第八章抗干擾技術(shù)

本章要點(diǎn)：1、干擾的來(lái)源與傳播途徑。2、硬件抗干擾措施。3、程序運(yùn)行監(jiān)視系統(tǒng)。返回總目錄本章主要內(nèi)容

引言8.1干擾的來(lái)源與傳播途徑8.2硬件抗干擾措施8.3軟件抗干擾措施8.4程序運(yùn)行監(jiān)視系統(tǒng)

思考題

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的被控變量分布在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的各個(gè)角落，因而計(jì)算機(jī)是處于干擾頻繁的惡劣環(huán)境中，干擾是有用信號(hào)以外的噪聲，這些干擾會(huì)影響系統(tǒng)的測(cè)控精度，降低系統(tǒng)的可靠性，甚至導(dǎo)致系統(tǒng)的運(yùn)行混亂，造成生產(chǎn)事故。但干擾是客觀存在的，所以，人們必須研究干擾，以采取相應(yīng)的抗干擾措施。本章主要討論干擾的來(lái)源、傳播途經(jīng)及抗干擾的措。引言

8.1.1干擾的來(lái)源1、外部干擾鏈接動(dòng)畫(huà)2、內(nèi)部干擾--由系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)布局、制造工藝所引入的。鏈接動(dòng)畫(huà)8.1.2干擾的傳播途徑

鏈接動(dòng)畫(huà)1．靜電耦合－干擾傳播的途徑主要有三種：靜電耦合，磁場(chǎng)耦合，公共阻抗耦合。3．公共阻抗耦合鏈接動(dòng)畫(huà)8.2硬件抗干擾措施

引言8.2.1串模干擾的抑制8.2.2共模干擾的抑制8.2.3長(zhǎng)線傳輸干擾的抑制8.2.4信號(hào)線的選擇與敷設(shè)8.2.5電源系統(tǒng)的抗干擾8.2.6接地系統(tǒng)的抗干擾

引言

了解了干擾的來(lái)源與傳播途徑，我們就可以采取相應(yīng)的抗干擾措施。在硬件抗干擾措施中，除了按照干擾的三種主要作用方式——串模、共模及長(zhǎng)線傳輸干擾來(lái)分別考慮外，還要從布線、電源、接地等方面考慮。1．雙絞線做信號(hào)引線雙絞線抗干擾原因－－外界電磁場(chǎng)會(huì)在雙絞線相鄰的小環(huán)路上形成 相反方向的感應(yīng)電勢(shì)，從而互相抵消減弱干擾 作用。應(yīng)用場(chǎng)合－－可用來(lái)傳輸模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)，用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接和多點(diǎn)連接 應(yīng)用場(chǎng)合，傳輸距離為幾公里，數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)2Mbps抑制效果（不同節(jié)距而言）：節(jié)距(mm)干擾衰減比屏蔽效果1001412375711375011214125141143平行線1102．引入濾波電路硬件濾波器分類(lèi)－－低通、高通、帶通等濾波器。低通濾波器－適用干擾頻率比被測(cè)信號(hào)頻率高；高通濾波器－干擾頻率比被測(cè)信號(hào)頻率低；帶通濾波器－干擾頻率落在被測(cè)信號(hào)頻率的兩側(cè)；實(shí)現(xiàn)電路－－采用電阻R、電容C、電感L等構(gòu)成濾波器；鏈接動(dòng)畫(huà)1．變壓器隔離鏈接動(dòng)畫(huà)圖8-10變壓器隔離2．光電隔離鏈接動(dòng)畫(huà)鏈接動(dòng)畫(huà)圖光電耦合隔離器的數(shù)字信號(hào)隔離鏈接動(dòng)畫(huà)鏈接動(dòng)畫(huà)主要內(nèi)容：

1．波阻抗的測(cè)量

2．終端阻抗匹配

3．始端阻抗匹配8.2.3長(zhǎng)線傳輸干擾的抑制1．波阻抗的測(cè)量2．終端阻抗匹配。圖終端阻抗匹配8.2.4信號(hào)線的選擇與敷設(shè)

屏蔽結(jié)構(gòu)干擾衰減比屏蔽效果（dB）備注銅網(wǎng)（密度85%）103：140.3電纜的可撓性好，適合近距離使用銅帶迭卷（密度90%）376：151.5帶有焊藥，易接地，通用性好鋁聚酯樹(shù)脂帶迭卷6610：176.4應(yīng)使用電纜溝，抗干擾效果最好1．信號(hào)線的選擇2．信號(hào)線的敷設(shè)信號(hào)線的敷設(shè)要注意以下事項(xiàng)：（1）模擬信號(hào)線與數(shù)字信號(hào)線不能合用同一根電纜，要絕對(duì)避免信號(hào)線與電源線合用同一根電纜。（2）屏蔽信號(hào)線的屏蔽層要一端接地，同時(shí)要避免多點(diǎn)接地。（3）信號(hào)線的敷設(shè)要盡量遠(yuǎn)離干擾源，如避免敷設(shè)在大容量變壓器、電動(dòng)機(jī)等電器設(shè)備的附近。電力線容量信號(hào)線和電力線之間的最少間距（cm）電壓（V）電流（A）1251012250501844020024500080048（4）信號(hào)電纜與電源電纜必須分開(kāi)，并盡量避免平行敷設(shè)。1．交流電源系統(tǒng)措施：掉電保護(hù)電路2．直流電源系統(tǒng)（1）交流電源變壓器的屏蔽（2）采用直流開(kāi)關(guān)電源（3）采用DC-DC變換器（4）為每塊電路板設(shè)立獨(dú)立的直流電源（5）集成電路塊的VCC加旁路電容計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中的地線：數(shù)字地系統(tǒng)地交流地模擬地保護(hù)地8.2.6接地系統(tǒng)的抗干擾接地處理

1．單點(diǎn)接地與多點(diǎn)接地圖單點(diǎn)接地方式2．分別回流法單點(diǎn)接地圖單點(diǎn)回流法接地方式3．輸入系統(tǒng)的接地圖輸入系統(tǒng)接地方式圖放大器公共端接屏蔽罩

設(shè)計(jì)印制線路板應(yīng)遵守下列原則，以免系統(tǒng)內(nèi)部地線產(chǎn)生干擾。（1）TTL，CMOS器件的地線要呈輻射狀，不能形成環(huán)形。（2）印制線路板上的地線要根據(jù)通過(guò)的電流大小決定其寬度，不要小于3mm，在可能的情況下，地線越寬越好。（3）旁路電容的地線不能長(zhǎng)，應(yīng)盡量縮短。（4）大電流的零電位地線應(yīng)盡量寬，而且必須和小信號(hào)的地分開(kāi)。4．印制線路板的地線分布5．主機(jī)系統(tǒng)的接地

圖全機(jī)一點(diǎn)接地(1)全機(jī)一點(diǎn)接地(2)外殼接地機(jī)芯浮空（3）多機(jī)系統(tǒng)的接地

圖全機(jī)一點(diǎn)接地

8.3軟件抗干擾措施

引言

8.3.1指令冗余技術(shù)

8.3.2軟件陷阱技術(shù)引言

在控制系統(tǒng)的輸入輸出通道中，采用數(shù)字濾波方法，即采用某種計(jì)算方法對(duì)通道的信號(hào)進(jìn)行數(shù)字處理，以削弱或?yàn)V除干擾噪聲而對(duì)于那些可能穿過(guò)通道而進(jìn)入CPU的干擾，可采取指令冗余、軟件陷阱以及程序運(yùn)行監(jiān)視等措施來(lái)使CPU恢復(fù)正常工作。要解決的問(wèn)題－－程序跑飛解決方法－－采用指令冗余技術(shù)原則－－在對(duì)程序流向起決定作用的指令之前以及影響系統(tǒng)工作狀態(tài)的重要指令之前都應(yīng)插入兩、三條NOP指令，還可以每隔一定數(shù)目的指令插入NOP指令，以保證跑飛的程序迅速納入正確軌道。優(yōu)點(diǎn)-指令冗余技術(shù)可以減少程序出現(xiàn)錯(cuò)誤跳轉(zhuǎn)的次 數(shù)8.3.1指令冗余技術(shù)軟件陷阱－－在非程序區(qū)設(shè)置攔截措施，使程序進(jìn)入陷阱，即通過(guò)一條引導(dǎo)指令，強(qiáng)行將跑飛的程序引向一個(gè)指定的地址， 舉例－－若我們把這段程序的入口標(biāo)號(hào)稱(chēng)為ERROR的話(huà)，軟件陷阱即為一條JMPERROR指令。軟件陷阱是由3條指令構(gòu)成：

NOP NOP JMPERROR

8.3.2軟件陷阱技術(shù)8.4程序運(yùn)行監(jiān)視系統(tǒng)8.4.1WatchdogTimer工作原理8.4.2WatchdogTimer實(shí)現(xiàn)方法鏈接動(dòng)畫(huà)8.4.1WatchdogTimer工作原理8.4.2WatchdogTimer實(shí)現(xiàn)方法鏈接動(dòng)畫(huà)思考題

1．簡(jiǎn)述干擾的來(lái)源與傳播途徑。2．串模干擾的成因是什么？如何抑制串模干