(jìn)入陷阱，若不正常，則會進(jìn)入陷阱，且形成死循環(huán)。NN是任意的 MOV DPTR, XXXXH MOV 6EH, 55H MOV 6FH, 0AAH NOP NOP CJNE 6EH, 55H, XJ 。6FH中不為 AAH則落入死循環(huán) MOVX DPTR, A 。死循環(huán) NOP SJMP XJ 落入死循環(huán)以后，可以通過后面將要介紹的“看門狗”技術(shù)來復(fù)位系統(tǒng)。這種濾波方法不需要增加硬件設(shè)備，只需根據(jù)預(yù)定的濾波算法編制相應(yīng)的程序即可達(dá)到信號濾波的目的。 單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術(shù) 2022/2/14 58 數(shù)字濾波技術(shù) 程序判斷濾波的方法，是根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，確定出兩次采樣輸入信號可能出現(xiàn)的最大偏差△ Y。因此，一定要按照實(shí)際情況來確定△ Y，否則非但達(dá)不到濾波效果，反而會降低控制品質(zhì)。這種程序判斷濾波方法，主要用于變化比較緩慢的參數(shù)，如溫度、物理位置等測試系統(tǒng)。隨著 N的增大，平滑度提高，靈敏度降低。為方便求平均值， N值一般取 16之類的 2的整數(shù)冪，以使用移位來代替除法。這種濾波方法主要用于對壓力、流量等周期脈動的采樣值進(jìn)行平滑加工，但對偶然出現(xiàn)的脈沖性于擾的平滑作用尚不理想，因而它不適用于脈沖性干擾比較嚴(yán)重的場合。實(shí)際上某些場合需要增加新采樣值在平均值中的比重，可采用加權(quán)平均值濾波法，濾波公式為： ???N1iii YKY(5) 其中， K K …Kn 為加權(quán)系數(shù)，且應(yīng)滿足 KK …Kn 均大于 0，且它們的和為 1。這種濾波方法可以根據(jù)需要突出信號的某一部分，抑制信號的另一部分。這樣，每進(jìn)行一次采樣，就可計(jì)算出一個新的平均值，從而加快了數(shù)據(jù)處理的速度。通過觀察不同 N值下滑動平均的輸出響應(yīng)來選取 N值，以便既少占有時間，又能達(dá)到最好濾波效果。 單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術(shù) 2022/2/14 62 數(shù)字濾波技術(shù) 5. 中值濾波 中值濾波法就是對某一被測參數(shù)連續(xù)采樣 N次 (一般 N取奇數(shù) )，然后把 N次采樣值按大小排列，取中間值為本次采樣值。對溫度、液位等變化緩慢的被測參數(shù)采用此法能收到良好的濾波效果。 單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術(shù) 2022/2/14 63 數(shù)字濾波技術(shù) 6. 一階滯后濾波 在單片機(jī)系統(tǒng)中，常用一階滯后 RC模擬濾波器來抑制干擾。濾波時間常數(shù) τ越大，要求 R、 C值越大，其漏電流也必然加大，從而使 RC網(wǎng)絡(luò)的精度降低了。一階滯后濾波算法為： Yn=(1α)Yn1+αXn (6) 式中： Xn——第 n次采樣值； Yn1——第 n1次濾波結(jié)果輸出值； Yn——第 n次濾波結(jié)果輸出值； α——濾波平滑系數(shù)， τ——濾波時間常數(shù)；