文档介绍：第4章单片机系统的抗干扰技术
本章学****目标:
本章主要介绍了单片机系统的干扰来源,主要干扰的形式、种类及抗干扰措施。通过对本章的学****读者应达到以下目标:
熟悉单片机系统的各种干扰来源及形式
学会供电系统及过程通道的抗干扰措施
能说出在印制电路板设计中体现的抗干扰措施
学****设计软件陷阱及看门狗电路
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:
(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。
(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。
主要干扰通道及抗干扰措施
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。
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8—1所示。
图8—1 隔离变压器
(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8—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8—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)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8—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8—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。
图8—4 开关量输入光电隔离电路
图8—3 光电隔离器图形符号
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)。