单片机在测控系统中的抗干扰技术
时间：11-24
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的负载接近负载总线的驱动能力时,可能会影响总线信号的逻辑电平,可通过连接某I/O线到数据线来改善总线的不平衡程度,提高系统的可靠性。在总线上适当安装上拉电阻也可提高总线信号传输的可靠性。
(6)布线抗干扰设计
为防止长线传输中的窜扰,采用交差走线是行之有效的办法。长线传送时,功率线、载流线和信号线分开,电位线和脉冲线分开。把空余的输入端与使用端并联。把空余的输入端通过一个电阻接高电平,这种方法适用于慢速、多干扰的场合。把空余的输入端悬空,用一反相器接地。这种方法适用于要求严格的场合。在数字电路的每块组件上,都要分别装设高频去耦电容,而且这些电容应充分靠近集成块,而不应集中在印刷板上每一端。每块印刷板的电源引进端也应加去耦电容。直流配电线的引出端应尽量作成低阻抗传输线。由于快速逻辑电路产生高频干扰,所以这些电路均应按高频电路处理,应将逻辑电路的印刷板良好接地。存储器的布线抗干扰设计,一般采取的措施有：数据线、地址线、控制线要尽量缩短,以减少对地电容。由于开关噪声严重,要在电源入口处以及每片存储芯片的VCC与GND之间接入去耦电容。由于负载电流大,电源线和地线要加粗,走线尽量短。印制板两面的三总线互相垂直,以防止总线之间的电磁干扰。总线的始端和终端要配置合适的上拉电阻,以提高高电平噪声容限,增加存储器端口在高阻状态下抗干扰能力和削弱反射波干扰。三总线与其他扩展板相连接时,通过三态缓冲门后连接。可以有效防止外界电磁干扰,改善波形和削弱反射干扰。
(7)软件抗干扰措施
a)数字滤波技术
通常使用的方法有：算术平均法、中值法、抑制脉冲算术平均法、一阶惯性滤波法、程序判断滤波法和递推平均滤波法等。
b)软件冗余
对于条件控制系统,对控制条件的一次采样、处理控制输出改为多采样、处理控制输出。可有效地消除偶然干扰。
c)设置软件陷阱
当由于干扰使操作系统失控而进入非程序区时,用引导指令强行将捕获到的乱飞程序引向复位入口地址,在此处将程序转向专门对程序出错进行处理的程序,使程序纳入正轨。
d)重要指令冗余
对程序流向起决定作用的指令(如RET、RETI、LCALL、JZ、JC、JNC等)和某些对系统工作状态起重要作用的指令(如SETB、EA等)的后面,可重复写上这些指令,以确保这些指令的正确执行。
e)“看门狗”技术
PC受到干扰而失控,引起程序乱飞,也可能使程序进入“死循环”。指令冗余技术、软件陷阱技术不能使失控的程序摆脱“死循环”的困境,通常采用程序监视技术,又称“看门狗”技术(Watchdog),“看门狗”技术就是不断监视程序循环运行时间,若发现时间超过已知的循环设定时间,则认为系统陷入了“死循环”,然后强迫程序返回到0000H入口,在0000H处安排一段出错处理程序,使系统运行纳入正轨。在设计看门狗时可设计两个定时器,一个为短定时器,一个为长定时器,并各自独立,短定时器像典型看门狗一样工作,它保证一般情况下看门狗有快的反映速度,长定时器的定时大于CPU执行一个主循环程序的时间,用来防止看门狗失效。
f)数据的保护与恢复技术
在编写程序的过程中,对于由指令改变结果性质的数据,可以考虑在每次改变后都尽可能地保护起来,以便必要时恢复。有时计算机在强制复位后,I/O端口和特殊寄存器SFR中的内容都将变成芯片出厂时的设定值,这很有可能引起系统的运行混乱。因此单片机在重新启动后,应当首先执行数据恢复程序,把控制端口等重要寄存器被保护的内容恢复还原。
g)NOP的使用
在双字节和3字节指令之后插入两个单字节NOP指令,这可保证指令不被拆散。因为“乱飞”的程序即使落到操作数上,由于两个空操作指令NOP的存在,不会将其后的指令当操作数执行,从而使程序纳入正轨。
参考文献
1何立民.单片机应用系统设计［M］.北京：航空航天大学出版社,1999
2陈润泰.检测技术与智能仪表.长沙：中南工业大学出版社,1998
3王柏林.单片机系统设计的误区与对策.电子技术应用,2002,2
(6)布线抗干扰设计
为防止长线传输中的窜扰,采用交差走线是行之有效的办法。长线传送时,功率线、载流线和信号线分开,电位线和脉冲线分开。把空余的输入端与使用端并联。把空余的输入端通过一个电阻接高电平,这种方法适用于慢速、多干扰的场合。把空余的输入端悬空,用一反相器接地。这种方法适用于要求严格的场合。在数字电路的每块组件上,都要分别装设高频去耦电容,而且这些电容应充分靠近集成块,而不应集中在印刷板上每一端。每块印刷板的电源引进端也应加去耦电容。直流配电线的引出端应尽量作成低阻抗传输线。由于快速逻辑电路产生高频干扰,所以这些电路均应按高频电路处理,应将逻辑电路的印刷板良好接地。存储器的布线抗干扰设计,一般采取的措施有：数据线、地址线、控制线要尽量缩短,以减少对地电容。由于开关噪声严重,要在电源入口处以及每片存储芯片的VCC与GND之间接入去耦电容。由于负载电流大,电源线和地线要加粗,走线尽量短。印制板两面的三总线互相垂直,以防止总线之间的电磁干扰。总线的始端和终端要配置合适的上拉电阻,以提高高电平噪声容限,增加存储器端口在高阻状态下抗干扰能力和削弱反射波干扰。三总线与其他扩展板相连接时,通过三态缓冲门后连接。可以有效防止外界电磁干扰,改善波形和削弱反射干扰。
(7)软件抗干扰措施
a)数字滤波技术
通常使用的方法有：算术平均法、中值法、抑制脉冲算术平均法、一阶惯性滤波法、程序判断滤波法和递推平均滤波法等。
b)软件冗余
对于条件控制系统,对控制条件的一次采样、处理控制输出改为多采样、处理控制输出。可有效地消除偶然干扰。
c)设置软件陷阱
当由于干扰使操作系统失控而进入非程序区时,用引导指令强行将捕获到的乱飞程序引向复位入口地址,在此处将程序转向专门对程序出错进行处理的程序,使程序纳入正轨。
d)重要指令冗余
对程序流向起决定作用的指令(如RET、RETI、LCALL、JZ、JC、JNC等)和某些对系统工作状态起重要作用的指令(如SETB、EA等)的后面,可重复写上这些指令,以确保这些指令的正确执行。
e)“看门狗”技术
PC受到干扰而失控,引起程序乱飞,也可能使程序进入“死循环”。指令冗余技术、软件陷阱技术不能使失控的程序摆脱“死循环”的困境,通常采用程序监视技术,又称“看门狗”技术(Watchdog),“看门狗”技术就是不断监视程序循环运行时间,若发现时间超过已知的循环设定时间,则认为系统陷入了“死循环”,然后强迫程序返回到0000H入口,在0000H处安排一段出错处理程序,使系统运行纳入正轨。在设计看门狗时可设计两个定时器,一个为短定时器,一个为长定时器,并各自独立,短定时器像典型看门狗一样工作,它保证一般情况下看门狗有快的反映速度,长定时器的定时大于CPU执行一个主循环程序的时间,用来防止看门狗失效。
f)数据的保护与恢复技术
在编写程序的过程中,对于由指令改变结果性质的数据,可以考虑在每次改变后都尽可能地保护起来,以便必要时恢复。有时计算机在强制复位后,I/O端口和特殊寄存器SFR中的内容都将变成芯片出厂时的设定值,这很有可能引起系统的运行混乱。因此单片机在重新启动后,应当首先执行数据恢复程序,把控制端口等重要寄存器被保护的内容恢复还原。
g)NOP的使用
在双字节和3字节指令之后插入两个单字节NOP指令,这可保证指令不被拆散。因为“乱飞”的程序即使落到操作数上,由于两个空操作指令NOP的存在,不会将其后的指令当操作数执行,从而使程序纳入正轨。
参考文献
1何立民.单片机应用系统设计［M］.北京：航空航天大学出版社,1999
2陈润泰.检测技术与智能仪表.长沙：中南工业大学出版社,1998
3王柏林.单片机系统设计的误区与对策.电子技术应用,2002,2
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