第六章抗干扰技术

1、抗干扰技术抗干扰技术 第七章 智能仪表的抗干扰技术第七章第七章 智能仪表的抗干扰技术智能仪表的抗干扰技术7.1干扰源：干扰源： 带有微机的仪表，不论功能设计得多么完善。如果在复杂的环境中不带有微机的仪表，不论功能设计得多么完善。如果在复杂的环境中不 能安全可靠的运行，也没有用处。设计正确的仪表，若没有较强的抗干能安全可靠的运行，也没有用处。设计正确的仪表，若没有较强的抗干 扰能力，就不能使仪表正常工作。扰能力，就不能使仪表正常工作。 尤其是用于工业控制现场的智能仪表。由于工业环境特别是工业尤其是用于工业控制现场的智能仪表。由于工业环境特别是工业 过程控制的生产环境干扰严重，不仅会破坏仪表的正常

2、工作。而且严重过程控制的生产环境干扰严重，不仅会破坏仪表的正常工作。而且严重 时会严重损坏仪表的器件或程序，导致仪表不能正常运行。甚至会引起时会严重损坏仪表的器件或程序，导致仪表不能正常运行。甚至会引起 误操作或爆炸等严重事故。误操作或爆炸等严重事故。 因此为了保证仪表能在实际应用中可靠地工作，必须要周密考虑和因此为了保证仪表能在实际应用中可靠地工作，必须要周密考虑和 解决抗干扰问题。解决抗干扰问题。 本章主要从硬件和软件两方面讨论智能仪表的抗干扰问题。本章主要从硬件和软件两方面讨论智能仪表的抗干扰问题。一 干 扰 源 ： 干 扰 的 来 源 ： 外 部 干 扰 源 内 部 干 扰 源 2.内

3、部干扰源：a 不同信号间的感应；b经杂散或寄生电容的耦合；c长线传输造成的波的反射；d多点接地造成的地线电位差引起的干扰；e寄生振荡引起的干扰；f热噪声干扰； g振铃噪声等；1.外部干扰：干扰信号主要通过三个途径进入仪表内部。 即:电磁感应、传输通道和电源线。 外部干扰源有：a 电源的工频干扰(漏电或电磁场影响)；b周围电器设备(包括工厂设备、交通设备、家用电器)； 发出的电磁波、电火花(电焊机、电灯、电机、大开关)；c空中雷电、湿度、温度变化的影响；d广播电台或通讯发射台发射的电磁波； e太阳及天体辐射出的电磁波等；一漏电：绝缘在高温下性能变坏，会引起外界干扰(交流、直流干扰) 二磁场干扰及

4、磁屏蔽： 磁场干扰： 工频交变磁场为主 在大功率变压器、交流电动机、大电流交流线附近均有较强 磁场。若信号线有不合理的环线，交变磁通穿过环线，会产 生感应电动势干扰(差模干扰)三电场干扰与等电位屏蔽： 信号线和高电压交流线平行靠近时，交变信号经分布电容耦合至输 入端，由于两输入端分布电容等参数不同，会出现端间干扰。高导磁率的屏蔽管。集中在屏蔽管壁内流过。在管内空间无磁通，不会感应出干扰信号。绞和线路是感应电势相互抵消2和1，1和2抵消 显然 C1、C2、C1、C2构成一个交流电桥。若参数不等，则 A、B 两 点间的电流不会相同，则形成对仪表的干扰信号。 解决：使寄生电容小些； 最重要的，若是仪

5、表与大地绝缘，则 C1、C2极小，使电流不会形 成通路仪表对地浮空； 信号线要远离电力线、交流信号线、大信号线，或不与之平行。 静电屏蔽：等电位屏蔽。使信号线与屏蔽层之间等电位不形成电场耦合。 信号线：采用屏蔽线，将外在屏蔽线接地，里面信号线不受外部电场影响， 屏蔽层等电位。 注意：一点接地，否则不恰当接地也会带来干扰。 屏蔽层不接地，接至干扰。 当由于漏电或其它原因使输入信号上带有较大共模干扰信号，则 会使信号线与屏蔽层之间经分布电容形成干扰。 电流可能共模差模，为此可使屏蔽层接共摸干扰处。 在存在对地干扰时，会使信号线带上一定的共模干扰信号而使其 余屏蔽层间形成不等电位，会由电容形成漏电流

6、形成干扰。 此时将屏蔽层外部干扰源连接。而使屏蔽层与信号等电位。四放大器复位与浮空： 放大器屏蔽 放大器浮空 放大器的地线与屏蔽外壳间绝缘放大器地线浮空。 外壳接地屏蔽。 61 节 (完)Vs：真信号Vdm：差模信号干扰来源：高压输电线； 与信号线平行铺设的电源线 大电流控制线产生的空间电磁场 信号源本身固有的漂移、纹波和噪声 电源变压器不良屏蔽或稳压效果不好，也会引入串模干 扰 1 测控系统的信号线较长，通过电磁和静电耦合产生的感应电压有可能 达到与被测信号相同的数量级甚至比真信号大得多。与真信号相串， 影响较大。2 对测控系统而言，由于采样时间短。工频的缓变电压也相当于缓慢变 化的干扰电压

7、。这种干扰有可能一起被采样，造成严重错误。 如：有传感器来的信号线长达几百米，干扰源通过电磁感应和静电耦合作用，在如此之长的信号线上产生的空间电磁感应电压数值是相当可观的。有可能达到几十 mv，甚至更大；传感器信号为v、mv 级。4共模干扰：输入通道上两输入端共有的干扰(1) 共模干扰的产生: a.可以是直流，也可以是交流 b.幅值可以为几伏甚至更高，取决于现场干扰环 境条件及接地。 c.接底线不会引起接地干扰，以共模信号形式加 入电路。 仪表接地端 G2。由于检测元件和传感器是分散在生产现场的各个地方。因此，被测信号 Vs的参考接地点和仪表接地点间往往存在一定电位差。造成对仪表输入通道而言是

8、共同加在两输入端上。 一输入端信号：Vs+Vcm 另输入端信号：Vcm高温下电路的绝缘变差，漏电阻会导致一个干扰eg加于电偶 两输入端。显然构成一个供模信号(eg时同时加在两输入端的) 干扰有时达到几伏、几十伏、上百伏。 影响：会损坏后级元件，造成元件击穿； 通过不对称电桥形式，可转为差模干扰直接影响电路工作(2)共模信号转为差模信号： 对于双端输入电路，例如：运放的两个输入端存在共模干扰不会造成对真 信号的干扰。因为运放放大的是两输入端信号之差。(不考虑共模干扰对元件 的损坏)但实际共模信号会通过输入端存在的不对称电桥形式转化为差模干扰。经分布参数构成的不对称电桥差模：。会转化为时当0,)(

9、423142214132424313ababUZZZZegZZZZZZZZegZZZegZZZU分析：减小转化为差模信号。 输入参数对称分布参数不可能； 使放大器浮空(Z3、Z4)不形成到地的通路。 Z3、Z4使 i1、i20，不产生干扰造成 A、B 两端的差模电压。 输入方式不同，输入电路构成的不对称电桥差模。测量电路中信号的输入方式： 输入方式两种：单端对地输入方式； 双端不对地输入方式；a.单端对地输入方式 仪表的输入电阻信号源内阻:ZiZs b.共膜双端不对地输入：输入通道的输入电阻、：信号源内阻、2121cmcmSSZZZZ 有图 a 可知：共模输入信号不能用单端对地输入方式。因为共

10、模干扰全部化 为串模干扰电压，直接加于输入端。 有图 b 可知： 采用双端不接地时共模干扰电压 Vcm 对两个输入端形成两个 电流回路，每个输入端 A、B 的共模电压为：222111cmcmScmBcmcmScmAZZZVVZZZVV两端输入呈现的共模电压为：cmcmScmcmScmBAABVZZZZZZVVV222111 显然预使共模干扰对放大器无影响，即 VAB=0 表示不会引入共模干扰。 克服共模干扰的条件：Zs1=Zs2 Zcm1=Zcm2 两端输入时预在存在共模干扰源的情况下，不引入共模干扰。应使仪表 输入端处的等效电路构成一个平衡电桥。 输入通道阻抗通常是由直流绝缘电组合分布耦合电

11、容的容抗决定 的。因此上述条件很难满足，但使用中应尽量使得 Zs1与 Zs2相等，Zcm1 与 Zcm2相等，以使共模干扰的影响尽量降低。例如：差分放大器的直流绝缘电阻可做到 109 工频寄生耦合电容可小到几个 pf。(容抗为 109数量) 但共模电压仍会可能造成 1%的测量误差。 5电源引入的干扰：a 当同一电源系统中的可控硅器件通断时产生的尖峰，通过变压器的 初级和次级之间的电容耦合到直流电源中，产生干扰。b附近用电器(尤其是大功率)动作时(开、关)产生的浪涌电压，由电源 线经变压器级间电容耦合产生的干扰。 c共用同一个电源的附近设备通或断时产生的干扰。变 压 器 的 屏 蔽无屏蔽：单层屏

12、蔽：单层屏蔽：干扰仍会经过次级形 成对后级的干扰。双层屏蔽：双层屏蔽：干扰电流仅在两屏蔽层间流动。 若人为加 CPE，且 CPEC1， CPEC2。则干扰会经 CPE流过， 而不经屏蔽层效果更好。6.3 干扰耦合及其传播： 干扰源到处都有，要消除或抑制干扰就必须了解干扰源到接收设备的 通道。 干扰源 耦合通道 接收设备一 电容性耦合： 在元件与元件之间，导线与导线之间，元件与导线之间均存在着分布电容。某一导体上的信号电压(或噪声电压)通过分布电容可使其它导线上的电位受到影响。 以两根导线之间的电容耦合为例：两导线之间的电容性耦合及其等效电路只考虑导线 Z 上的扰动部分 VN：(不考虑 C1g时

13、) 分析：(此式由 V1在 C12及 C2g/R 上的分压得出) 当 jR(C12+C2g)1 时:为 102数量级(低) R 为 102数量级(低) C12,C2g为 10-610-9数量级 上式可近似表示为： VN=jRC12V1 结论：干扰电压 VN正比于 C12，R，及 V1，而且与信号频率有关。 只要设法降低 R 的值，就能减小耦合受感应回路的噪声电压。 R 可看作受感回路的输入等效电阻，从抗干扰考虑，降低输入 阻抗是有利的。 若导线 2 接至低电平信号放大器，就应当使该放大器的输入阻 抗尽可能小些。121212)(1V:BVCCRjRCjgN点干扰对数字电路的干扰： 数字电路中，由

14、于布线及线间电容存在，会造成对电路的干扰。 若门 1 输出一个方波脉冲，而变感线(线 2)正处于低电平(G3 为低电平 输出)。可从示波器上观察到波形如下图示： 若耦合电容 C12足够大。使得正脉冲的幅值 高于门 4 的开门电平 VT。脉冲宽度也是维持门 4 从高电平下降到低电平，门 4 的输出就会输出一个 伏脉冲，即干扰脉冲。这一干扰脉冲就有可能造成 后面电路的逻辑发生错误。 在印刷电路板上，两条平行的印刷导线间的分布电容约 0.10.5pF/cm 与靠在一起的绝缘导线间的分布电容有相同数量级。 数字电路中还会由其他一些干扰和噪声： 印刷电路板电源线与地线之间的开关电流和阻抗引起的干扰 元件

15、的热噪声 静电感应噪声等二互感耦合方式： 在任意载流电路周围空间都会产生磁场，交变磁场会对其周围闭合电路产生感应电势。 在设备内部线圈变压器的漏磁是一个很大的干扰 在设备外部，当两根到现在很长一段区间架设时也会产生干扰。 这是由感应电磁场引起的耦合。其感应电压VN为：VN=jM M：互感三共阻抗耦合方式： 公共阻抗的耦合，一般发生在两个电路的电流流经一个公共阻抗时，一个电路在该阻抗上的电压降会影响到另一个电路。 RG1、RG2为导线接地电阻。 显然RG1为T1和T2的公共阻抗， i2流过RG1会形成一个对T1的 干扰电流。互相影响不会互相影响四电磁场辐射耦合方式四电磁场辐射耦合方式 当高频电流

16、流过导体时，该导体周围产生的电力线和磁力线将随导体各当高频电流流过导体时，该导体周围产生的电力线和磁力线将随导体各部分瞬时电荷的变化而变化。这就成为一种在空间传播的电磁波。处于电部分瞬时电荷的变化而变化。这就成为一种在空间传播的电磁波。处于电磁波中的导体，由于电磁波的作用便会感应相应频率的电动势。如果这一磁波中的导体，由于电磁波的作用便会感应相应频率的电动势。如果这一电动势时不需要的频率部分。那它就形成为电磁波耦合干扰。整个空间都电动势时不需要的频率部分。那它就形成为电磁波耦合干扰。整个空间都充满了这样一种电磁波，这样的干扰叫做电磁干扰。充满了这样一种电磁波，这样的干扰叫做电磁干扰。电波干扰是

17、一种完全无目的无规则的干扰。这种干扰极易通过电源线耦电波干扰是一种完全无目的无规则的干扰。这种干扰极易通过电源线耦 合到计算机仪表系统中来。合到计算机仪表系统中来。长的信号输入、输出线和控制线也具有天线效应。长的信号输入、输出线和控制线也具有天线效应。它能接收空间传播的干扰波它能接收空间传播的干扰波(电磁波电磁波)，同时也能辐射干扰波。，同时也能辐射干扰波。 在大功率的广播电台附近的强电场中，设备外壳或设备内部的小导体也在大功率的广播电台附近的强电场中，设备外壳或设备内部的小导体也 能产生很大的感应电动势，造成干扰。能产生很大的感应电动势，造成干扰。 例如：电场强度为例如：电场强度为100mv

18、/米时，长度为米时，长度为10cm的导体，最大可以产生的导体，最大可以产生5mv 的感应电动势。这是可观的数字。的感应电动势。这是可观的数字。7.4.3 输入输出通道干扰的抑制输入输出通道干扰的抑制(过程通道抗干扰过程通道抗干扰) 关键问题：关键问题：开关量输入、输出通道及模拟量输入、输出通道都是干扰窜开关量输入、输出通道及模拟量输入、输出通道都是干扰窜 入的渠道。提高仪器仪表的抗干扰能力就是要使输入、输出入的渠道。提高仪器仪表的抗干扰能力就是要使输入、输出 通道不引入干扰，就使输入、输出通道与干扰源无电联系。通道不引入干扰，就使输入、输出通道与干扰源无电联系。 电隔离电隔离 过程通道中长线传

19、输的干扰是主要因素，干扰的结果会使传过程通道中长线传输的干扰是主要因素，干扰的结果会使传 输的方波衰减延时。输的方波衰减延时。 方法：方法： 采用光电耦合器件。采用光电耦合器件。按经验公式计算： 当计算机主频为 1MHZ 时，传输线大于0.5m。 当计算机主频为 4MHZ 时，传输线大于0.3m。 光电耦合器件抗干扰的原因：(1) 光电耦合器的输入阻抗很低(1001k)，而干扰源内阻 一般都很大(105106)。根据分压原理，这时能送到光 电耦合器中的噪声自然很小。(1) 光电耦合器输入部分的二极管只有在通过一定强度的电流时才能发光， 输出部分的光敏三极管也只有在通过一定光强下才能工作。信号的

20、能量 较大，可满足上述要求。而干扰噪声的能量一般都很小。即使电压幅度 较大，由于没有足够的能量而不能使二极管发光。从而不能被三极管接 收，耳被抑制掉。(2) 输入回路与输出回路间的分布电容很小(0.52pf)。而绝缘电阻又较大(10111013)，各种噪声无法通过分布电容耦合过去产生的干扰作用。(3) 光电耦合的输入与输出是光耦合，而且在密封条件下进行，故不会受到 杂散光的影响无光干扰。 使用注意：(1) 要实现彻底隔离光电耦合器的输入和输出部分应使用两个不共地的独立 电源。(2) 光电隔离的位置：安置在输入输出通道 A/D，D/A 最先接触数字信 号处。由于模拟量信号的有效状态有无数个，而数

21、字量的有效状态只有 两个。所以叠加在模拟信号上的任何干扰都因有实际意义而起到干扰作 用。叠加在数字信号上的干扰只在幅度和宽度都达到一定量时才起干扰 作用。因此，抗干扰的屏障越向外推越好。最好推在模拟量入、出口处， 现在一般在 A/D、D/A 位置上。 由于线性光耦的价格和性能指标不很理想，国内一般均使用逻辑光 电耦合器。此时抗干扰屏障应设在最先遇到开关信号的工作位置上。 (3)数据线、信号线、地址线、控制线均要一并采用光隔，否则隔离不彻底。6.4.4 电源与电网干扰的抑制1. 交流电网干扰的抑制： 电网上存在尖峰干扰，应采用能抑制交流电源干扰的计算机电源系统。电抗 ：抑制交流电源线上引入的高频

22、干扰，让 50HZ 基波通过。变阻二极管：用于抑制进入电源线上的瞬时干扰。隔离变压器：隔离稳压电源与电网间的电联系，利于消除干扰。 隔离变压器初、次级线圈间应加屏蔽层，以防初、次级线 圈间分布电容进入干扰。抗干扰的微机系统的供电配置： 为防止从电源系统引入干扰，恰当配置供电系统，在要求较高时可采用如 下方式： 1交流变压器用于保证供电的稳定性，防止电源系统的过压与欠压。 2隔离变压器使电源与微机系统无电联系，而只有磁场联系。 为防止共模干扰通过绕阻的分布电容窜入副边，则在主、副边两侧均采 用屏蔽层。 3低通滤波器：让 50HZ 工频通过，滤去高频。 4采用分散独立功能块，如：7805、7809

23、.。 每个功能块单独对电压过载进行保护，不会由于某块稳压电源故障而使 整个系统破坏。 减少了公共阻抗的相互耦合，及公共电源的耦合利于容量分散、利于散 热。 5可采用高抗干扰稳压电源集中供电。6.4.5 地线系统的抗干扰 接地是抑制干扰的主要方法。在设计与施工中如能把接地和屏蔽正确 地结合起来使用，是能解决大部分干扰问题的；如前面有些部分的分析也 可知道，不正确的屏蔽与接地，系统会引入干扰。因此，对计算机系统的 接地方法必须加以充分而周全的考虑。 接地技术不是一门精密的科学，难以做到精密的理论计算及精确的测 量。因为地层结构不同，土壤的电阻率也相差很多。其变化范围从 500 5000/米不等；接

24、地的几何形状也不同，地电阻的测量也难以做到精确 等等诸多原因。所以，过分强调精密的计算，往往脱离了工程实际。但又 不能简单从事，综合分析上述诸方面因素与影响。 接地设计有两个基本目的： (1)消除各电路电流经过一公共地线阻抗时所产生的噪声电压。 (2)避免磁场、电场和地点为差的影响。 地点位为零电位：这是因为地球是个导体，体积很大。因而其静电容 非常大，电位比较恒定。因为将其电位作基准电位， 所以称之为零电位。一地线种类： 计算机与各个设备接地可分为两大类： (1)保护接地：保护接地主要是避免人员因设备的绝缘损坏或下降时遭 受危险和保证设备的安全； (2)工作接地：保证设备及计算机系统正常可靠

25、工作； 当导体或设备接地时，即使有少许接地电阻，只要没有电流流入大地。 则这些导体或设备与大地等电位零电位。 计算机及其它电子设备工作时，完全不让电流流入接地点是不可能的 (如与地有漏电阻)。因此，设备与基准电位之间会有微小的电位差，接地 电位的变化是产生干扰的最大原因之一。接地设计的关键： 接地设计的基本出发点是：消除各电路电流流经公共地线时所产生的 噪声电压，一面受电磁场和地电位差的影响即不使接地点形成环路。 在计算机系统中大致有以下几种地线： 数字地：作为逻辑开关网络的地电位； 模拟地：作为处理模拟信号的地电位。A/D 转换前模拟通道的地电位。 功率地：这种地为大电流网络的零电位。 如打

26、印机、电磁铁的驱动电流。 信号地：通常为传感器的地。 交流地： 直流地： 屏蔽地：(机壳地)为防止静电感应和磁场感应而设的。 如何处理这诸多不同的地，在不同情况下应有应当遵守的原则二不同地线的处理： (1)一点接地和多点接地的应用原则： 一般高频电路应就近多点接地；低频电路应一点接地； 高频时，地线上具有电感，因而增加了地线阻抗应使地线短。 而且，地线变成了天线，向外辐射噪声信号。要多点接地。 在超高频时，地线长度应小于 1 英寸(25.4mm) 低频时，接地电路形成环路，有可能产生地线电流。 多点接地，由于各接地点电位不等，就会产生干扰。 一般而言 f10MHZ :多点接地 f=110MHZ

27、 :若用一点则地线长度不能太长 (2)屏蔽层与公共地之间的连接 当一个接地的放大器与一个不接地的信号源连接时。连接电缆的屏 蔽层应接到放大器的公共端； 反之，应接到信号源的公共端； 高增益放大器的屏蔽层应接到放大器的公共端。 (3)交流地、功率低于信号地不能共用 交流地和功率地的电流较大，会造成数毫伏、甚至几伏电压。 这会严重的干扰低电平信号的电路。因此，信号地应当与交流地 和功率地分开。 (4)屏蔽地(机壳地)接法随目的不同而异 电场屏蔽是为了解决分布电容问题应接大地； 电磁屏蔽主要避免雷达、短波电台等的高频电磁场的辐射干扰， 地线用低阻金属材料做成，可接大地也可不接。 磁屏蔽是防磁铁、电机

28、、变压器等的磁感应和磁耦合的用 高导磁材料使磁路闭合，一般接大地。 (5)电缆和接插件的屏蔽要注意： 高电平和低电平不要使用同一接插件。不得已时，要将高低电平 端子分于两端，中间留接高、低电平引地线的备用端子。 设备上进出电缆的屏蔽应保持完整。 电缆的屏蔽线也要经插件连接。 两条以上屏蔽电缆共用一个插件时，每条电缆的屏蔽层都要用一 个单独接线端子，以免电流在各屏蔽层流动。三浮地与接地 全机浮空及机器、仪表各部分与大地浮置起来。这种方法简单 并有一定的抗干扰能力。但全集与地的绝缘电阻不能小于 50M。 一旦绝缘电阻下降便会带来干扰。 缺点：另外，浮空容易产生静电，导致干扰。 另一种浮空方法：是将

29、仪表或计算机外壳接地，其余部分浮空。 这种方法抗干扰能力强，安全可靠。 但要求内部各部分电路与机壳的绝缘都要非常高。 印刷线路板的抗干扰措施及设计方法：一地线设计 1接地线尽量加粗。(23mm) 因接地线上有电阻，地线电流会在上产生压降使接地电位随电流 而改变。 2接地线构成环路地线电位插均衡 做成网状(大面积处) 3低频电路一点接地(10MHZ)，电感增加，阻抗大。 4交流地与信号地不能共用 5印制板上地线网状 6其他线不要接成环路 7条状线平行走的距离不要太长二电平转换使用光隔 模拟与数字地分开使用光隔三电源线的抗干扰 1一短线向各印刷电路板供电和接地(放射状接法) 2电源线与地线间在板入

30、口处加旁路电容 3每个 IC 芯片电源与地间均加电容，0.010.1f 陶瓷电容。 .使本片工作时电源中尖峰电流不至于上到公共线上。 公共电源地线上的干扰也会被滤除。 4接插件时，高低平要隔开，中间为地。高低电平不走同一电缆。 5平行电缆的排列多条均接地。6.4 节(完)6.5 软件抗干扰技术： 硬件抗干扰措施的目的： 尽可能切断干扰进入智能仪表的通道。 但是由于干扰的存在是随机的，尤其是在一定恶劣的环境工作的仪 表。硬件干扰还不能完全克服干扰的影响。 软件抗干扰： 与硬件配合，采用弹片微机编程的特点，用各种软件抗干扰措施提 高仪表的工作可靠性。 分如下三方面：数字量输入输出中的软件抗干扰 程

31、序执行中的软件抗干扰 系统受干扰时的恢复6.5.1一数字量输入的软件抗干扰 方法：数字滤波 1数字量输入的抗干扰 输入模拟量中有干扰，经 A/D 转换后就会发生数据错误。 必须多次采样，得到一个 A/D 转换结果的数据系列。 对这一数据系列进行数字滤波。2开关量的输入 若数字信号属于开关量，如：限位开关、操作按钮等。则不能进行多次 求均。必须每次采样结果绝对一致才行，否则就作报警处理。3数字量输出的干扰抑制 智能仪表输出的数字量，如各种显示器、步进电机或电磁阀的驱动信号 等。即使模拟量输出，也可能是 D/A 转换器获得的。由于干扰的作用，CPU 输出一个正确数据，也会由于干扰而使输出装置得到一

32、个错误的数据。方法：对数字量的输出，软件抗干扰最有效的方法重复输出同一个数据， 重复时间尽量短。这样输出的装置得到一个被干扰的错误信号后，还来 不及反应，一个正确的信号有来到了。可以防止发生错误动作。程序设计应注意： 可将输出过程安排在监控循环中，循环周期取得尽可能短。输出功能 应尽量作为一个完整的模块来执行的。 与这种重复输出措施相对应，软件设计中还必须为各个外部设备建立 一个输出暂存单元，由输出模块将暂存单元一一送出。不论是刚来送 来的还是以前的，均经暂存再输出。这样可以让每一个外部设备不断 得到控制数据，从而使干扰造成的错误状态不能得以维持。 在执行输出功能时，应将输出接口芯片(如打印接

33、口)的初始状态也重 新设置。因为由于干扰的作用可能使这些芯片的工作方式发生变化。开关信号采样程序：信号单元清0设置限定次数采样一次，结果送信号单元与上次结果相同否？相同次数加1已满3次取得有效信号置位成功标志限定次数否？相同次数值0置位失败标志返回YYY N N N6.5.2 程序执行过程中的软件抗干扰 对于硬件采取抗干扰措施应尽量切断干扰源或将干扰源减小。 对输出输入通道的抗干扰是尽量使干扰的影响不进 CPU。 程序一旦被干扰信号影响，即干扰信号通过某种途径作用到 CPU。使 CPU 不能按正常状态执行，就会造成混乱必须在程序执行过程中纠正这 种混乱程序执行时的抗干扰。 程序跑飞：干扰信号通

34、过某种途径作用到 CPU 上，使 CPU 不能按正常状态 执行程序。从而引起程序混乱，称这种现象为程序跑飞。解决： (1) 人工复位：程序跑飞后，使其恢复正常的最简单的方法是人工复 位。通过复位电路使 CPU 复位，程序从头开始运行。 上电复位：+5VCR2地。 C 充电，再上形成 一定宽度的正脉冲。人工复位：开关 K 闭合， C 经KR1放电。 当放开 K 按钮后，C 又重新充电， 又一次使 reset 得到一定宽度的正脉冲。(2) 指令冗余：人工复位往往需人工干与，而且复位不及时。 一般均在无计可施时才实行人工干与。 设计时应使得万一系统跑飞应能经过一段时间可恢复 正常。 指令冗余：指在程

35、序执行的关键地方，人为地插入一些冗余指令。 使跑飞的程序经过一些时间可恢复正常。 例如：MCS51 所有指令均不会超过 3 字节。 当程序发生跑飞，一般均是： 将操作数当成指令，因而飞到错误地方。此时在关 键指令初插入两条 NOP，则该指令就会被前面乱序而冲 垮的指令系列拆散。而令得到完整的执行，使程序进入 正轨。 注意：在关键指令前使用“指令冗余” ，指令冗余不能使用过多。 它会影响程序执行效率。 使用指令冗余条件： a跑飞的程序必须落入程序区 b必须能执行到冗余指令 程序飞到非程序区： 如果程序飞到非程序区，如 EPROM 中未用完的剩余空间， (里面的内容是随机状态)或数据表格区，就不会

36、执行到冗余 指令，也不会使程序归队。 若在执行冗余指令前已形成一个死循环，则指令冗余也就失 效了。 (3)软件陷阱： 软件陷阱是一条引导指令强行将捕获的程序向一指定地址。 那里有一段专门处理错误的程序。 例如：NOP NOP LJMP ERR ERR：. . . . 上述三条指令组成一个软件陷阱。ERR 位处理错误的程序入 口地址。 软件陷阱一般安置在： a未使用的终断向量区 MCS51 单片机的中断向量区为 0003H002FH。若设计仪表 时未用完全部中断向量区，则可在剩余的中断向量区内安排“软 件陷阱” 。以便能捕捉到错误的中断。 例：某仪表使用了两种外部中断 INT0，INT1和一个定

37、时器中断 T0。 它们的中断服务子程序入口地址分别为： INT0：FUINT0 INT1：FUINT1 T0 ：FUT0 则可按下面的方式来设置中断向量区。 ORG 0000H0000H START：LJMP MAIN 引向主程序入口0003H LJMP FUINT0 INT0中断服务程序入口0006H NOP0007H NOP 陷阱0008H LJMP ERR000BH LJMP FUT0 T0中断服务程序入口000EH NOP000FH NOP 陷阱0010H LJMP ERR0013H LJMP FUINT1 INT1中断服务程序入口0016H NOP0017H NOP0018H LJM

38、P ERR001BH LJMP ERR 未使用 T1中断设陷阱001EH NOP001FH NOP0020H LJMP ERR0023H LJMP ERR 未使用串口中断设陷阱0026H NOP0027H NOP0028H LJMP ERR 陷阱002BH LJMP ERR 未使用 T2中断设陷阱002EH NOP002FH NOP0030H MAIN: 主程序b对未使用的大片 EPROM 对剩余的 EPROM 空间，一般维持其原状。及其内容为 0FFH。 0FFH 对 MCS51 而言是一条内部指令：MOVR7，A。 如果程序飞到这一片区域，显然只会向后执行，不再跳跃。 (除非有受到新的干扰

39、) 这时只要在这一片区域中设一个陷阱,就能捕捉到跑飞的程 序。 c表格： 有两种表格：数据表格 数转表格 由于表格内容与检索值有一一对应的关系，在表格中间安排陷阱 会破坏其连续性和对应性关系。因此只能在表格中的最后安排陷阱。 否则会破坏正常的程序流程。如果表格很长，则安排在最后的陷阱就 不能保证一定能捕捉到飞来的程序的流向。有可能在中途再次跑飞。d程序区： 程序区是由一系列的指令构成，不能在这中间随意安排陷阱。但程 序中常有一些断点，如果在这些地方设置陷阱，就有可能捕获跑飞的程序。 例如：一个根据累加器 A 中内容的正、负、零进行三分支程序 JNZ XYZ 非零则转去 XYZ，为零则进行零处理

40、 . . . 零处理 AJMP ABC NOP NOP LJMP ERR 陷阱 XYZ： JB ACC.7 UVW ACC.7=1 为负数 . . . 正处理 AJMP ABC 断裂点 NOP NOP LJMP ERR 陷阱 UVW：. . . 负处理 ABC：MOV A，R2 取结果 RET 断点 NOP NOP LJMP ERR 陷阱 由于软件陷阱都安排在正常程序执行不到的地方(因在中断处会转去执行中 断服务程序)。故陷阱不会影响程序的正常执行。在 EPROM 容量允许的情 况下，这些陷阱多设些好。(4)WATCH DOG： 若程序飞跑到临时构成的一个死循环中，冗余指令和陷阱都无 能为力。

41、这除采用人工复位，还可设计一种莫放人工复位功能的软 件狗watch dog。 watch dog 的特征： a本身能独立工作，基本上不依赖于 CPU。 CPU 只在一个固定的时间间隔内与之打交道，表明“系统属正 常” 。 b当 CPU 落入死循环后，能及时发现并使系统复位。 硬件狗： 74LS93 构成一个 16 进制计数器对振荡器发出脉冲计数。当计到第 8 个脉冲(01111000)QD变为高电平。单片机执行一个复位程序从 P1.7 输出一个清零脉冲的固定程序。只要每次清零的时间间隔小于 8 个脉冲， 计数器就总也计不到 8，QD就永远为 0。如果 CPU 程序跑飞，就无法执 行到这个发清零

42、脉冲的固定程序。计数器就会计到 8，QD=1，使 CPU 复 位。 在有些 CHMOS 型单片机中已经集成有硬件看门狗，使用起来很方 便。 软件看门狗： 如用 8031 中 T0定时起来替代计数器定时。 若时钟脉冲 6MHZ，T0定时 10ms 形成 watch dog： MOV TMOD，#01H SETB ET0 允许 T0中断 SETB PT0 设 T0为高级中断 MOV TH0，#0E0H 定时约 10ms SETB TR0 启动 T0 SETB EA 开中断 软件启动 watch dog 后，系统工作程序每个 10ms 的时间执行一次 MOV TH0，#0E0H 指令，重新设置 T0

43、 的计数初值不会溢出。如果程序跑飞后执行 不到这条指令。则在 10ms 之内会产生一次 T0溢出中断。在 T0的中断向量区 放一条转移到出错处理程序的指令：LJMP ERR，由出错处理程序来处理各 种善后工作。 采用软件 watch dog 有一个弱点，就是如果“跑飞”的程序使某些操 作数变形成了修改 T0 功能的指令。则指令执行后，W.D 就会失效。因此软 件狗不如硬件狗的可靠性高。6.5.3 系统的自恢复(系统受干扰时的软件自恢复)： 前面列举的各项措施只解决了如何发现系统受到干扰和如何捕捉“跑飞” 的程序。但这些还不够，还要能够让单片机根据被破坏的残留信息自动恢 复到正常工作状态。 系统复位方法可分为： 硬件复位(冷启动)：上电复位 人工复位 硬件 wa