C51单片机教程第14章.ppt

第14章 单片机系统抗干扰技术 14.1 干扰的来源 14.2 硬件抗干扰技术 14.3 软件抗干扰技术 14.4 单片机系统的抗干扰技术应用 单片机系统抗干扰技术随着单片机技术的发展，单片机已应用到工农业生产和国防技术等各个领域。虽然单片机本身的抗干扰能力较强，但是用单片机构造的控制系统仍存在着抗干扰的问题。为防止外界对系统的干扰，并确保单片机控制系统安全可靠地运行，必须采取相应的抗干扰措施。 14.1 干扰的来源 单片机控制系统的应用很广泛，引起系统干扰的原因也很多，概括起来有以下几种： （1） 交流电源的干扰电源开关的通断、电机和大的用电设备的启停都会造成供电电网的波动，从而影响同一电网供电的单片机控制系统的正常运行。 （2） 信号输入输出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。而在这些输入输出通道中，如果有用于大的用电设备（如可控硅）的控制的单片机，就会引起相关通道的干扰，从而造成单片机应用系统的程序错误等，以至使整个系统无法正常运行。 （3） 空间的辐射干扰在广阔的空间中有各种各样的电磁波，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抗干扰措施，就很容易引起干扰。 单片机应用系统的抗干扰设计应针对不同的干扰源采取必要的抗干扰措施。具体方法有硬件抗干扰技术和软件抗干扰技术。 14.2 硬件抗干扰技术 使用硬件抗干扰技术是抑制干扰的有效方法，常用的硬件抗干扰技术有： 滤波技术、屏蔽技术、隔离技术、去耦技术、接地技术等。 1. 抑制来自电源的干扰 （1） 屏蔽电源变压器 将电源变压器的原、副边分别加以屏蔽。 （2） 使用交流稳压器 交流稳压器主要用于克服电网电压波动对系统的影响。 （3） 应用隔离变压器 可抑制高频噪声干扰。 （4） 低通滤波器 可抑制由电网侵入的外部高频干扰。 （5） 系统采用性能优良的直流稳压线路，增大输入输出滤波电容，减少电源纹波系数。 （6） 交流电引进线应尽量短，防止50Hz信号对系统的干扰。 （7） 电源变压器的容量留有一定余地。 （8） 系统中数字地、模拟地应一点相连；外壳地线和公共地线应分开走线，若允许直接相连，则应在某一点可靠连接，否则用1～10μF的电容相连。 2. 抑制来自系统输入输出通道的干扰 输入输出通道是控制系统与被控对象间进行信息传输的路径。采用的抗干扰措施有： （1） 采用变压器隔离 利用隔离变压器将模拟通道部分与数字部分隔离开来，提高抗干扰能力。 （2） 光电隔离 利用光电隔离技术把前后电路隔离，提高抗干扰能力。 （3） 浮地屏蔽 采用光电耦合器将系统控制部分与其他外接通道实行浮地屏蔽的处理方法。 （4） 双绞线传输 采用双绞线传输的目的是减少电磁感应，抑制噪声。 （5） 滤波 在输入输出通道中使用低通、高通、带通等滤波器技术，可有效提高系统对特定频率干扰的抑制。 3. 抑制空间干扰和电感性干扰 空间干扰主要指磁场在线路和导线上的辐射引起的系统工作不稳定；电感性负载干扰是指由电感性负载如电动机、变压器、继电器、接触器和电磁铁等产生的干扰，当对它们进行启停操作时，会产生幅值较大的高频干扰，影响系统的正常工作。 所采取的抑制措施主要有： （1） 应用阻容吸收网络 采用在负载两端并联R-C网络的方法，能够抑制由电感性负载启停所产生的干扰，降低干扰幅值，减小干扰频率，较好地抑制干扰。 （2） 应用压敏电阻 压敏电阻是一种对电压敏感的非线性电阻器件，随着加在其两端的电压升高到某一值，压敏电阻的阻值会迅速减小。因此它能够快速降低干扰幅值，既适用于直流电路，也适用于交流电路。 4. 接地抗干扰技术 接地抗干扰技术是单片机系统抗干扰技术的主要方法之一。在单片机控制系统中，主要有以下几种地线： 模拟地、数字地、信号地、系统地、交流地和保护地。模拟地作为传感器、放大器、A/D和D/A转换器中模拟电路的零电位；数字地作为计算机各种数字电路的零电位，它应该与模拟地分开，避免模拟信号受数字信号的干扰；系统地是上述几种地的最终回流点，直接与大地相连作为基准零电位；交流地是计算机交流供电电源地，即动力线地，它的地电位很不稳定。 因此，交流地不允许与上述几种地相连，而且交流电源变压器的绝缘性能要好，应绝对避免漏电现象；保护地也称为安全地，目的是使设备机壳与大地等电位，以避免机壳带电影响人身及设备安全。 单片机系统中的接地技术主要有： 浮地技术、一点接地技术等。浮地技术指控制系统的地线与外壳或大地浮置，提高对电源、外壳引进干扰的抑制；一点接地是指控制系统的模拟地、数字地以及系统地最后应在一点集中连接在接地点上。 14.3 软件抗干扰技术 软件方面的抗干扰措施通常有以下几种方法： 1. 数字滤波 （1） 算术平均法 对某一点