单片机系统的可靠性与抗干扰技术PPT.ppt

3.3 数字滤波技术 对于一个确定的采样系统而言，T为已知量，所以由 ，可得： (7) 当α1时， ，则式(7)可简化为： (8) 从式(8)中可清楚地看出，采样周期T与RC滤波器的时间常数τ及相应的数字滤波器的滤波平滑系数α之间的关系。 一阶滞后滤波算法对周期性干扰具有良好的抑制作用，适用于波动频率较高参数的滤波。其不足之处是带来了相位滞后，灵敏度低。滞后的程度取决于α的大小。同时，它不能滤除高于采样频率二分之一的干扰信号。 2.3 空间干扰的抑制 抗空间干扰的主要措施就是采取屏蔽措施。屏蔽是指用屏蔽体把通过空间进行电场、磁场或电磁场耦合的部分隔离开来，隔断其空间场的耦合通道。良好的屏蔽是和接地紧密相连的，因而可以大大降低噪声耦合，取得较好的抗干扰效果。 在单片机系统中，通常是把数字电子装置和模拟电子装置的工作基准地浮空，而设备外壳或机箱采用屏蔽接地。 图17所示为一种浮空—保护屏蔽层—机壳接地方案。 图17 浮空—保护屏蔽层—机壳接地方案 2.3 空间干扰的抑制 这种方案的特点是将电子部件外围附加保护屏蔽层，且与机壳浮空；信号采用三线传输方式，即屏蔽电缆中的两根芯线和电缆屏蔽外皮线；机壳接地。图中信号线的屏蔽外皮A点接附加保护屏蔽层的G点，但不接机壳B。假设系统采用差动测量放大器，信号源信号采用双芯信号屏蔽线传送，r3为电缆屏蔽外皮的电阻，Z3为附加保护屏蔽层相对机壳的绝缘电阻，Z1、Z2为二信号线对保护层的阻抗，则有 (2) 显然，只要增大附加保护屏蔽层对机壳的绝缘电阻，减小相应的分布电容，则有r3/Z3远远小于1，干扰电压Uin可显著减小。 2.4 单片机系统的接地技术 接地技术对单片机系统是极为重要的，不恰当的接地会造成极其严重的干扰，而正确接地却是单片机系统抑制干扰的重要手段。接地的目的有两个，一是保护单片机、电器设备和操作人员的安全。二是为了抑制干扰，使单片机工作稳定。通常接地可分为工作接地和保护接地两大类。保护接地主要是为了避免操作人员因设备的绝缘损坏或下降时遭受触电危险和保证设备的安全。而工作接地则主要是为了保证单片机系统稳定可靠地运行，防止地环路引起的干扰。 在单片机系统中，大致有交流地、系统地、安全地、数字地(逻辑地)和模拟地等几种。 2.4 单片机系统的接地技术 1. 交流地 交流地是单片机交流供电电源地，即动力线地。 2. 系统地 是指信号回路的基准导体(如控制电源的零电位)。 3. 安全地 其目的是使设备机壳与大地等电位，以避免机壳带电而影响人身及设备安全。通常安全地又称为保护地或机壳地。 4. 数字地 作为单片机系统中各种数字电路的零电位，应该与模拟地分开，避免模拟信号受数字脉冲的干扰。 5. 模拟地 作为传感器、变送器、放大器、A/D转换器和D/A转换器中模拟地的零电位。 2.4 单片机系统的接地技术 在单片机系统中一般应该遵循如下的接地原则。 (1) 数字地与模拟地要分开。 (2) 单点接地与多点接地的选择。 (3) 传感器、变送器和放大器等通常采用屏蔽罩，而信号的传送往往使用屏蔽线。对于这些屏蔽层的接地要十分谨慎，应该遵循单点接地原则。 (4) 接地线要尽量加粗。 (5) 在交流地上任意两点之间，往往很容易就有几伏至几十伏的电位差存在。另外，交流地也很容易带来各种干扰。因此，交流地绝对不允许与其他几种地相连，而且交流电源变压器的绝缘性能要好，绝对避免漏电现象。 2.5 单片机系统的掉电保护技术 进行掉电保护有两种方法：一是在系统的电源发生变化时，即上电或掉电时，保证SRAM芯片的数据不丢失；二是永久保护，即直接把要保护的SRAM区加上备用电源或整个系统用可靠的不间断电源UPS供电。 2.5 单片机系统的掉电保护技术 仔细调节图中的R1、R2的两个电阻值，使电压小于等于4.5V时就使开关断开，CS线上拉至“1”，这样，RAM中的数据就不会冲失；当电压大于4.5V时，4060开关应接通，使RAM能正常进行读写。 图18 利用4060开关实现的RAM掉电保护电路 1. 掉电保护基本电路 2.5 单片机系统的掉电保护技术 例1 如图19所示电路为一种RAM掉电保护电路。 图19 RAM掉电保护电路 2.5 单片机系统的掉电保护技术 由图可见，系统在正常工作时，+5V电源除了给6264提供电源以外，同时