可靠性和抗干扰设计试卷.ppt

软件抗干扰的措施 1.软件滤波 用软件来识别有用信号和干扰信号并滤除干扰信号的方法称为软件滤波。识别信号的原则有三种： （1）时间原则。 （2）空间原则。 （3）属性原则。 2.软件“陷阱” 从软件的运行来看，瞬时电磁干扰可能会使CPU偏离预定的程序指针，进入未使用的RAM区和ROM区，引起一些莫名其妙的现象，其中死循环和程序“飞掉”是常见的。为了有效地排除这种干扰故障，常采用软件“陷阱”法。这种方法的基本指导思想是，把系统存储器（RAM和ROM）中没有使用的单元用某一种重新启动的代码指令填满，作为软件“陷阱”，以捕获“飞掉”的程序。一般当CPU执行该条指令时，程序就自动转到某一起始地址，从这一起始地址开始存放一段使程序重新恢复运行的热启动程序，该热启动程序扫描现场的各种状态，并根据这些状态判断程序应该转到系统程序的哪个入口，使系统重新投入正常运行。 3.软件“看门狗” “看门狗”（WATCHDOG）就是用硬件（或软件）的办法使用监控定时器定时检查某段程序或接口，当超过一定时间系统没有检查这段程序或接口时，可以认定系统运行出错（干扰发生），可通过软件进行系统复位或按事先预定的方式运行。“看门狗”是工业控制机普遍采用的一种软件抗干扰措施。当侵入的尖峰电磁干扰使计算机程序“飞掉”时，WATCHDOG能够帮助系统自动恢复正常运行。 系统抗干扰能力的措施 1、逻辑设计力求简单可靠 对于一个具体的机电一体化产品，在满足生产工艺控制要求的前提下，逻辑设计应尽量简单，以便节省元件，方便操作。 2、硬件自检测和软件自恢复的设计 由于干扰引起的误动作多是偶发性的，因而应采取某种措施使这种偶发的误动作不致直接影响系统的运行。因此，在总体设计上必须设法使干扰造成的这种故障能够尽快恢复正常。通常的方式是在硬件上设置某些自动监测电路,这主要是为了对一些薄弱环节加强监控，以便缩小故障范围，增强整体的可靠性。 3、从安装和工艺 a合理选择接地 b合理选择电源,合理选择电源对系统的抗干扰能力也是至关重要的; c合理布局,系统的各个部分进行合理的布局，能有效地防止电磁干扰的危害。 单片机系统的几点抗干扰技术 单片机系统抗干扰设计 印制电路板及电路的抗干扰设计 单片机抗干扰设计 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。 （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。 （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。 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。 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，见下表： 距 离 使用方法 示意图 5米以下 发送、接收端都接有负载电阻。 若发射侧为集电极开路驱动，则接收侧的集成电路用施密特型电路，抗干扰能力更强。 10米左右 使用平衡输出的驱动器和平衡输入的接收器 数十米 发送和接收信号端都要接匹配电阻。 印制电路板及电路的抗干扰设计 在单片机系统中，印制电路板的设计好坏对抗干扰能力影响很大。印制电路板是用来支撑电路元件，并提供电路元件和器件之间电气连接的重要组件。为了减少干扰，在印制电路板设计过程中必须遵循以下三大原则： 尽量控制噪声源； 尽量减小噪声的传播与耦合； 尽量增加噪声的吸收。 1、印制电路板大小 印制电路板大小要适中 如果印制电路板太大，会增加线路的阻抗及成本，降低抗干扰能力；太小，则散热不好，而且线路间干扰也会大大增加。 2、去耦电容1 合理配置去耦电容 （1）直流电源输入端应跨接10~100μF以上的电解电容器。 （2）原则上每个集成电路芯片的Vcc引脚都应安置—个0.01μF的陶瓷电容器。也可每4~10个芯片