单片机工程应用技术.ppt

[学习目的] 1、掌握单片机应用系统的硬件抗干扰和软件抗干扰的应用； 2、掌握模拟信号放大器和标度变换的应用； 3、掌握常用接口驱动电路的应用； 4、掌握温度传感器检测电路及应用。 [学习重点和难点] 1、掌握综合应用（抗干扰技术、模拟信号放大器和标度变换、接口驱动电路和传感器检测电路）； 2、硬件抗干扰和软件抗干扰的应用。 9.1 单片机应用系统的抗干扰技术 单片机应用系统的抗干扰技术非常重要，往往一个应用系统抗干扰问题解决不好，设计的应用系统无法投入生产运行。只有解决好系统抗干扰问题，加强抗干扰措施，应用系统适应现场工业环境后，系统在工业现场才能正常运行。实际上解决系统的抗干扰问题的技术含量要求较高、工作量也大，要面临工业现场解决实际问题，因此，学习抗干扰技术就变得非常重要。本节从硬件抗干扰和软件抗干扰两方面来加以介绍。 干扰的来源是多方面的，主要来自外部和内部。 外部干扰的主要来源有：电源电网电压的波动，高压设备和电磁开关的电磁辐射，大型用电设备（如电炉、电梯、照明灯、电机、电焊机）启停，传输电缆的共模干扰等。 内部干扰则是由系统的结构布局、制造工艺所引入的。如分布电容、分布电感引起的耦合感应，电磁场辐射感应，长线传输造成的波反射；多点接地造成的电位差引入的干扰；装置及设备中各种寄生振荡引入的干扰以及热噪声、闪变噪声、尖峰噪声等引入的干扰；甚至元器件产生的噪声等。 9.1.1单片机应用系统硬件抗干扰的设计 一、电源供电系统的抗干扰措施 电源供电系统的干扰是单片机应用系统的主要干扰来源，因此应高度重视。电源供电系统分为交流电源供电系统和直流电源供电系统。 1、交流电源供电系统的抗干扰措施 （1）选用供电比较稳定的进线电源 单片机控制系统的电源进线要尽量选用比较稳定的交流电源线。尽量不要将单片机控制系统接到负载变化比较大电源线，如电机设备或者有高频设备的电源线上。 (2)、采用交流稳压电源 交流稳压电源是为了克服供电电网电压波动对单片机控制系统的影响，提高单片机控制系统的稳定性。交流稳压电源能把输出稳定在5%范围以内，另外，由于交流稳压电源中有电磁线圈，对干扰也有一定的抑制作用。 (3)、采用低通滤波器 在交流电源的输入端，接一个低通滤波器，它可以滤除电网中高于50Hz的高次谐波干扰信号，保证50Hz的工频信号无衰减地通过，低通滤波器的接法如图9-1所示。  图9-1 低通滤波器接法 (4)、采用不间断电源UPS消除干扰 供电电网瞬间断电或1000V以上的尖锋电压等事件可能使控制系统陷入混乱状态和失灵。对于要求很高的控制系统，可以采用不间断电源（UPS）向系统供电。 2、直流电源供电系统的抗干扰措施 （1）采用直流开关电源 直流开关电源是一种脉宽调制型电源，由于脉冲频率高达20kHz，所以不用传统的工频变压器，具有体积小、重量轻、效率高（＞70%）、电网电压变化范围大（（－20%～+10%）×220V）、电网电压变化时不会输出过电压或欠电压等优点。开关电源初、次级之间有较好的隔离，对于交流电网上的高频脉冲干扰有较强的隔离能力。 现在已有许多直流开关电源产品，一般都有几个独立的电源，如±5V，±12V，±24V等。 （2）采用DC－DC变换器 如果控制系统供电电网波动较大，或者对直流电源的精度要求较高，就可以采用DC－DC变换器。它们有升压型、降压型和升压/降压型。它们的特点是：体积小、性能价格比高、输入电压范围大、输出电压稳定且可调整、环境温度范围宽等一系列优点。因此，DC－DC变换器在便携式仪器或手持式微机测控装置中得到了广泛的应用。 （3）采用分散独立的三端稳压块供电 使用三端稳压集成块（78系列和79系列）组成稳压电源，对每个系统功能模块单独一组供电，这样不会因某块稳压电源出故障而使整个系统遭到破坏。同时也减少了公共阻抗的相互耦合，大大提高了供电的可靠性，也有利于电源的散热。 二、接地系统抗干扰 在单片机应用系统中，接地是否正确，将直接影响到系统的正常工作。因为，地电平是整个电源电平的基础，因而它的升高和降低，都会影响所有电源电平的波动，而地线又与所有元器件都有通道联系，干扰进入地线后，就会传递到所有元器件上。因此，接地系统干扰直接影响系统的抗干扰能力。单片机应用系统的主要地线有 ：系统地、信号地、模拟地、数字地、屏蔽地、直流地、交流地 （1）交流地 是交流电源的地线。交流地上任意两点之间，往往都存在着电位差，而且交流地也很容易引进干扰，因此，交流地绝对不可以与其他地相连接。 （2）直流地 是直流电源的地线。 （3）屏蔽地 即机壳地，也叫安全地，目的是让设备机壳和大地等电位，以保证人生安全和防止静电感应、电磁感应。 （4）数字地 即