第九章单片机系统的抗干扰技术优秀课件

（3）交流进线端加低通滤波器，可滤掉高频干扰。安装时 外壳要加屏蔽并使其良好接地，滤波器的输入、输出引线 必须相互隔离，以防止感应和辐射耦合。直流输出部分采 用大容量电解电容进行平滑滤波。 （4）对于功率不大的小型或微型计算机系统，为了抑制电 网电压起伏的影响，可设置交流稳压器。 （5）采用独立功能块单独供电，并用集成稳压块实现两级 稳压。例如主板电源先用7809稳压到9V，再用7805稳压到 5V。如图9—2所示。 （6）尽量提高接口器件的电源电压，提高接口的抗干扰能 力。例如用光耦合器输出端驱动直流继电器，选用直流 24V继电器比6V继电器效果好。
2、 A/D、D/A与单片机之间的隔离措施
（1）模拟量隔离
对A/D、D/A变换前后的模拟信号进行隔离，是 常用的一种方法。通常采用隔离型放大器对模拟量 进行隔离。但所用的隔离型放大器必须满足A/D、 D/A变换的精度和线性要求。
（2）数字量隔离
利用若干个锁存器对高速的地址信号、控制信号及数 据进行锁存．然后用该信号对A/D、D/A芯片进行操作，完 成多路开关的选通，进行A/D、D/A变换。换言之，A/D变 换时，先将模拟量变为数字量进行隔离，然后再送入单片 机。D/A变换时，先将数字量进行隔离，然后进行D/A变换。 如图9—9所示。
第九章单片机系统的抗干扰技 术
9.1 干扰的来源
在日常生活中，经常会遇到这样一些现象。比如听收 音机时，有汽车经过，喇叭就会出现刺耳的噪声，这就是 干扰。所谓干扰，就是有用信号外的噪声或造成恶劣影响 的变化部分的总称。
在进行单片机应用产品的开发过程中，我们经常会碰 到一个很棘手的问题，即在实验室环境下系统运行很正常， 但小批量生产并安装在工作现场后，却出现一些不太规律、 不太正常的现象。究其原因主要是系统的抗干扰设计不全 面，导致应用系统的工作不可靠。引起单片机控制系统干 扰的主要原因有以下几类：
图9—9 数字量隔离
Βιβλιοθήκη Baidu
3、利用双绞线抑制长线传输干扰
双绞线是较常用的一种传输线。与同轴电缆相比，其波 阻抗高、抗共模噪声能力强，对电磁场具有一定抑制效果。 根据传送距离不同，双绞线使用方法不同。当用双绞线传输 与光电耦合器配合使用时，可按图9—10所示的方式连接。图 中（a）是集电极开路驱动器与光电耦合器的一般情况。（b） 是开关接点通过双绞线与光电耦合器连接的情况。如光电耦 合器的光敏晶体管的基极上接有电容（12pF~0.01μF）及电 阻（10~20M），且后面连接施密特集成电路驱动器，则会大 大加强抗噪声能力，如图（c）所示。
（3）空间电磁波的干扰
空间干扰主要来自太阳及其它天体辐射电磁波、广播电 台或通讯发射台发出的电磁波及各种周围电气设备发射的电 磁干扰等。如果单片机应用系统工作在电磁波较强的区域而 没有采取相关的防护措施，就容易引起干扰。但这种干扰一 般可通过适当的屏蔽及接地措施加以解决。
因此，针对以上出现的问题，我们必须采用有效措施以 提高单片机应用系统抗干扰的能力。
（1）供电系统的干扰
众所周知，电源开关的通断、电机和大的用电设备 的启停会使供电电网发生波动，受这些因素的影响，电 网上常常出现几百伏、甚至几千伏的尖峰脉冲干扰，这 就会使同一电网供电的单片机控制系统无法正常运行。 这种干扰是危害最严重也是最广泛的一种干扰形式。
（2）过程通道的干扰
在单片机应用系统中，开关量输入、输出和模拟量 输入、输出通道是必不可少的。这些通道不可避免地会 使各种干扰直接进入单片机系统。同时，在这些输入输 出通道中的控制线及信号线彼此之间会通过电磁感应而 产生干扰，从而使单片机应用系统的程序错误，甚至会 使整个系统无法正常运行。
9.2.2过程通道干扰及抗干扰措施
图9-2 供电系统配置图
过程通道是系统输入、输出以及单片机之间进行信息传 输的路径。由于输入输出对象与单片机之间的连接线长，容 易串入干扰，必须采用隔离技术、双绞线传输、阻抗匹配等 措施抑制。
1、开关量隔离
常用的开关量隔离器有光电隔离器、继电器、光电隔离 固态继电器(SSR)。
图9—5 开关量继电器隔离电路
（3）双向晶闸管
双向晶闸管是在普通晶闸管的基础上发展而成的， 它也是一种常用的大功率半导体器件，具有弱电控制， 强电输出的特点，只需要很小的功率，就可以控制较 大的电流。
图9-6（a）给出了普通小功率双向晶闸管的外形 及引脚排列。
（a）普通小功率双向晶闸管的外形 （b）结构符号 图9-6 双向晶闸管的外形及结构符号
（1）光电隔离器
光电耦合器是把一个发光二极管和一 个光敏三极管封装在一个外壳里的器件， 光电耦合器的电路符号如图9—3所示。输 入信号使发光二极管发光，其光线又使光 敏三极管产生电信号输出，从而既完成了 信号的传递，又实现了电气上的隔离，如 图9—4所示。对启动或停止负荷不太大的 设备，常采用光电耦合器来抑制输出通道 的干扰。
（2）浪涌、下陷、半周降出：当1s>Δt> 10ms时产生 的干扰，可使用快速响应的交流电源调压器克服。
（3）尖峰电压：当Δt为μs量级时产生的干扰， 解决办法是使用具有噪声抑制能力的交流电源
调节器、参数稳压器或超隔离变压器。
（4）射频干扰：当Δt为ns量级时产生的干扰，可加2~3节低 通滤波器消除干扰。
2、抗干扰设计
在单片机系统中，为了提高供电系统的质量，防止窜入 干扰，建议采用如下措施：
（1）单片机输入电源与强电设备动力电源分开。 （2）采用具有静电屏蔽和抗电磁干扰的隔离电源变压器。
隔离变压器的初级和次级之间均采用隔离屏 蔽层（可用漆包线或铜等非导磁材料在初级和次级 绕一层，但电气上不能与初级、次级线圈短路，而 后引出一个头接地）。各初级、次级间的静电屏蔽 与初级间的零电位线相接，再用电容耦合接地。如 图所示。
9.2 主要干扰通道及抗干扰措施
9.2.1 供电系统干扰及抗干扰措施 1、供电干扰的种类
如果把电源电压变化持续时间定为Δt，那么，根据 Δt的大小可以把电源干扰分为四种情况：
（1）过压、欠压、停电： 当Δt>1s时产生的干扰，解决 办法是使用各种稳压器、电源调节器，对短时停电可用不 间断电源（UPS）供电。
图9—3 光电隔离器图形符号 图9—4 开关量输入光电隔离电路
（2）继电器
如果输出开关量是用于控制大负荷设备时，就需采用继电器 隔离输出。因为继电器触点的负载能力远远大于光电隔离的负载 能力，它能直接控制动力回路。在采用继电器做开关量隔离输出 时，要在单片机输出端的锁存器74LS273与继电器间设置一个OC 门驱动器。用以提供较高的驱动电流。如图9—5所示。