第九章单片机系统的抗干扰技术优秀课件
抗干扰ppt课件
两侧没有实体连接
图10-6
(a）光电隔离；
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2. 对于交流信号的传输,一般使用变压器隔离干 扰信号的办法。隔离变压器也是常用的隔离部件， 用来阻断交流信号中的直流干扰和抑制低频干扰 信号的强度,如图10-6(b)所示的变压器耦合隔离电 路。隔离变压器把各种模拟负载和数字信号源隔 离开来，也就是把模拟地和数字地断开。传输信 号通过变压器获得通路，而共模干扰由于不形成 回路而被抑制。
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图10-6 (b）变压器隔离
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图10-7所示为一种带多层屏蔽的隔离变压 器。当含有直流或低频干扰的交流信号从一次 侧端输入时，根据变压器原理，二次侧输出的 信号滤掉了直流干扰，且低频干扰信号幅值也 被大大衰减，从而达到了抑制干扰的目的。
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图10-7 多层隔离变压器
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另外，在变压器的一次侧和二次侧线圈外设有 静电隔离层S1和S2，其目的是防止一次和二次绕组 之间的相互耦合干扰。
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图10-10(a)所示为触点抖动抑制电路，对抑制各类触 点或开关在闭合或断开瞬间因触点抖动所引起的干扰是十 分有效的。图10-10(b)所示电路是交流信号抑制电路，主 要用于抑制电感性负载在切断电源瞬间所产生的反电势。 这种阻容吸收电路可以将电感线圈的磁场释放出来的能量 转化为电容器电场的能量储存起来，以降低能量的消散速 度。图10-10(c)所示电路是输入信号的阻容滤波电路，类 似的这种线路既可作为直流电源的输入滤波器，也可作为 模拟电路输入信号的阻容滤波器。
电器、微波设备、电机、无绳电话和高压电线等。 2.传播途径 传播途径是指干扰信号的传播路径。 3.接收载体 接收载体是指受影响的设备的某个环节，该环节吸
收了干扰信号，并转化为对系统造成影响的电器参数。
单片机系统抗干扰技术措施
单片机系统抗干扰技术措施徐本升(七煤(集团)公司社保局，黑龙江七台河154600)廛屉科夔[}商要]单片机系统主要由信号检测部分、信号处理及控制部分、控制信号驱动部分、拳统零毒部分、显示部分组成。
干扰的种类主要来自系统内部元器件在系统中的状态和系统外部其它电气设备产生的干抚。
硬件抗干扰措施是电潺的抗干扰设计，屏蔽抗干技技术，双绞线及光纤的使用，去耦电路。
软件抗干就措-旌旋出错处理程序，建立软件陷阱，使用空操作指令。
‘‘、联蠢建i司]单片机；系统；抗干扰技术‘，单片机应用系统的硬件电路构成比较复杂、所用元件品种繁多，有的工作场所环境比较差，由于这些原因，为了保证单片机应用系统能够在各种环境下能正常运行，系统的抗干扰性就是一个非常重要的指标。
抗干扰就是针对干扰产生的性质、传播途径、侵入的位置和侵入的形式，采取相应的方法消除干扰源，抑制干扰传播途径，减弱电路或元件对噪声干扰的敏感性，使单片机系统能在线正常、稳定地运行。
1单片机系统的组成一个单片机应用系统的硬件电路是由如下几个部分构成的：1)信号检测部分：2)信号处理及控制部分：3)控制信号驱动部分；4)系统交互部分；5)显示部分。
由此可见一个单片机应用系统的成分是相当复杂的，从各种类型的传感器到名目繁多的各种继电器接触器、电磁阀，从类型繁多的集成电路到各种各样的耦合器件、执行部件、显示器件等。
2干扰的种类干扰就是叠加在有用信号上的不需要的信号。
是影响路正常工作的另一种噪声。
干扰以某种电信号的形式，通过一的渠道。
混入有用信号中侵人单片机系统，造成系统工作不稳定在各种实际环境中，干扰总是存在的，这些干扰能降低电子系统准确性甚至破坏其可靠性。
干扰有两种：一是来自系统内部元器件在工作时产生的干扰通过地址、电源线、信号线，分布电容和电感等传输，影响系统工状态。
二是来自系统外部其它电气设备产生的干扰。
通过传导辐射等途径影Ⅱ向单片机系统的正常工作。
干扰对单片机应用系统的作用有3个部位：1)输入系统。
MCS51单片机应用系统可靠性及抗干扰设计
（2）死机0316baowencailiao/ 3．系统对被控对象的误操作 4．被控对象状态不稳定
9.2 单片机系统中硬件抗干扰设计
9.2.1 干扰的耦合方式 1．直接耦合 nizifn mynzf mynzf mynzgf 0838mlj zhongtezc topbrightness/
9.3.3 系统复位特征
1．上电标志的设定方法 ① SP建立上电标志。 ② PSW.5建立上电标志。 ③ 内RAM建立上电标志。 2．软件复位与中断激活标志 3．程序失控后恢复运行的方法 4．睡眠抗干扰
9.4 “看门狗”技术和掉电保护
9.4.1 “看门狗”技术
1．软件“看门狗”技术 nizifn mynzf mynzf mynzg mynzg mynzg mljsgf mljnzf
0838mlj zhongtezc topbrightness/
2．硬件“看门狗”技术 hd8go hd88go sj93 oemgc/
189288 hzp580 yjoem
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3．上电复位与“看门狗”信号复位的不同处 zhongtezc yanjigz/ zg-nsk skf-zt nsk-zt/ fag-zt/ ntn-zt 189286/ xcdnpx/ dgxcdn dgxcpx xcwxpx
理过程
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0316baowencailiao/
9.4.2 掉电保护电路
1．简单的COMS RAM 掉电保护电路 2．可靠的COMS RAM掉电保护电路 nizifn mynzf mynzf mynzg
计算机控制系统中的抗干扰技术.ppt
利用MAX915组成的电源监视电路
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计算机控制技术
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第9章 计算机抗干扰技术
直流侧的抗干扰措施
• 电网的高频干扰，由于频带较宽，仅在交流侧采取抗干扰措施，很 难保证干扰绝对不进入直流系统，因此须在直流侧采取必要的抗干 扰措施。
去耦法
在每块逻辑电路板的电源和地线的引入处并接一个（10～100） μF的大电容和一个（0.01～0.1）μF的小电容；在各主要的集成 电路芯片的电源输入端与地之间，或电路板电源布线的一些关键 点与地之间，接入一个（1～10）μF的电解电容，同时为滤除高 频干扰，可再并联一个0.01μF的小电容。
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第9章 计算机抗干扰技术
干扰传播途径主要有： • 电场耦合
• 磁场耦合
电场耦合
• 公共阻抗耦合
– 电场耦合又称静电耦合，是通过电容耦合窜入其他线路的。
– 电场干扰可以通过两根导线之间构成的分布电容窜入系统
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第9章 计算机抗干扰技术
计算机控制系统中接地的目的通常有两个：
一是为了安全，即安全接地；
二是为了保证控制系统稳定可靠工作，提供一个基准电位的接地， 即工作接地。
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第9章 计算机抗干扰技术
地线系统分析
• 在过程计算机控制系统中，一般有以下几种地线：模拟地、 数字地、安全地、系统地和交流地。
Un
1
jRC12 jR(C12 C2g )
U1
当导体2对地电阻R很小时，使jωR(C12+C2g) << 1时，式(9.1)可以近似表示为
单片机系统的抗干扰技术
Ｖｏ ． ７ １ １ Ｎｏ． ４ Ａｕ ２ ０７ ｇ． ０
单 片机 系统的抗 干扰技术
田 东 兴
（ 北华航天工业学院 机械工程 系，河北 廊坊 ０ ５０ ） ６ ０ ０ 摘 要：本文介绍 了单片机系统 的干扰源 ，并从硬件和软件两方面提 出了单片机系统中抗干扰的措施及方法 。 关键 词：单片机 ；干扰源 ；抗 干扰 中图分类号 ：Ｔ ３ ８ Ｐ６ 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：１ ７ —７３ （０ ７ ０ ０ １ —０ ６ ３ ９ ８ ２０ ）４— ０ ２ ３
了系统 的可靠 性 。
１ 干 扰 的来 源
（） 用 隔离变 压器 、 １使 低通 滤波器 等将 交流 电网 与设 备相 隔离 ， 也可 使用 光 电耦 合器 进行 隔离 。 （） 用 干扰抑 制器 ， ２使 它是 一种 四端无 源 网络产
品， 利用频谱均衡器 的原理， 尖峰电压” 中的能 把“ 集 量 分配 到不 同 的频 率上 。
０ 引 言
产 负荷 的变化 产生 的“ 峰 电压 ” 尖 在单 片机 系统 中 的 破 坏性很 大 ， 它会使 逻辑 功能紊 乱 ， 至破 坏系统 的 甚 源 程序 。因此 抑制 电源 引起 的干扰 至关重要 。
采取 的抑 制措 施主要 有 ：
近几 年来 ， 片机 在 工 业 自动 化 、 产 过 程 控 单 生 制 、 能化仪 器仪表 等领 域 的应 用越来 越广 泛 ， 用 智 应 的现 场环境也 越来越 复 杂 。这 就对单 片机应 用 系统 可靠性 的要求 越来越 高 。单 片机系统 必须 能长期 可 靠、 稳定 的运行 ， 否则 将 会使 系统 失 灵 ， 造成 巨大 的 损失 。因此 ， 提高单 片机 系统 的可靠性 、 全性成 为 安 人们关 注 的重 点 。而系统 的抗 干扰性 能是 单片机 系 统可靠性 的重 要指 标 ， 的好坏 在 很 大 程度 上 决 定 它
单片机测控系统中的软件抗干扰技术
244 •电子技术与软件工程 Electronic Technology & Software Engineering单片机技术• SCM Technology【关键词】单片机 抗干扰技术 数字滤波技术1 引言如图1所示，单片机测控系统是在程序化管理下形成的测控系统，它可以在工业生产过程中提高机械控制的效率。
但是，工业现场环境复杂，具有电磁功能的大量设备频繁启动、停止，产生的干扰影响了单片机系统的正常运行。
本文针对单片机测控系统中的抗干扰问题，单片机测控系统中的软件抗干扰技术文/陈欣从软件抗干扰技术方面进行了分析和研究，并提出了解决方案。
工业单片机测控系统的常见影响如下：1.1 干扰加大数据采集的误差测试系统通道的输入部分受到干扰信号的入侵，有用信号和外来干扰信号相互叠加，加剧了该通道数据采集的误差。
尤其在当前系统输入的是小电压信号时，数据干扰的现象更加严重。
1.2 干扰使数据发送变化单片机系统中的程序是存放在存储器EPROM 中，这些程序不易发生变化。
但是单片机系统的RAM 数据区是可以读写的，它可能会受到读入信息的干扰从而发生变化。
因为干扰渠道的区别，以及数据性质的区别，单片机系统受损害的情况也各不相同，可能造成控制失灵，也可能造成数值误差，更严重的会改变单片机系统某些部件（如串行口、定时器／计数器等）的运行状态等。
1.3 干扰使控制状态失灵在单片机系统中，控制状态依赖于特定条件的输入状况和处理结果，干扰的侵入会造成条件状态错误，引起虚假的信号，从而加大输出控制的误差，甚至控制失常。
1.4 干扰使程序运行失常单片机系统正常运行的前提是CPU 正常工作，如果干扰信号影响到了CPU ，则程序计数器不能正常运行，从而引起系统混乱、控制失灵，即通常说的程序“跑飞”。
现在使用的单片机抗干扰技术主要分为硬件与软件两类。
硬件抗干扰技术固然可以降低系统受干扰的程度，但是成本较高，灵活性不足，而且容易受电磁干扰。
《抗干扰技术》课件
抗干扰技术是指通过使用各种方法，消除或减小干扰对系统性能的影响。本 课件将介绍抗干扰技术的各个方面及其在不同领域的应用。
什么是抗干扰技术？
1 定义
抗干扰技术是指通过使用 各种方法，消除或减小干 扰对系统性能的影响。
2 重要性
抗干扰技术能确保系统的 正常运行，提高系统的可 靠性和稳定性。
2
硬件设计方案
提供更高的抗干扰能力，但成本较高。
3
系统优化方案
综合考虑软硬件的抗干扰措施，但需要大量的工程设计。
抗干扰技术的设计思路
设计抗干扰技术的思路应包括系统分析、干扰源识别、性能评估和优化设计。
关键技术要素及其应用场景
信号传输
• 数字调制技术 • 差分信号传输
信号处理
• 滤波和均衡 • 时-domain和频-domain
3 目标
抗干扰技术的目标是阻止 干扰信号进入系统并保护 系统内部免受干扰的影响。
消除干扰的原则及方法
原则
• 屏蔽和隔离 • 滤波和解调 • 反馈和补偿
方法
• 地线设计 • 信号调理 • 动态调整
技术
• 频率分离 • 时序调整 • 能量分配
抗干扰技术在通讯领域的应用
通讯系统 无线通信 光通信 有线通信
处理
系统设计
• 模拟电路设计 • 抗干扰芯片设计
抗干扰芯片结构及设计流程
抗干扰芯片结构
包括前端信号处理、干扰检测和 干扰抑制等模块。
芯片设计流程
包括需求分析、架构设计、电路 设计和布局布线等阶段。
制造流程
包括掩膜制作、刻蚀、沉积层和 封装等工艺步骤。
抗干扰技术的性能评估方法
1 信噪比测试
单片机抗干扰技术开关量输入输出通道隔离
周围空间中的电磁场对信号线 的电磁感应干扰。
接地系统干扰
由于接地不良或地线配置不当 导致的地线噪声干扰。
信号传输线干扰
信号传输线上的外部干扰信号 通过电感和电容耦合引入。
开关量输入通道隔离技术
01
光耦隔离
利用光耦器件将输入和输出电路隔 离，以减小干扰信号的影响。
变压器隔离
利用变压器原理实现输入和输出电 路的隔离，降低共模干扰。
单片机在工作过程中，其电路板 和元件会受到周围空间电磁辐射 的影响，导致信号失真和噪声干 扰。
接地系统干扰
接地系统不良或不合理，会导致 信号接地电位不均，产生电位差， 从而引入干扰信号。
开关量输出通道隔离技术
光耦隔离
光耦隔离是利用光耦合器的工作原理，将单片机开关量输出信号通过光耦隔离器进行隔离，以减小外界干扰对输出信 号的影响。
03
02
继电器隔离
通过继电器触点实现输入信号的电 气隔离，提高抗干扰能力。
运算放大器隔离
通过运算放大器将输入信号进行放 大和隔离，提高信号质量。
04
开关量输入通道隔离的实现方法
选择合适的隔离器件
根据应用需求选择适合的光耦、继电器、变 压器或运算放大器等器件。
正确连接隔离器件
按照隔离器件的连接方式，正确接入输入和 输出电路。
单片机抗干扰技术开关量输入输出 通道隔离
contents
目录
• 单片机抗干扰技术概述 • 单片机开关量输入通道隔离 • 单片机开关量输出通道隔离 • 单片机抗干扰技术的实际应用
01 单片机抗干扰技术概述
干扰的定义与影响
定义
干扰是指对系统正常信号的扰动 或破坏，导致信号失真、畸变或 阻塞。
单片机抗干扰措施
单片机抗干扰措施单片机在实际应用中，由于周围环境的电磁干扰和电源干扰等原因，很容易受到各种干扰信号的影响，从而导致系统不稳定、运行异常甚至崩溃。
为了保证单片机正常工作和提高系统稳定性，需要采取一系列的抗干扰措施。
本文将从硬件和软件两方面，重点讨论单片机的抗干扰措施。
1.电源滤波器：在单片机外围电路中添加电源滤波器，用于滤除电源中的高频和低频噪声。
常见的电源滤波器有电容滤波器和电感滤波器等。
其中，电容滤波器可以滤除高频噪声，而电感滤波器可以滤除低频噪声。
2.地线设计：合理布局地线，减小地线回路的面积。
在单片机电路中，地线是一个重要的参考信号，合理设计地线可以减小电磁干扰。
同时，还可以采用单点接地的方式，将各个模块的地线连接在一起，减少地线回路的面积。
3.信号线布线：将信号线与电源线和高功率线分开布线，避免相互干扰。
信号线间的距离尽量保持一定的间隔，可以有效减小电磁干扰。
4.屏蔽：对于特别敏感的模拟信号线，可以采用屏蔽措施，如采用屏蔽线、屏蔽罩等。
屏蔽可以防止外界电磁干扰对信号线的影响。
5.滤波电容：在单片机电路中，可以在需要进行滤波的信号线两端串联一个滤波电容，用于滤除高频噪声。
常见的滤波电容有电容器和电容二极管等。
6.增加抗干扰电路：可以在单片机电路中添加抗干扰电路，如抗干扰电容、抗干扰电感等。
这些电路可以有效地抑制外界干扰信号。
7.使用稳压器：在单片机电路中，可以使用稳压器来提供稳定的电压，防止电源干扰引起的系统不稳定。
1.软件滤波：在单片机程序中，可以通过软件滤波的方式来滤除干扰信号。
例如，在读取模拟传感器信号时，可以进行多次采样并求平均值，以减小采样误差和滤除干扰。
2.软件延时：在一些对实时性要求不高的任务中，可以通过软件增加适当的延时，以减小干扰对系统的影响。
例如，在控制器输入信号采样之前，可以先进行一段延时。
3.软件重发：对于容易受到干扰的信号，可以通过软件重发的方式来提高信号的可靠性。
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（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。
（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—9 数字量隔离
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。
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：
9.2 主要干扰通道及抗干扰措施
9.2.1 供电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。
（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。
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。
（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。
（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。
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