对测控系统中数据精度和系统抗干扰性的分析
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［ 摘 要］ 随着嵌 入式技 术的飞速发展 ， 各种单片机 系统的功能也 日 完善 ， 中， 于系统数据精度的要 求尤为重要 ； 趋 其 对 系统 能否适 应 各种 环境 。 系统的抗干扰 性提 出了更高的要求。本文针对数据精度和 系统抗干扰性进行 了分析 。 对 ［ 关键 词 】 嵌入式 数据精度 抗干扰 １测控系统简介 ． 测控 系统 ， 就是 既“ ” 控” 测 又“ 的系统 ， 依据被 控对象 、 被控参数 的 检测结果 ， 按照人们预期 的 目 对被 控对象 实施控 制。 标
２ 对系统数据精度的分析 － ２ （） １衡量指标 这里主要分析一下 Ａ Ｄ转换。衡 量 ＡＤ转换器好 坏主要有 ３ ／ ／ 个指 标： 转换精度 、 转换率 、 分辨率 。 模拟量是连续 的， 数字量是离散 的， 一般 是指某个范 围的模拟量对应某一 个数 字量 。所 以， 即使 是理想的输 出， 也会有误差 。 转换精度反映 了 Ａ Ｄ转换器 的实际输 出接 近理 想输出的程度 。转 ／ 换率是完成一次 ＭＤ转换所需时 间的倒数 ， 所反映 的是转换速度 。 分辨 率表 明能够分辨最小量 化信号的能力 。转换精 度通 常用数字量 的最低 有效位 （ Ｌ Ｂ 表示。设数字量 的最低有效位所对应 的模拟量 为 Ｄ， 即・Ｓ ） 称 为数字量 的最低有效 位当量。 （ ） 于系统数 据量精度 ２关 监控 仪器或外 界传感器的 自 身性 能会对 数据造成一定影 响 ，故测 控 系统对 于从外界监控仪器或传感器送 来的数据 ，只能保证其 原有的
艺和外部环境条件等。 实际应用中应根据具体情况找到影响系统可靠 、 安全运行的主要因素 。 在设计中 ， 应考虑满足抗干扰性的要求 。 一般分 为硬件抗干扰和软件抗干扰。 ３ 硬件抗干扰分析 ． １
硬件抗 干扰设计 的基 本原则是 抑制干扰 源 ， 切断干扰 传播途 径 ， 提高敏感器件 的抗干扰性能 。测控可用到 的方法如下 ： （） １抑制干扰源 系统 电路设计 中 ， 给每个 Ｉ Ｃ并接一个 ０１ Ｆ高频 电容 ， ．ｘ ｌ 以减少 Ｉ ｃ
测控系统 的构建是计 算机技术 、通信技术 和智 能传感器技术 的综 合应用 。 现在计算机技 术和传感器技 术已经比较 成熟 ， 对于较大规模的 测控系统 的数据精度 有很 高的要求 ； 并且要让 系统适应各种环境 ， 然 必 对系统 的抗 干扰性 是一个极大的挑战 ， 这样 才能保证其可靠性 、 准确性
和及时性 ， 并使得 系统 的使用更加方便。 ２对 系统数据精 度的分 析 ．
２１ ．误差来 源 测 控系统中 ， 数据都会存在一定误差 ， 一般来 自三方 面 ：１ 数据源 （） 所使用 的仪 器或者仪表精度不够造成 的原始数据误差 。（ ） 仪器 、 ２ 监控 仪 表或者传感器送来的数据 ＡＤ转换 时造成 的转换误 差。 ３ 数据进入 ／ （） 计算 机后 ，由计算 机性能 问题或者是对 计算 机知识认识不 够造成数据 处理 方面的误差 。
量 得知 ， 输入电压 ３３ Ｖ， ． ５ 可得 ３３Ｖ一３３ Ｖ。 ． ４ ．５ 图中所示为多次输入模拟 量 电压 的采集 结果 ， 由于受实验室条 件限制 ， 果存在一定 误差 ， 结 实际 输 出数字量有小 范围变 动 ， 经理论认证 ， 此模块 ＡＤ转换 功能正常 ， ／ 输 出结 果基 本正确 。 ３系统抗 千扰性分析 ． 测控 系统中 ， 有时会存在信号干扰现象 ， 这些干扰是来 自系统内部 和外部 的各种 电气干 扰以及系统结 构设计 、 器件选择 、 元 安装 、 造工 制
数据精度 。
对 电源 的影响 。 电容布线时 ， 连线靠近 电源端尽量粗短 ， 否则 ， 等于增大 电容 的等效 串联 电阻 ， 影响滤波效果 ； 元器件布线避 免 ９ 。 ０折线 ， 减少高
频噪声发射 。
（ ） 断干扰传播途径 ２切 考虑 电源对单 片机的影 响， 电源 电路设 计中 ， 并联 不同容值 电容 ， 分别用 于高频 和低频滤波 ； 单片机依靠 晶振起振 ， 晶振布线与单 将模拟 量和多路数
据 采集分开 ； 时钟发生器 、 晶振等容 易产生噪声 的器件靠近 一些 ； 电流 电压电路 等远 离单 片机 和存储模块 。 （ ） 高敏感 器件的抗 干扰性 能 ３提 主要 方法 是对电路 进行 合理布线 、 加粗 电源线和地线等 。单 片机 、 滤波电容等元器件的地线要 单独接地 ， 避免出现地线干扰噪声。 ３ ． ２软件抗干扰分析
软件补偿 措施也是抗干扰 的一个 重要 环节 ，许多系统稳定 性的差 异往往很大部分取决于软件的设计 。软件抗干扰是指 当单片机 受到干 扰后 ，仍能很 快恢复原来的运行状态 。对 于已经侵入单 片机 的噪声干 扰， 必须采取能够维持系统功能 的对应措施 ， 以避免 出现 意外 停机或意 外启动等 。软件设计 中考虑了 以下几方面 ： （） １主动初始化 各段程序 中， 对单片机和片外扩展器 件各种功能 、 口、 端 方式 、 状态 等 的设置 ， 要保证在上 电或复位后 软件 能够正确实现各种初 始化 ， 在程 序 中每次使用某种功能前 ， 要再一 次对 相应控制寄存器设定 工作模式 。 这样可大大提高 系统对侵入干扰 的 自 我恢复性能 。 （） ２ 重复执行程序 指令在执行过程 中或者保 持之后可能被噪声修改 ， 导致控制失效 ， 设计 中考虑此类情况 。 如对数据采集软件设计为重复循环执行 ， 以此纠 正干扰造成 的错误 。 总 的来说 ， 应根据 自身系统 的设 计要求 、 系统功能 等 ， 在硬 件方面 和软件方 面的设计选择 最优 的抗干扰措施 。除 了本系统 中所用到 的方 法， 还有其余 的抗 干扰措施 ， 例如在硬件 方面采用屏 蔽 ， 软件设 计中可 采用设置 软件 陷阱 、 门狗等。 看 ３３系统 电磁兼容分析 ． 电磁兼容是 指设备 或系统在其 电磁环境 中符 合要求运行并不对其 环境 中的任何设备产生无法 忍受的 电磁干扰能力 。它包括两方面 的要 求： 一是 指设备 正常运 行过程中对所在环境产 生的电磁干扰不 能超 过 定 限值 ；另一方面指 仪器设备对所在环境 中存 在的电磁干扰具有 一
总结不断发展的嵌入式测控系统功能日趋强大应用范围越来越广对于系统稳定性和可靠性都提出很高的要求要保证系统的正常运行必须对其传输数据的精度有更为完善的处理对于系统抵抗各种干扰的能力也应进行不断的提高
科技信 息 ．
计 算机 与网络
妁测控 系统 巾数据精 度和系统抗干扒性硇 分析
西安航 空技术高等专科学校计算机工程 系 王 钰 马新华
２ 对系统数据精度的分析 － ２ （） １衡量指标 这里主要分析一下 Ａ Ｄ转换。衡 量 ＡＤ转换器好 坏主要有 ３ ／ ／ 个指 标： 转换精度 、 转换率 、 分辨率 。 模拟量是连续 的， 数字量是离散 的， 一般 是指某个范 围的模拟量对应某一 个数 字量 。所 以， 即使 是理想的输 出， 也会有误差 。 转换精度反映 了 Ａ Ｄ转换器 的实际输 出接 近理 想输出的程度 。转 ／ 换率是完成一次 ＭＤ转换所需时 间的倒数 ， 所反映 的是转换速度 。 分辨 率表 明能够分辨最小量 化信号的能力 。转换精 度通 常用数字量 的最低 有效位 （ Ｌ Ｂ 表示。设数字量 的最低有效位所对应 的模拟量 为 Ｄ， 即・Ｓ ） 称 为数字量 的最低有效 位当量。 （ ） 于系统数 据量精度 ２关 监控 仪器或外 界传感器的 自 身性 能会对 数据造成一定影 响 ，故测 控 系统对 于从外界监控仪器或传感器送 来的数据 ，只能保证其 原有的
艺和外部环境条件等。 实际应用中应根据具体情况找到影响系统可靠 、 安全运行的主要因素 。 在设计中 ， 应考虑满足抗干扰性的要求 。 一般分 为硬件抗干扰和软件抗干扰。 ３ 硬件抗干扰分析 ． １
硬件抗 干扰设计 的基 本原则是 抑制干扰 源 ， 切断干扰 传播途 径 ， 提高敏感器件 的抗干扰性能 。测控可用到 的方法如下 ： （） １抑制干扰源 系统 电路设计 中 ， 给每个 Ｉ Ｃ并接一个 ０１ Ｆ高频 电容 ， ．ｘ ｌ 以减少 Ｉ ｃ
测控系统 的构建是计 算机技术 、通信技术 和智 能传感器技术 的综 合应用 。 现在计算机技 术和传感器技 术已经比较 成熟 ， 对于较大规模的 测控系统 的数据精度 有很 高的要求 ； 并且要让 系统适应各种环境 ， 然 必 对系统 的抗 干扰性 是一个极大的挑战 ， 这样 才能保证其可靠性 、 准确性
和及时性 ， 并使得 系统 的使用更加方便。 ２对 系统数据精 度的分 析 ．
２１ ．误差来 源 测 控系统中 ， 数据都会存在一定误差 ， 一般来 自三方 面 ：１ 数据源 （） 所使用 的仪 器或者仪表精度不够造成 的原始数据误差 。（ ） 仪器 、 ２ 监控 仪 表或者传感器送来的数据 ＡＤ转换 时造成 的转换误 差。 ３ 数据进入 ／ （） 计算 机后 ，由计算 机性能 问题或者是对 计算 机知识认识不 够造成数据 处理 方面的误差 。
量 得知 ， 输入电压 ３３ Ｖ， ． ５ 可得 ３３Ｖ一３３ Ｖ。 ． ４ ．５ 图中所示为多次输入模拟 量 电压 的采集 结果 ， 由于受实验室条 件限制 ， 果存在一定 误差 ， 结 实际 输 出数字量有小 范围变 动 ， 经理论认证 ， 此模块 ＡＤ转换 功能正常 ， ／ 输 出结 果基 本正确 。 ３系统抗 千扰性分析 ． 测控 系统中 ， 有时会存在信号干扰现象 ， 这些干扰是来 自系统内部 和外部 的各种 电气干 扰以及系统结 构设计 、 器件选择 、 元 安装 、 造工 制
数据精度 。
对 电源 的影响 。 电容布线时 ， 连线靠近 电源端尽量粗短 ， 否则 ， 等于增大 电容 的等效 串联 电阻 ， 影响滤波效果 ； 元器件布线避 免 ９ 。 ０折线 ， 减少高
频噪声发射 。
（ ） 断干扰传播途径 ２切 考虑 电源对单 片机的影 响， 电源 电路设 计中 ， 并联 不同容值 电容 ， 分别用 于高频 和低频滤波 ； 单片机依靠 晶振起振 ， 晶振布线与单 将模拟 量和多路数
据 采集分开 ； 时钟发生器 、 晶振等容 易产生噪声 的器件靠近 一些 ； 电流 电压电路 等远 离单 片机 和存储模块 。 （ ） 高敏感 器件的抗 干扰性 能 ３提 主要 方法 是对电路 进行 合理布线 、 加粗 电源线和地线等 。单 片机 、 滤波电容等元器件的地线要 单独接地 ， 避免出现地线干扰噪声。 ３ ． ２软件抗干扰分析
软件补偿 措施也是抗干扰 的一个 重要 环节 ，许多系统稳定 性的差 异往往很大部分取决于软件的设计 。软件抗干扰是指 当单片机 受到干 扰后 ，仍能很 快恢复原来的运行状态 。对 于已经侵入单 片机 的噪声干 扰， 必须采取能够维持系统功能 的对应措施 ， 以避免 出现 意外 停机或意 外启动等 。软件设计 中考虑了 以下几方面 ： （） １主动初始化 各段程序 中， 对单片机和片外扩展器 件各种功能 、 口、 端 方式 、 状态 等 的设置 ， 要保证在上 电或复位后 软件 能够正确实现各种初 始化 ， 在程 序 中每次使用某种功能前 ， 要再一 次对 相应控制寄存器设定 工作模式 。 这样可大大提高 系统对侵入干扰 的 自 我恢复性能 。 （） ２ 重复执行程序 指令在执行过程 中或者保 持之后可能被噪声修改 ， 导致控制失效 ， 设计 中考虑此类情况 。 如对数据采集软件设计为重复循环执行 ， 以此纠 正干扰造成 的错误 。 总 的来说 ， 应根据 自身系统 的设 计要求 、 系统功能 等 ， 在硬 件方面 和软件方 面的设计选择 最优 的抗干扰措施 。除 了本系统 中所用到 的方 法， 还有其余 的抗 干扰措施 ， 例如在硬件 方面采用屏 蔽 ， 软件设 计中可 采用设置 软件 陷阱 、 门狗等。 看 ３３系统 电磁兼容分析 ． 电磁兼容是 指设备 或系统在其 电磁环境 中符 合要求运行并不对其 环境 中的任何设备产生无法 忍受的 电磁干扰能力 。它包括两方面 的要 求： 一是 指设备 正常运 行过程中对所在环境产 生的电磁干扰不 能超 过 定 限值 ；另一方面指 仪器设备对所在环境 中存 在的电磁干扰具有 一
总结不断发展的嵌入式测控系统功能日趋强大应用范围越来越广对于系统稳定性和可靠性都提出很高的要求要保证系统的正常运行必须对其传输数据的精度有更为完善的处理对于系统抵抗各种干扰的能力也应进行不断的提高
科技信 息 ．
计 算机 与网络
妁测控 系统 巾数据精 度和系统抗干扒性硇 分析
西安航 空技术高等专科学校计算机工程 系 王 钰 马新华