MCS51系列单片机的抗干扰.pdf

5 2 煤 矿 机 械2 o 0 1年第 3期 文章编号 1 0 0 3 - 0 7 9 4 2 0 0 1 0 3 - 0 0 5 2 - 0 3 MC S S 1 系列单片机的抗干扰 胥 良 ．项 军 黑龙江科 技学院 ，黑龙江 鸡西 1 5 8 1 0 5 摘要从常见的干扎入手， 剖析干扰的作用机理及造成的后果， 介绍相应的抗干扰措施。 关键词 干扰 ；通道；软件；措施 中图号 T F 3 6 8 ． 2 文献标识码 A 1 前言 微机 系统的可靠性是 由多种 因素决定 的， 其 中 系统的抗干扰性能是可靠性 的重要指 标。 干扰可 以 船各种线路侵人微机系统 ， 可以以各种方式 作用于 微机系统 。 供电线路是 电网 中各种浪涌 电压人侵的 主要途径 。 系统的接地装置不 良或不合理， 也是引人 干扰的重要途径。 各类传感器 ． 输人输 出线路的绝缘 不 良， 也有可能引人干扰。 在高压 、 大电流、 高频电磁 场附近干扰 以场的形式人侵微机系统。 2 干扰的种类及对微机系统的影响 2 ． 1 干扰的种类 1 常模干扰 指叠加于被测直流信号上的交 流信号。 2 共模干_扰 指系统的两个输人端共有的干 田 2 改进设计 的电皱檀安装轴侧 田 ．2 Ca b l e p a n l m ll a t l o m阳删呻嘣dc ■ d I 啊wi lD g a f t e r r e f o r md d d 1 ． 刮饭输送机中饭 2 ． 电缆槽 3 ． 圜头方颈螺挂 4 ． 机身 3 维护简单 几乎没有维护工作量 ， 可靠性 高。 能够有效地起到防止溢煤、 漏煤 ， 防止刮卡电缆 和冷却水管的作用。 4 { 6 j 造工艺比原工艺简单。 5 节省钢材， 每块电缆槽比原重量 包括联接 机构减少 6 ． 6 ％。 制造成本可降低 1 5 ％。 6 由于电缆槽无联接件， 使管理简单。 7 由于本设计 电缆槽仅改变 了联接机构 ， 挡 煤板外形为梯形 ， 台阶板外形也为梯形 。 制造时为方 便焊接， 应采用 自动或半自动下料机 ， 焊接前必须去 除氧化层。 焊接宜采用 自动或半 自动埋弧焊 。 焊接前 需将扶手两端水平 向外倒弯曲成 1 5 。 。 其余部分制造 工艺按原制造工艺 。 4 使用情况 无紧固件联接 的电缆槽 ， 已经应用于我矿 2个 综采工作面。 经过了拉水煤、 过压力异常带， 全工作 面过断层等考验。 挡煤效果 良好 ． 无 弯曲附加 阻力 ， 无电缆被拉坏现象 ， 使用时没有维护工作量。 安装时明显感觉简单方便。 由于没有联接件。 无 材料浪费现象。 安 装电缆槽 的工对减少 5 0 ％． 拆除 电缆槽工时减少 4 0 ％。 经实际使用检验证明， 是一 项实用型发明。 适用于机械化采煤 工作面各种型号 的刮板输送机。 作者筒介高军． 高级工程师． 1 9 8 6 年毕业于西安矿业学院， 现 在新集一矿负责机电拄术工作， 发表论支多篇。 收 稿 日期 2 0 1 0 - 1 1 4 1 F i x t u r e l e s s j o i n o f s c r a p e r c o n v e y o r c a b l e p a n u s i n g i n me c h a ni z e wo r k i n g f a c e G A O J u n- YA N GC h e a - m g ． MA a - J a n ． C U 1 wu [ G u c t o u 【 i N o ． 1 C o a l Mi n e ， H u s l n a n 2 3 2 1 7 1 - C h i n a } A b s U - a c t T h e j o i n w a y o f s c r a p e r c o v e y o r c a b l e p a n u s i n g i n m e c h a n i z e w o r k i n g f a c e i s d e s i g n e d i n t o fi x t u r e l e s s j o i n w a y ． T h i s w a y s u i t s f u l l y - m e c h a n i z e d a n d c o v e n t i o n a l l y - m e c h a n i z e d c o a l w i n n i n g f a c e ． K e y w o r d s c a b l e p a n ； fi x t u r e l e s s ； j o i n 维普资讯 2 0 o 1 年第 3 煤 矿 机 械 5 3 扰电压。 3 数字通道的外源干扰 一般有逆变电源干 扰、 空间电磁干抗、 浪涌 电压干扰 、 过程输入输出通 道干扰。 4 数字量通道的内源干扰。 2 ． 2 干扼对微机 系统的影响 1 影响输入系统 使模拟信号失真， 数字信 号出错。 2 影_ 输出系统 使输出信号混乱， 不能正 常反应徽机系统的真实输出量。 3 影响微机系统内棱 使三总线上的数字信 号错乱 ． 从而引发一系列后果 。 C P U得到错误的数据 信息使运算操作数失真， 导致结果出错， 并将这个错 误一直传递下 去， 形成一系列错误。 C P u得到一系列 错误地址信息后， 引起 P 值错误， 使程序离开正常 运行轨道， 导致程序失控， 严重时导致微机死机 ， 失 控的程序也能謦改 R A M内容 ， 从而 出现错误 的 I ／ O 操作。 3抗干扰措施 在广泛采用的抗干扰措施中， 有硬件措施、 软件 措施， 也有“ 软硬兼施”的措施。 3 ． 硬件抗干扰 3 ． 1 ． 1 供电系统抗干扰 为了防止从 电源引入干扰， 微机系统可以采取 以下措施 1 采用交流稳压器 用来保证供 电的稳定 性 ， 防止电源系统的过压与欠压 ， 有利于提高整个系 统的可靠性 。 2 采用膈离变压器 因为高频噪声仅通过 初、 次级闻的寄生电容耦合 ， 不能靠初次级线圈的互 感耦合， 露而可在初次级间采用屏蔽层隔离， 减小分 布电容． 以提高抗共模干扰的能力。 3 采用低通滤波器 干扰主要是高次谐波， 因此采用低通滤波器让工频通过 ． 滤去高次谐波 ， 改 善电豫波形， 我们可采用双T低通滤波器。 4 采用分散独立的功能模块供电 可对微机 各系统模块独立供电， 每个供电模块单独进行电压 过载保护， 使其不互相影响， 提高供电的可靠性。 5 采用单独供电线路 微机的供电线路和可 能产生干扰的用电设备分开供电。 6 在整流元件上并联滤波电容 去除干扰毛 刺。 7 数字信号采用负逻辑传输 干扰源作用于 高阻抗线路时。 容易形成较大幅度的干扰信号， 而对 于低阻抗线路影响就小一些。 在数字系统 中， 输出低 电平时内阻要小 ， 可减少干扰； l 起的误动作 ， 提高数 字信号传输的可靠性。 3 ． 1 ． 2过程通道抗干扰 干扰极易从前向通 道和后 向通道进入 微机系 统， 而长线传输 的干扰最大 ， 在较高的微机主撮频率 下． 为防止信号在长线传输过程出现延时、 畸变、 衰 减和通道干扰 ， 保证信号传输的可靠性 ， 主要措施有 光电耦台隔离 ， 双绞线传输 ． 阻抗匹配等。 3 ． ． 3 空闯抗干扰 在有很强的电磁场的场合要考虑空间抗干扰， 空间抗干扰设计主要 是地线系统设计 ． 系统 的屏蔽 与布局设计。 3 ． ． 4 抗共模干扰 共模干扰通常是针对平衡输入信号而言的。 抗 共模干扰的方法有 ① 平衡输入； ② 选用高质量的 差动放大器； ③ 良好 的接地系统 ； ④ 系统接地 点正 确联接方式， 数字地与模拟地分开， 最后只在一点相 联， 减少干扰 ； ⑤ 屏蔽， 用金属外 壳或金属 匣将整机 或部分元器件包围起来 ， 再将金属壳或金属匣接地。 3 ． ． 5 印刷电路板的抗干扰设计 印刷电路板是微机系统中器件、 信号线、 电源线 的高度集合体， 印刷电路板设计的好坏对抗干扰能 力影响很大， 它必须符合抗干扰的设计原则， 它主要 包含 下抗干扰措施 ① 合理的地线设计 ； ② 合理 的电源线设计； ③ 去耦 电客 的配置； ④ 合理的 电路 板尺寸与器件布置。 3 ． 1 ． 6 微机系统的布线设计 布线方法是重要的抗干扰措施 ， 应遵 循一定的 布线原则 ① 从市电引入供电电源一段的布线； ② 供电电源后的一段布线； ③ 从供 电电源到机槊的布 线； ④ 屏蔽线的接地方法。 3 ． 2软件抗干扰 在单片机应用系统中， 由于程序及一些重要常 数都放在 R O M中， 遗就为软件抗干扰提供 了良好的 前提条件。 因此， 软件抗干扰的设置前提条件有 ① 在干扰作用下 ， 馓机系统 硬件部分不会受到任何损 坏 ， 或易损坏部分设置有监撰 I 状态可供查寻 ； ② 程 序区不会受干扰； ③R A M 中重要 数据 不被破坏 ． 或 破坏后可重新建立。 下面分块说明一下软件抗干扰。 3 ． 2 ． 1 数字信号措八措出中的软件抗干扰 1 输入信号 干扰信号多为毛刺状， 作用时 间短 ， 利用这一特点， 在采 集某一数字信号时 。 可多 次重复采集． 直到连续 2 次以上采集的结果完全一 致方为有效。 2 输出信号 为保证输出信号的可靠性， 最 维普资讯 5 4 煤 矿 机 械 2 0 0 1 年第 3 期 为可靠的方法是重复输出同一数据。 只要有可能 ， 其 重复的周期尽可能短些。 外 部设备接收到一个被干 扰的错误信息后 ， 还来不及作出有效的反应 ， 一个正 确的输 出信息又来到 ， 就可以及时防止错误动作产 生。 在程序上可将输 出过程 良排进虹监控循环中． 一 般监控循环的周期都很短 ， 可 以有效地防止输出设 备的误动作。 在执行输出功能时 ， 应将有关输出芯片 的状态也一并重复设置， 防止 可编程 芯片的输出控 制状态 因干扰而改变。 3 ． 2 ． 2 数据采集误差的软件抗干扰 根据效据采集时的干扰性质， 干扰后果不同， 采 取的软件对策不一 ， 投有固定的对策模式。 下面介绍 几种常用的简便方法。 1 算 术平均值法 对一点 效据连续多 次采 样 ， 取其平均值。 2 比较舍取法 依据偏差 ， 去除个别错误数 据， 如“ 三中取二”法。 3 中值法 根据干扰造成采样数据偏大或偏 小的情况， 对一个采样点连续采集多个信号 ． 井对这 些采样值进行比较 ． 取其中值。 4 一阶递推效字滤波法 这种方法是利用软 件完成 R C低通滤渡器算法。 实现用算法代替硬件 R C滤波器。 5 程序判断滤波。 6 去极值平均滤波。 7 加权平均滤波。 8 滑动平均滤波。 3 ． 2． 3 C P U抗干扰技术 主要是如何拦截失控 的程序流 向， 使系统的损 失减小 ， 尽可能无扰动地恢复系统正常状态。 1 人工复位 强迫 c P U恢复初始状态。 2 掉电保 护 微机电源突然 断电或 电压下 降， 将使微机陷入混乱状态． 电压恢复后也难以恢复 正常 ， 对付这一类事故的有效方法是掉电保护。 掉电 信号由硬件电路检测到， 加到单片机 的外部 中断输 入端。 软件中将掉电中断规定为高级中断， 使系统能 及时对掉 电作 出反映。 在掉电中断子程序中， 首先进 行现场保护， 把当时的重要状态参数． 中间结果一一 从片外 R A M中调入单 片机内部 ] t A M 中， 某些片 内 专用寄存器的内容也转移到片内通用 R A M 中。 其次 是对有关外设作出妥善处理， 如关闭各输入输 出E l ， 使外设处于某一个非工作状态。 最后必须在 R A M某 一 个或两个单元作上特定标记。 3 睡 眠抗干扰 C M O S型 单片机 通过执行 O R L P c 0 N， 1 可进入睡眠状态 ， 只有定时 、计数 系统和中断系统处于值班状态。 这时 C P U对 系统三 总线上出现的干扰不会作 出什么反应 ， 从而大大降 低了系统对干扰的敏感程度。 4 指令冗余 当 C P U受到干扰后 ， 往往将一 些操 作 效 当 作 指 令 码 来 执 行 引 起 程 序 混 乱。 M C S -- - 5 1 指令系统中所有指令都不超过 3 个字节， 而且有很多单字节指令。 当程序弹飞到一单字节指 令上时 ， 便会 自动纳入正轨。 故我们应在关键的地方 插入一些单字节指令 N O P ， 或将有效单字节指令 重复书写 ， 这就是指令冗余 。 指令冗余可减少程序弹 飞的次效 ， 使其很快纳入正轨。 5 软件陷井 软件 陷井就是一条 引导指令 ， 强行将捕获的程序引向一个指定的地址 ． 在那里有 一 段专门对程序出错进行处理的程序。 6 采用程序运行监视系统 程序运行监视系 统 WA I r _ I D OC 由硬件电路和软件程序组成。 特点 为 本身独立工作． 基本上不依赖 C P U； C P U在一个 固定的时间间隔内和该系统 打一次交道 ， 以表明系 统“ 目前尚正 常” ； 当 C P U掉入死循环后 ， 能及时发 觉并使系统复位。 参 考 文 献 [ 1 ] 单片机茸 【 理及应用[ M ] ． 北京 北京希望电子出版杜 [ 2 ] 李勋， 等 ． 单片擞塑计算机[ M] ． 北京 北京航空航天大学出版牡 [ 3 ] 孙涵芳， 等 ． M C 5 - -5 1 ／ 6 系列单片机幕理丑应用[ M] ． 北京 北京 航 空航天大学出版牡 作者i 膏 舟胥息． 1 9 6 6 乍生， 毕业于原黑龙江矿业学院 自动化 系、 现从事电力电子与电气恃动研究工柞。 收藕 日期 加0 0 _ 1 2 - 0 5 An t ij a mmi n g o f MC S S 1 s e r i e s mo n o l i t h i c p r o c e s s o r X U L t ang 。 X I A NG J a n H a , m a n g I n s t i t u t e o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y l J i x i 1 5 8 1 0 5 ． C h i n a 】 Ab s t H_c l T h i s t e x t s t a r t s w i t h f a mi l i a r d i s t u r b s 。 t h e i a s o l R s a n d e ff e c t s o f t h e d i s t u r b w i l l b e t a k e n a p a r t 。 a n d r e l e v a n t a n t a mmi n g me a s u r e w i I I b e i n t r o d u e e d． Ke y wo r d s d i s t u r b e h a n n e l s ； s o f t w a r e ； me a s u r e 维普资讯