第8章 单片机系统的可靠性与抗干扰技术ppt课件.ppt

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1、主编范立南谢子殿副主编刘彤尹授远李雪飞单片机原理及应用教程第8章单片机系统的可靠性与抗干扰技术8.1可靠性与抗干扰技术概述8.2单片机系统的硬件抗干扰技术8.3单片机系统的软件抗干扰技术8.4Watchdog技术第8章单片机系统的可靠性与抗干扰技术8.1可靠性与抗干扰技术概述近年来，随着单片机在智能化仪器、自动检测、工业控制以及火箭导航尖端技术等领域的广泛应用，有效地提高了生产效率，改善了工作条件，大大提高了控制质量与经济效益。但是，单片机系统的工作环境往往是比较恶劣和复杂的，其必须长期可靠、安全、稳定地运行，否

2、则将导致控制误差加大，严重时会使系统失灵，造成巨大的经济损失，甚至危及人们的生命安全。所以，人们在不断完善单片机系统硬件配置过程中，分析系统受干扰的原因，探讨和提高系统的抗干扰能力，这不仅具有一定的科学理论意义，并且具有很高的工程实用价值。8.1.1干扰窜入单片机系统的主要途径干扰窜入单片机系统的主要途径如图8.1所示。图8.1干扰窜入单片机系统主要途径示意图(1)空间感应；(2)过程通道窜入的干扰；(3)电源系统窜入的干扰；(4)地电位波动窜入的干扰；(5)反射波干扰8.1.1干扰窜入单片机系统的主要途径1.空间感

3、应的干扰2.过程通道的干扰过程通道的干扰一般分为串模干扰和共模干扰。(a)内部串扰(b)外部串扰图8.2串模干扰示意图8.1.1干扰窜入单片机系统的主要途径(a)单端输入(b)双端输入图8.3共模干扰示意图8.1.1干扰窜入单片机系统的主要途径3.交流电源的干扰4.地电位波动的干扰5.反射波的干扰8.1.2干扰的耦合方式1.直接耦合方式2.公共阻抗耦合方式3.电容耦合方式4.电磁感应耦合方式5.辐射耦合方式6.漏电耦合方式8.1.3抗干扰原则所谓抗干扰，就是针对干扰的产生、性质、传播途径、侵入的位置和侵入的形式，采取

4、适当的方法消除干扰源，抑制耦合通道，减弱电路对噪声干扰的敏感性。1.消除干扰源2.抑制耦合通道3.减弱电路对噪声干扰的敏感性8.2单片机系统的硬件抗干扰技术8.2.1过程通道干扰的抑制1.光电隔离光电隔离是由光电耦合器来完成的。光电耦合器的结构如图8.4所示。图8.4光电耦合器结构8.2.1过程通道干扰的抑制图8.5光电隔离基本配置8.2.1过程通道干扰的抑制光电耦合器的几个特点：(1)输入和输出在电气上是隔离的。(2)光电耦合器的光电耦合部分不会受到外界光的干扰。(3)光电耦合器的输入阻抗很低(一般为100Ω~1K

5、Ω)，而干扰源内阻一般都很大(105~106Ω)。按分压原理，传送到光电耦合器输入端的干扰电压就变得很小了。(4)光电耦合器的发光二极管只有通过一定的电流才发光，因此，即使电压幅值很高的干扰，若没有足够的能量，也不能使二极管发光，显然，干扰就被抑制掉了。(5)输入回路与输出回路之间分布电容极小，因此，在回路中，一端的干扰很难通过光电耦合器馈送到另一端去。8.2.1过程通道干扰的抑制图8.6长线传输光电耦合浮置处理8.2.1过程通道干扰的抑制2.继电器隔离图8.7继电器隔离8.2.1过程通道干扰的抑制3.变压器隔离图8

6、.8脉冲变压器隔离法脉冲变压器隔离法传递脉冲输入/输出信号时，不能传递直流分量。8.2.1过程通道干扰的抑制对于一般的交流信号，可以用普通变压器实现隔离。图8.9交流信号的幅度检测8.2.1过程通道干扰的抑制4.采用双绞线作信号线使双绞线中一根用作屏蔽线，另一根用作信号传输线；这样可以抑制电磁感应干扰。在使用过程中，把信号输出线和返回线两根导线拧和，其扭绞节距与该导线的线径有关。线径越细，节距越短，抑制感应噪声的效果越明显。实际上，节距越短，所用的导线长度就越长，从而增加了导线的成本。一般节距以5cm左右为宜。表8.

7、1列出了双绞线节距与噪声衰减率的关系。8.2.1过程通道干扰的抑制表8.1双绞线的节距与噪声衰减率导线节距/cm噪声衰减率抑制噪声效果/dB空气中平行导线—1:10双绞线1014:123双绞线7.571:137双绞线5112:141双绞线2.5141:143钢管中平行导线—22:1278.2.1过程通道干扰的抑制(a)图8.10所示为传送的距离不同时，双绞线的不同使用方法。8.2.1过程通道干扰的抑制(b)(c)图8.10双绞线数字信号的传送8.2.1过程通道干扰的抑制为了增强其抗干扰能力，可以将双绞线与光电耦合器联

8、合使用，如图8.11所示。(a)8.2.1过程通道干扰的抑制(b)(c)图8.11光电耦合器与双绞线联合使用8.2.2反射波干扰的抑制影响反射波干扰的因素有两个：其一是信号频率，传输信号频率越高，越容易产生反射波干扰，因此在满足系统功能的前提下，尽量降低传输信号的频率；其二是传输线的阻抗，合理配置传输线的阻抗，可以抑制反射波干扰或大大削弱反射次