課程設(shè)計(jì)智能溫度控制與顯示系統(tǒng)

1、智能溫度采集和顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘 要 隨著社會(huì)的進(jìn)步和工業(yè)技術(shù)的發(fā)展,人們?cè)絹?lái)越重視溫度因素,許多產(chǎn)品 對(duì)溫度范圍要求嚴(yán)格,同時(shí)還有溫度信息傳遞不及時(shí),精度不夠的缺點(diǎn),不利于工業(yè)控制者根據(jù)溫度 變化及時(shí)做出決定.本課題以 at89c51 單片機(jī)系統(tǒng)為核心,能對(duì)多點(diǎn)的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)巡檢系統(tǒng)整體目標(biāo)本系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)目標(biāo): 反應(yīng)罐溫度允許范圍：101199。且已知：溫度傳感器的靈敏度均為10mv/1，并且溫度為0時(shí)，傳感器的輸出電壓為0v，工作電壓為5v。1 測(cè)量反應(yīng)罐溫度：測(cè)量誤差0.5，顯示精度1。2 系統(tǒng)具有自動(dòng)零點(diǎn)校正和自動(dòng)增益校正功能，3 測(cè)得的溫度用led顯示出來(lái)4上下限報(bào)警溫度可以改變5 如果溫

2、度低于下限或高于上限1，立即聲光報(bào)警。1.系統(tǒng)硬件組成1.1 穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì) 電源變壓器是將交流電網(wǎng) 220v 的電壓變?yōu)樗枰碾妷褐? 穩(wěn)壓電源一般由變壓器,整流器和穩(wěn)壓器三大部分組成.變壓器把市電交 流電壓變?yōu)樗枰牡蛪航涣麟?整流器把交流電變?yōu)橹绷麟?經(jīng)濾波后,穩(wěn) 壓器再把不穩(wěn)定的直流電壓變?yōu)榉€(wěn)定的直流電壓輸出.原理圖如1.1圖，圖一，5v電源原理圖2.2 溫度信號(hào)的獲取與放大2.2.1 溫度傳感器選用細(xì)則現(xiàn)代傳感器在原理與結(jié)構(gòu)上千差萬(wàn)別,如何根據(jù)具體的測(cè)量目的,測(cè)量對(duì) 象以及測(cè)量環(huán)境合理地選用傳感器,是在進(jìn)行某個(gè)量的測(cè)量時(shí)首先要解決的問(wèn) 題.當(dāng)傳感器確定之后,與之相配套的測(cè)量方法和

3、測(cè)量設(shè)備也就可以確定了. 測(cè)量結(jié)果的成敗,在很大程度上取決于傳感器的選用是否合理.靈敏度的選擇 ：通常,在傳感器的線性范圍內(nèi),希望傳感器的靈敏度越高越好.因?yàn)橹挥?靈敏度高時(shí),與被測(cè)量變化對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)的值才比較大,有利于信號(hào)處理. 但要注意的是,傳感器的靈敏度高,與被測(cè)量無(wú)關(guān)的外界噪聲也容易混入,也 會(huì)被放大系統(tǒng)放大,影響測(cè)量精度.因此,要求傳感器本身應(yīng)具有較高的信噪 比,盡員減少?gòu)耐饨缫氲拇當(dāng)_信號(hào) 線性范圍： 傳感器的線形范圍是指輸出與輸入成正比的范圍.以理論上講,在此范圍 內(nèi),靈敏度保持定值.傳感器的線性范圍越寬,則其量程越大,并且能保證一 定的測(cè)量精度.在選擇傳感器時(shí),當(dāng)傳感器的種類

4、確定以后首先要看其量程是 否滿足要求.但實(shí)際上,任何傳感器都不能保證絕對(duì)的線性,其線性度也是相 對(duì)的.當(dāng)所要求測(cè)量精度比較低時(shí),在一定的范圍內(nèi),可將非線性誤差較小的 傳感器近似看作線性的,這會(huì)給測(cè)量帶來(lái)極大的方便.2.2.2 溫度信號(hào)獲取與放大電路本設(shè)計(jì)要檢測(cè)溫度范圍 101199,可選用的常用溫度傳感器有集成溫度 傳感器,熱電偶,熱電阻等. 集成溫度傳感器(如 ad590,ds1820 等)使用方便,信號(hào)易于調(diào)理,我們選擇鉑電阻 pt100 作為傳感器. 熱電阻測(cè)溫是基于金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度的增加而增加這一特性來(lái)進(jìn)行 溫度測(cè)量的.所以通常將其放在電橋橋臂上,溫度變化時(shí),熱電阻兩端的電壓 信

5、號(hào)被送到儀器放大器 ad620 的輸入端,經(jīng)過(guò)儀器放大器放大后的電壓輸出送 給 a/d 轉(zhuǎn)換芯片, 從而把熱電阻的阻值轉(zhuǎn)換成數(shù)字量. 電路原理圖如圖二對(duì)信號(hào)放大,我們使用了低價(jià)格,高精度的儀器放大器 ad620,它運(yùn)用方 便,可以通過(guò)外接電阻方便的進(jìn)行各種增益(1-1000)的調(diào)整.其增益計(jì)算公 式為:增益計(jì)算公式有ad檢測(cè)到的模擬電壓溫度值2.3 模數(shù)轉(zhuǎn)換單元 2.3.1 12位串行a/d轉(zhuǎn)換器max187 max187 是美信公司推出的 12 位 a/d 轉(zhuǎn)換芯片, 內(nèi)部含有采樣/保持電路, 單 5v 操作電源,轉(zhuǎn)換速度為 8.5s,具有片上 4.096 v 參考電壓,模擬量輸入 范圍為

6、0vbef.三線串行接口,兼容 spi,qspi,microwire 總線.2.3.2模數(shù)轉(zhuǎn)換單元電路的設(shè)計(jì) a/d 轉(zhuǎn)換的好與壞直接關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)的精確度. 由于本系統(tǒng)測(cè)量的是溫度信號(hào),響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng),滯后大,不要求快速轉(zhuǎn)換, 因此選用12位串行admax187.max187具有12位的分辨力,其基準(zhǔn)電壓 為4.096v,故最小分辨電壓為 17 4.096 = 0.001v 212 能分辨的最小溫度變化為 400 0.001v = 0.0976c 212 能達(dá)到設(shè)計(jì)的基本要求.電路原理圖如圖三，圖三 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路2.4 通信模塊設(shè)計(jì)2.4.1 rs-485接口簡(jiǎn)介在自動(dòng)化領(lǐng)域,隨著分布式控制系統(tǒng)

7、的發(fā)展,迫切需要一種總線能適合遠(yuǎn) 距離的數(shù)字通信.在rs-422標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上,eia研究出了一種支持多節(jié)點(diǎn),遠(yuǎn)距 離和接收高靈敏度的rs-485總線標(biāo)準(zhǔn).2.4.2 電路設(shè)計(jì)由于單片機(jī)串行口輸出的是ttl電平,要想實(shí)現(xiàn)多機(jī)通訊,必須要將其轉(zhuǎn) 換成常用的串行通信總線標(biāo)準(zhǔn)接口電平,如rs-232或rs-485.2.5 led 顯示模塊的設(shè)計(jì) 2.5.1 led 顯示模塊顯示系統(tǒng)是單片機(jī)控制系統(tǒng)的重要組成部分,主要用于顯示各種參數(shù)的值,以 便使現(xiàn)場(chǎng)工作人員能夠及時(shí)掌握生產(chǎn)過(guò)程. 工業(yè)控制系統(tǒng)中常用的顯示器件有 crt,led,lcd 等.crt 不僅可以進(jìn) 行字符顯示,而且可以進(jìn)行畫面顯示,和計(jì)算機(jī)

8、配合使用,可十分方便地實(shí)現(xiàn) 生產(chǎn)過(guò)程的管理和監(jiān)視.但由于 crt 體積大,價(jià)格昂貴,所以只適用于大型微 機(jī)控制系統(tǒng).在中小型的控制過(guò)程中,為了使工作人員能夠在現(xiàn)場(chǎng)直接看到生 產(chǎn)情況和報(bào)警信號(hào),經(jīng)常選用 led 和 lcd 作為顯示器件.led 和 lcd 都具有 體積小,功耗低,響應(yīng)速度快,易于匹配,可靠性高和壽命高等優(yōu)點(diǎn).lcd 是 一種功耗極低的顯示元件,在儀表和低功耗應(yīng)用系統(tǒng)中的使用較多,而 led 成 本低廉,培植靈活,多用于單片機(jī)控制系統(tǒng)中,所以選用 led 顯示. 2.5.2 led顯示電路設(shè)計(jì)led 的顯示份靜態(tài)顯示方式和動(dòng)態(tài)顯示方式 在靜態(tài)顯示方式下,n 塊顯示器件都處于選通狀

9、態(tài);每一塊顯示器件的段 選線和一個(gè) 8 位的并行口相連,只要控制顯示位的段選碼,就可顯示出相應(yīng)的 字幅.由于顯示器件由不同的 i/o 控制,所以靜態(tài)顯示方式中的每一位都可以 獨(dú)立顯示,在同一時(shí)刻每一位顯示的字符可以各不相同. led 動(dòng)態(tài)顯示就是將所有顯示位的段選線并聯(lián)在一起,有一個(gè) 8 位 i/o 口 控制,而位選線則有其他的 i/o 口控制,通過(guò)程序控制,不斷循環(huán)輸出相應(yīng)的 段選碼和位選碼,由于人的視覺(jué)暫留效應(yīng),就可以獲得視覺(jué)穩(wěn)定的顯示狀態(tài). 本設(shè)計(jì)選用的是串行口動(dòng)態(tài)掃描顯示,其電路圖如 4-2 所示. 29 圖 4-2 串行動(dòng)態(tài) led 掃描電路 圖 4-2 是電原理圖, 采用 mcs-

10、8051 單片機(jī), 同時(shí)用廉價(jià)易得的 74ls164 和 74ls138 作為擴(kuò)展芯片.74ls164 是一個(gè) 8 位串入并出的移位寄存器,其 此處的功能是將 c2051 串行通信口輸出的串行數(shù)據(jù)譯碼并在其并口線上輸出, 從而驅(qū)動(dòng) led 數(shù)碼管.74ls138 是一個(gè) 3-8 譯碼器,它將單片機(jī)輸出的地址信 號(hào)譯碼后動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的 led.但 74ls138 電流驅(qū)動(dòng)能力較小,為此,使用了 未級(jí)驅(qū)動(dòng)三極管 2sa1015 作為地址驅(qū)動(dòng). 本設(shè)計(jì)選用的是串行口動(dòng)態(tài)掃描顯示,其電路圖如 圖四所示2.6單片機(jī)控制電路1 時(shí)鐘產(chǎn)生產(chǎn)生和復(fù)位電路 片內(nèi)電路與片外器件就構(gòu)成一個(gè)時(shí)鐘產(chǎn)生電路,cpu 的所

11、有操作均在時(shí)鐘 脈沖同步下進(jìn)行.時(shí)鐘產(chǎn)生電路 xtal1 和 xtal2 ，原理圖如圖五， 2. 聲光報(bào)警電路 溫度檢測(cè)系統(tǒng)多有聲光報(bào)警功能,當(dāng)檢測(cè)溫度超過(guò)上下限時(shí),進(jìn)行聲光 提示.本系統(tǒng)在從機(jī)和主機(jī)部分均設(shè)計(jì)了報(bào)警電路.各從機(jī)的報(bào)警上下限由主 機(jī)預(yù)置,從機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的過(guò)程中,一旦發(fā)現(xiàn)檢測(cè)溫度值連續(xù)超出閾值范圍,便 啟動(dòng)自身報(bào)警電路,同時(shí)向主控機(jī)發(fā)送報(bào)警信號(hào).報(bào)警電路原理如下所示: 圖六 聲光報(bào)警電路3. 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和時(shí)鐘電路 主控機(jī)主要負(fù)責(zé)控制從機(jī),包括設(shè)置從機(jī)信息和收集從機(jī)檢測(cè)信號(hào),然后 將收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ),分析,顯示,并能根據(jù)用戶設(shè)置的報(bào)警閾值進(jìn)行聲 光報(bào)警.這部分的硬件電路設(shè)計(jì)除了鍵盤

12、,液晶等常規(guī)外設(shè)外,增加了一片 24c04 用來(lái)保存溫度數(shù)據(jù),另外,增加了一片日歷時(shí)鐘芯片 pcf8563. 24c04 是基于 i2c 總線的串行 e2prom,存儲(chǔ)容量 512 個(gè)字節(jié),它占用單 片機(jī)資源很少,僅占用了兩根 i/o 線,數(shù)據(jù)一旦寫入可保存 100 年,避免了普 通 ram 掉電保護(hù)的麻煩,非常適合于各類儀器儀表和控制裝置的參數(shù)保存. 主控機(jī)每個(gè)整點(diǎn)收集一次數(shù)據(jù),并將數(shù)據(jù)保存到 e2prom.每個(gè)溫度數(shù)據(jù) 占用 2 個(gè)字節(jié),這樣,我們?cè)O(shè)計(jì)共保存 24 組歷史數(shù)據(jù),占用 192 個(gè)字節(jié).當(dāng)存 37 滿 24 組數(shù)據(jù)后,整點(diǎn)再次接收數(shù)據(jù)時(shí),將最早保存的數(shù)據(jù)刪除,其他數(shù)據(jù)依次 前移

13、為新數(shù)據(jù)空出位置. pcf8563 是低功耗的 cmos 實(shí)時(shí)時(shí)鐘/日歷芯片, 它提供一個(gè)可編程時(shí)鐘輸 出,一個(gè)中斷輸出和掉電檢測(cè)器,所有的地址和數(shù)據(jù)通過(guò) i2c 總線串行傳遞. 這兩部分電路設(shè)計(jì)原理圖如下: 圖 2-17 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和時(shí)鐘芯片電路 38 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與時(shí)鐘芯片原理圖3 軟件設(shè)計(jì) 3.1 程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言與軟件開發(fā)環(huán)境3.1.2 系統(tǒng)軟件開發(fā)環(huán)境與以往的 80c51 單片機(jī)不同,at89c51 具有在線調(diào)試和下載功能,它由支持 at89c51 的開發(fā)工具包 keil uversion2.0 開發(fā)系統(tǒng)來(lái)提供.也就是說(shuō),在用戶系 統(tǒng)保留 at89c51 的情況下,通過(guò)開發(fā)系統(tǒng)與 at89c5

14、1 的串行接口通信,直接 39 對(duì)用戶系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試, 并在調(diào)試完成后將調(diào)試好的程序下載到 at89c51 中. keil uversion2.0 開發(fā)系統(tǒng)提供四項(xiàng)功能:編譯,下載,調(diào)試和模擬,分別由 keil uversion2.0 提供的編譯器,在線串行下載器,調(diào)試器和模擬器來(lái)實(shí)現(xiàn).keil uversion2.0 編譯器可在 windows 操作系統(tǒng)下直接使用,編譯匯編源程序,并生 成 16 進(jìn)制文件和列表文件.串行下載器是一個(gè)軟件程序,它允許通過(guò)標(biāo)準(zhǔn) pc 機(jī)上的串口串行下載匯編程序到片內(nèi) 8kb 的閃速程序存儲(chǔ)器中.調(diào)試器采用 windows 系統(tǒng), 允許用戶使用 at89c51 的

15、uart 串行接口在芯片上調(diào)試代碼執(zhí) 行.在典型調(diào)試對(duì)話中,調(diào)試器提供對(duì)片內(nèi)所有外圍設(shè)備的訪問(wèn),單步和設(shè)置 斷點(diǎn)的代碼執(zhí)行控制方式.模擬器采用 windows 系統(tǒng),能完全模擬 at89c51 的所有功能.模擬器使用簡(jiǎn)單,結(jié)合了許多標(biāo)準(zhǔn)調(diào)試特征,包括多斷點(diǎn),單步 以及代碼執(zhí)行跟蹤等能力. 3.2 軟件程序設(shè)計(jì) 3.2.1 程序流程程序主要由主控機(jī)程序和從機(jī)程序兩部分構(gòu)成. 主程序主要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的初始化,顯示數(shù)據(jù),設(shè)定從機(jī)相關(guān)信息及通信的處 理. 系統(tǒng)的初始化包括寄存器的初始化(控制寄存器,堆棧,中斷寄存器等) , 通信的初始化(串口的初始化,max485 的初始化,通信緩沖區(qū)的初始化) ,液 晶

16、的初始化,輸出端口的初始化,采集,累計(jì)數(shù)據(jù)的初始化. 顯示數(shù)據(jù)包括數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換(主要實(shí)現(xiàn)將各類參數(shù),測(cè)量數(shù)據(jù),計(jì)算累計(jì)值等 轉(zhuǎn)換成液晶顯示所需的數(shù)據(jù)類型)和顯示屏的刷新(包括刷新采集數(shù)據(jù)屏和根 據(jù)按下的鍵更改顯示屏) . 通信的處理主要針對(duì)主空機(jī)與從機(jī)的信息交換與處理. 主程序流程圖如 下: 從機(jī)程序主要由溫度信號(hào)采集程序和響應(yīng)主機(jī)命令程序. 對(duì)溫度信號(hào)的采集采用求均值技術(shù)來(lái)提高精度,累計(jì)采樣 160 次,求均值 并判斷是否超過(guò)規(guī)定的閾值.流程圖如下: 從機(jī)響應(yīng)主機(jī)程序?qū)嶋H上是一個(gè)中斷處理程序. 從機(jī)在工作過(guò)程中,檢測(cè)到主機(jī)發(fā)送來(lái)的命令時(shí),將停止溫度信號(hào)采集程 序,轉(zhuǎn)而去響應(yīng)主機(jī)的請(qǐng)求.主機(jī)命令或

17、請(qǐng)求有以下四種:報(bào)警查詢,設(shè)置從 機(jī)時(shí)間,設(shè)置報(bào)警閾值和巡檢溫度. 當(dāng)不滿足查詢條件時(shí),從機(jī)將自動(dòng)開中斷,繼續(xù)采集溫度信號(hào). 放棄此次采樣循環(huán),關(guān)中斷保護(hù)現(xiàn)場(chǎng) 讀 sbuf 數(shù)據(jù) 判斷是否為 報(bào)警查詢 檢驗(yàn)地址是否 為本機(jī)地址 是 讀 命 令 字 開 中 斷 返 回 是 回 復(fù) 主 機(jī) 否 開 中 斷 返 回 否 檢查是否需 要報(bào)警 命令字校驗(yàn) 根據(jù)主 機(jī)發(fā)送 數(shù)據(jù)配 置時(shí) 間 向主機(jī) 發(fā)送檢 測(cè)溫度 值 根 據(jù) 主機(jī) 發(fā) 送 數(shù) 據(jù)配 置 報(bào)警閾 值 開中斷,返回 從機(jī)響應(yīng)主機(jī)流程圖功能鍵處理處理程序都將在主控機(jī)程序中執(zhí)行. 3.2.2 模擬量的采集與處理數(shù)據(jù)采集與處理是把實(shí)際過(guò)程的模擬量,

18、開關(guān)量以及其它信息量通過(guò)相關(guān) 的方式送入計(jì)算機(jī),再由計(jì)算機(jī)進(jìn)行存儲(chǔ)和進(jìn)一步處理(如計(jì)算,顯示,控制 等) .其中,模擬量采集與處理最為重要,它的算法復(fù)雜.模擬量采集算法模塊 特指將第 4 抗干擾設(shè)計(jì)與誤差分析 4.1 抗干擾設(shè)計(jì)為提高單片機(jī)本身的可靠性.近年來(lái)單片機(jī)的制造商在單片機(jī)設(shè)計(jì)上采取 了一系列措施以期提高可靠性. 4.1.1 抗干擾技術(shù)主要體現(xiàn) 1. 降低外時(shí)鐘頻率 外時(shí)鐘是高頻的噪聲源,除能引起對(duì)本應(yīng)用系統(tǒng)的干擾之外,還可能產(chǎn)生 對(duì)外界的干擾,使電磁兼容檢測(cè)不能達(dá)標(biāo).在對(duì)系統(tǒng)可靠性要求很高的應(yīng)用系 統(tǒng)中,選用頻率低的單片機(jī)是降低系統(tǒng)噪聲的原則之一.以 8051 單片機(jī)為例, 最短指令

19、周期 1s 時(shí),外時(shí)鐘是 12mhz.而同樣速度的 motorola 單片機(jī)系統(tǒng) 時(shí)鐘只需 4mhz,更適合用于工控系統(tǒng).近年來(lái),一些生產(chǎn) 8051 兼容單片機(jī)的 廠商也采用了一些新技術(shù),在不犧牲運(yùn)算速度的前提下將對(duì)外時(shí)鐘的需求降至 原來(lái)的 1/3.而 motorola 單片機(jī)在新推出的 68hc08 系列以及其 16/32 位單片機(jī) 中普遍采用了內(nèi)部瑣相環(huán)技術(shù),將外部時(shí)鐘頻率降至 32khz,而內(nèi)部總線速度 卻提高到 8mhz 乃至更高. 2. 時(shí)鐘監(jiān)測(cè)電路,看門狗技術(shù)與低電壓復(fù)位 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)時(shí)鐘, 當(dāng)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)時(shí)鐘停振時(shí)產(chǎn)生系統(tǒng)復(fù)位信號(hào)以恢復(fù)系統(tǒng)時(shí)鐘, 是單片機(jī)提高系統(tǒng)可靠性的措施之一.而時(shí)鐘

20、監(jiān)控有效與省電指令 stop 是一 對(duì)矛盾.只能使用其中之一. 看門狗技術(shù)是監(jiān)測(cè)應(yīng)用程序中的一段定時(shí)中斷服務(wù)程序的運(yùn)行狀況,當(dāng)這 段程序不工作時(shí)判斷為系統(tǒng)故障,從而產(chǎn)生系統(tǒng)復(fù)位. 低電壓復(fù)位技術(shù)是監(jiān)測(cè)單片機(jī)電源電壓,當(dāng)電壓低于某一值時(shí)產(chǎn)生復(fù)位信 號(hào).由于單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展,單片機(jī)本身對(duì)電源電壓范圍的要求越來(lái)越寬.電 源電壓從當(dāng)初的 5v 降至 3.3v 并繼續(xù)下降到 2.7v,2.2v,1.8v.在是否使用低 電壓復(fù)位功能時(shí)應(yīng)根據(jù)具體應(yīng)用情況權(quán)衡一下. 3. eft 技術(shù) 新近推出的 motorola m68hc08 系列單片機(jī)采用 eft 技術(shù)進(jìn)一步提高了單 片機(jī)的抗干擾能力.當(dāng)振蕩電路的正弦

21、波信號(hào)受到外界干擾時(shí),其波形上會(huì)疊 46 加一些毛刺.以施密特電路對(duì)其整形時(shí),這種毛刺會(huì)成為觸發(fā)信號(hào)干擾正常的 時(shí)鐘信號(hào).交替使用施密特電路和 rc 濾波可以使這類毛刺不起作用,這就是 eft 技術(shù). 隨著 vlsi 技術(shù)的不斷發(fā)展, 電路內(nèi)部的抗干擾技術(shù)也在不斷發(fā)展之 中. 4.1.2 用于單片機(jī)系統(tǒng)的干擾抑制元件 1. 去耦電容 每個(gè)集成電路的電源,地之間應(yīng)配置一個(gè)去耦電容,它可以濾掉來(lái)自電源 的高頻噪聲.作為儲(chǔ)能元件,它吸收或提供該集成電路內(nèi)部三極管導(dǎo)通,截止 引起的電流變化(di/dt),從而降低系統(tǒng)噪聲.要選高頻特性好的獨(dú)石電容或瓷片 電容作去耦電容.每塊印制電路板電源引入的地方要安

22、放一只大容量的儲(chǔ)能電 容.由于電解電容的纏繞式結(jié)構(gòu),其分布電感較大,對(duì)濾除高頻干擾信號(hào)幾乎 不起作用.使用時(shí)要與去耦電容成對(duì)使用.鉭電容則比電解電容效果更好. 2. 自恢復(fù)保險(xiǎn)絲 這是用一種新型高分子聚合材料制成的器件,當(dāng)電流低于其額定值時(shí),它 的直流電阻只有零點(diǎn)幾歐.而電流大到一定程度,它的阻值迅速升高,引起發(fā) 熱,而越熱電阻越大,從而阻斷電源電流.當(dāng)溫度降下來(lái)以后能自動(dòng)恢復(fù)正常. 這種器件可防止 cmos 器件在遇到強(qiáng)沖擊型干擾時(shí)引起所謂可控硅觸發(fā)現(xiàn) 象. 這種現(xiàn)象指集成電路硅片的基體變得導(dǎo)通, 從而引起電流增大, 導(dǎo)致 cmos 集成電路發(fā)熱乃至燒毀. 3. 防雷擊器件 室外使用的單片機(jī)

23、系統(tǒng)或電源線,信號(hào)線從室外架空引入室內(nèi)的,要考慮 系統(tǒng)的防雷擊問(wèn)題.常用的防雷擊器件有:氣體放電管 tvs 等,氣體放電管是 當(dāng)電源電壓大于某一值時(shí),通常為數(shù)十伏或數(shù)百伏,氣體擊穿放電,將電源線 上強(qiáng)沖擊脈沖導(dǎo)入大地,tvs 可以看成兩個(gè)并聯(lián)且方向相反的齊納二極管,當(dāng) 電兩端電壓高于某一額定值時(shí)導(dǎo)通.其特點(diǎn)是可以瞬態(tài)通過(guò)數(shù)百乃至上千安培 的電流.這類元器件要和抗共模和抗差模干擾的電感配合使用以提高抗干擾效 果. 4.1.3 提高單片機(jī)系統(tǒng)抗干擾能力的主要手段 1. 接地 這里的接地指接大地,也稱作保護(hù)地.為單片機(jī)系統(tǒng)提供良好的地線,對(duì) 提高系統(tǒng)的抗干擾能力極為有益.特別是對(duì)有防雷擊要求的系統(tǒng),

24、良好的接地 至關(guān)重要.上面提到的一系列抗干擾元件,意在將雷擊,浪涌式干擾以及快脈 47 沖群干擾去除,而去除的方法都是將干擾引入大地,如果系統(tǒng)不接地,或雖有 地線但接地電阻過(guò)大,則這些元件都不能發(fā)揮作用.為單片機(jī)供電的電源的地 俗稱邏輯地,它們和大地的地的關(guān)系可以相通,浮空,或接一電阻,要視應(yīng)用 場(chǎng)合而定.不能把地線隨便接在暖氣管子上.絕對(duì)不能把接地線與動(dòng)力線的火 線,零線中的零線混淆. 2. 隔離與屏蔽 典型的信號(hào)隔離是光電隔離.使用光電隔離器件將單片機(jī)的輸入輸出隔離 開,一方面使干擾信號(hào)不得進(jìn)入單片機(jī)系統(tǒng),另一方面單片機(jī)系統(tǒng)本身的噪聲 也不會(huì)以傳導(dǎo)的方式傳播出去.屏蔽則是用來(lái)隔離空間輻射的

25、,對(duì)噪聲特別大 的部件,如開關(guān)電源,用金屬盒罩起來(lái),可減少噪聲源對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)的干擾. 對(duì)特別怕干擾的模擬電路,如高靈敏度的弱信號(hào)放大電路可屏蔽起來(lái).而重要 的是金屬屏蔽本身必須接真正的地. 3. 濾波 濾波指各類信號(hào)按頻率特性分類并控制它們的方向.常用的有各種低通濾 波器,高通濾波器,帶通濾波器.低通濾波器用在接入的交流電源線上,旨在 讓 50 周的交流電順利通過(guò),將其它高頻噪聲導(dǎo)入大地.低通濾波器的配置指標(biāo) 是插入損耗,選擇的低通濾波器插入損耗過(guò)低起不到抑制噪聲的作用,而過(guò)高 的插入損耗會(huì)導(dǎo)致漏電 ,影響系統(tǒng)的人身安全性.高通,帶通濾波器則應(yīng)根 據(jù)系統(tǒng)中對(duì)信號(hào)的處理要求選擇使用. 印制電路板的設(shè)計(jì)對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)能否抗干擾非常重要.要本著盡量控制噪 聲源,盡量減小噪聲的傳播與耦合,盡量減小噪聲的吸收這三大原則設(shè)計(jì)印制 電路板和布線.當(dāng)你設(shè)計(jì)單片機(jī)用印制電路板時(shí),不仿對(duì)照下面的條條檢查一 下. 印制電路板要合理區(qū)分, 單片機(jī)系統(tǒng)通?？煞秩齾^(qū), 即模擬電路區(qū)(怕干擾), 數(shù)字電路區(qū)(即怕干擾,又產(chǎn)生干擾),功率驅(qū)動(dòng)區(qū)(干擾源) . 印刷板按單點(diǎn)接電源,單點(diǎn)接地原則送電.三個(gè)區(qū)域的電源線,地線由該 點(diǎn)分三路引出.噪聲元件與非噪聲元件要離得遠(yuǎn)一些. 使