嵌入式控制系统电路抗干扰性的设计研究

上述的硬件“看门狗”用于解决主程序的死循环故障，对于程序中出现的中断故障，系统使用软件“看门狗”来实现对中断的发现和处理。软件“看门狗”会在主程序中设置变量t0和t1。当T0发生一次中断，将t0加1，T1发生一次中断，将t1加1。在主程序的功能模块开始处记录下t0、t1的当前值，设置计数器的计数周期，使之小于功能模块的执行时间。这样，在功能模块的执行周期内，计数器肯定会发生中断，通过在功能模块的出口处检测这种变化来确定是否发生了中断关闭情况，并进行故障的处理。

控制器总线的抗干扰设计

由于系统使用的单片机仅仅依靠自身功能不能满足系统的要求，需要应用外部接口芯片对其功能进行扩展。而总线是单片机和外部各种接口芯片进行数据交换的通道，总线的可靠性直接关系到系统的可靠性，系统主要采取以下措施来提高总线的抗干扰能力。

采用三态门式总线驱动器提供总线的抗干扰能力。总线驱动器使用TTL型三态缓冲门电路74LS245，74LS245可用于双向驱动。三态门缓冲器能减少分布电容与电感对总线工作的影响，在总线上可连接400个芯片，其总线抗干扰能力比OC(集电极开路)门大约大10倍，可驱动100m的线。

总线接收端加施密特电路做缓冲器抗干扰。在接收端印刷板插座附件加施密特电路来做缓冲器，可以滤除外部噪声，提高总线的抗干扰性能。

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8031的总线由三态输出器件构成的，在三态驱动器(D)都是高阻抗时是不稳定的。可使用上拉电阻，将总线通过5kΩ电阻R接到电源，使其在瞬间处于稳定的高电位，从而增强抗干扰能力。

改善总线的负载平衡，提高系统可靠性。

给动态RAM加旁路电容，每片动态RAM的供电端上对地并接一个0.1μF的电容以抑制干扰，同时尽量缩短电源线和地线的印刷电路板布线。

在静态RAM电路中，使电流流动印刷线跳板的各处都比较均匀，不让电流变动大的区域在印刷电路板各处频繁移动。使存储器存取瞬间所产生的噪声电压峰值变小。

接口电路的抗干扰设计

1 前向通道的抗干扰设计

前向通道是单片机应用系统的信号采集通道，从信号的传感、变换、到单片机的输入。在前向通道设计中主要考虑集成运算放大器的抗干扰设计、运放电路抗干扰装配、多路开关的抗干扰设计以及A/D转换电路的抗干扰设计。

集成运放的抗干扰设计包括集成运放电路内部、外部噪声的控制和集成运放电路共模噪声控制。

运放电路抗干扰装配措施包括：

● 将高输入阻抗部分用铜箔线围起来，并与电路的等电位低阻抗部分相接，由于隔离线和高输入阻抗部分的电位相近，泄露电流很小。

● 采用绝缘性能很好的聚四氟乙烯制成的接线底座，安装在印刷电路板上，高输入阻抗部分也都在此接线柱上相连，以保证线路的高绝缘性和抗震性。

● 将电位器和固定电阻并联，尽量采用线绕型大尺寸电位器。

多路开关的抗干扰也是以抑制噪声为主，主要包括：

● 在多路转换器输入端接入共模扼流圈，以抑制外部传感器引入的高频共模噪声。

● 多路转换器的隔离变压器采用双重屏蔽接法，切断变压器分布电容传送高频噪声和脉冲噪声的通道。

● 在单片机和数模转换器之间采用光电耦合隔离的方法，使各自产生的高频噪声不能侵入对方。

● 用电容器将前置放大器的频带变窄，降低其对高频噪声的响应能力，抑制高频噪声。

A/D转换器对模拟量的微小噪声影响十分敏感，为抑制其干扰主要采取以下措施。

● 使用金属壳聚丙烯电容器做积分电容器，把积分电容器用铜箔包起来，单独接地。

● 给每片集成电路接入一个旁路电容器以降低电源的高频阻抗，克服芯片内部的噪声和电源噪声。

● 调整各级电路的增益分配，在各级运算放大器前相应地接入简易低通滤波器，使噪声在传送过程中不断削弱，同时在运放电路与ADC输入电路之间加一个抗混叠滤波器以减少运算放大器的噪声。

● 设计ADC输入保护电流，因为电路使用±15V运算放大器驱动一个电源电压为±5V的CMOS ADC，容易造成ADC输入端电压过高，我们在+15V和+5V电源之间以及-15V和-5V电源之间分别加一个78L05三端稳压块。同时，在ADC输入端接两只肖特基二极管防止电流过大。

● 对电源单独去耦，将采样时钟电路与系统数字电路和数字电路中的噪声源都隔离，以尽量避 免数字输出与采样时钟信号耦合。

2 后向通道的抗干扰设计

后向通道的抗干扰主要是D/A转换器即DAC的抗干扰设计。在系统中主要采用以下步骤。

● 采用多层PCB(印刷电路板)，应用大面积的地线和电源线，在电路板的装配过程中不用插座，直接安装在电路板上。将模拟电源与数字电源分开供电，分离接