傳感器原理與應(yīng)用---數(shù)據(jù)分析第10講(第7章) 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計教材

1、 內(nèi)容提要內(nèi)容提要1、系統(tǒng)遭受的干擾類型及其危害；、系統(tǒng)遭受的干擾類型及其危害；2、干擾的來源；、干擾的來源；3、硬件抗干擾方法；、硬件抗干擾方法；4、軟件抗干擾方法；、軟件抗干擾方法；5、系統(tǒng)設(shè)計時減少干擾發(fā)生的方法；、系統(tǒng)設(shè)計時減少干擾發(fā)生的方法；第第7 7章章 抗干擾技術(shù)抗干擾技術(shù)干擾就是系統(tǒng)內(nèi)部或外部對有用信號的啟不良作用或無用的干擾就是系統(tǒng)內(nèi)部或外部對有用信號的啟不良作用或無用的信號的統(tǒng)稱信號的統(tǒng)稱。 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)常會受到來自外部的各種電氣數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)常會受到來自外部的各種電氣干擾，自身內(nèi)部相互干擾，以及對工作環(huán)境造成干擾。干擾，自身內(nèi)部相互干擾，以及對工作環(huán)境造成干擾。7.1 7.

2、1 干擾的類型及危害干擾的類型及危害一、危害：一、危害： 1、測量結(jié)果誤差加大、測量結(jié)果誤差加大 干擾信號與有用信號疊加，會加大信號誤差或錯誤信號，有干擾信號與有用信號疊加，會加大信號誤差或錯誤信號，有時甚至淹沒有用信號。時甚至淹沒有用信號。2、控制系統(tǒng)失靈、控制系統(tǒng)失靈 單片機的控制信號通常依賴于某些的狀態(tài)輸入信號和對這些單片機的控制信號通常依賴于某些的狀態(tài)輸入信號和對這些信號的邏輯處理結(jié)果。若這些輸入的狀態(tài)信號受到干擾，引入虛信號的邏輯處理結(jié)果。若這些輸入的狀態(tài)信號受到干擾，引入虛假狀態(tài)信息，將導(dǎo)致輸出控制失靈。假狀態(tài)信息，將導(dǎo)致輸出控制失靈。3、程序運行失常、程序運行失常 外界的干擾有時

3、導(dǎo)致機器頻繁復(fù)位而影響程序的正常運行。外界的干擾有時導(dǎo)致機器頻繁復(fù)位而影響程序的正常運行。如：外界干擾導(dǎo)致單片機程序計數(shù)器如：外界干擾導(dǎo)致單片機程序計數(shù)器PC值的改變，則破壞了程序值的改變，則破壞了程序的正常運行。由于受干擾后的的正常運行。由于受干擾后的PC值是隨機的，程序?qū)?zhí)行一系列值是隨機的，程序?qū)?zhí)行一系列毫無意義的指令，這將使輸出嚴(yán)重混亂或死機。毫無意義的指令，這將使輸出嚴(yán)重混亂或死機。二、干擾的表現(xiàn)形式二、干擾的表現(xiàn)形式1、機械干擾、機械干擾 系統(tǒng)所處現(xiàn)場的機械振動、機械沖擊，會造成系統(tǒng)中各元系統(tǒng)所處現(xiàn)場的機械振動、機械沖擊，會造成系統(tǒng)中各元件相對位移，導(dǎo)線的扭曲，應(yīng)變片的變形等件相

4、對位移，導(dǎo)線的扭曲，應(yīng)變片的變形等。 防護防護：采用：采用各種減震措施，如：利用減震彈簧、減震橡皮墊，加裝海綿各種減震措施，如：利用減震彈簧、減震橡皮墊，加裝海綿等。等。2、熱干擾、熱干擾 指設(shè)備或系統(tǒng)元件由于工作溫度波動而引起的電路參數(shù)的指設(shè)備或系統(tǒng)元件由于工作溫度波動而引起的電路參數(shù)的變化或產(chǎn)生附加電動勢等。變化或產(chǎn)生附加電動勢等。 防護：防護：采用熱屏蔽采用熱屏蔽 ，用導(dǎo)熱性能較好的金屬材料做成屏蔽，用導(dǎo)熱性能較好的金屬材料做成屏蔽罩，將系統(tǒng)某些元件屏蔽起來。如：加電風(fēng)扇、加恒溫槽、罩，將系統(tǒng)某些元件屏蔽起來。如：加電風(fēng)扇、加恒溫槽、采用溫度補償、采用差動輸入方式等。采用溫度補償、采用差

5、動輸入方式等。二、干擾的表現(xiàn)形式二、干擾的表現(xiàn)形式3、光干擾、光干擾 系統(tǒng)中的各種半導(dǎo)體元器件都對光敏感，光電強弱會引起系統(tǒng)中的各種半導(dǎo)體元器件都對光敏感，光電強弱會引起元器件的電動勢或阻值變化。元器件的電動勢或阻值變化。 防護防護：采用半導(dǎo)體封閉技術(shù)，將其封閉在不透光的殼體內(nèi)。：采用半導(dǎo)體封閉技術(shù)，將其封閉在不透光的殼體內(nèi)。4、濕度干擾、濕度干擾 濕度的變化也會引起阻值的變化，漏電流的增加。濕度的變化也會引起阻值的變化，漏電流的增加。 防護防護：采用適當(dāng)?shù)母稍锎胧＃翰捎眠m當(dāng)?shù)母稍锎胧?、化學(xué)干擾、化學(xué)干擾 化學(xué)物質(zhì)對系統(tǒng)器件的腐蝕、損害等。化學(xué)物質(zhì)對系統(tǒng)器件的腐蝕、損害等。 防護：采用良

6、好的密封措施以及注意保持清潔。防護：采用良好的密封措施以及注意保持清潔。二、干擾的表現(xiàn)形式二、干擾的表現(xiàn)形式6、電磁干擾、電磁干擾 電或磁通過電路和磁路對系統(tǒng)產(chǎn)生的干擾作用、電磁感應(yīng)電或磁通過電路和磁路對系統(tǒng)產(chǎn)生的干擾作用、電磁感應(yīng)作用、使電場和磁場都會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，感應(yīng)電流，影響作用、使電場和磁場都會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，感應(yīng)電流，影響測量結(jié)果。測量結(jié)果。 防護防護：加裝金屬罩，屏蔽電磁場等。：加裝金屬罩，屏蔽電磁場等。7、射線輻射干擾、射線輻射干擾 指多種輻射射線使氣體電離，使半導(dǎo)體激發(fā)出電子指多種輻射射線使氣體電離，使半導(dǎo)體激發(fā)出電子-空穴對，空穴對，金屬溢出電子等。金屬溢出電子等。 防護防

7、護：射線防護是一門專門技術(shù)主要用于原子能工作。：射線防護是一門專門技術(shù)主要用于原子能工作。一、干擾產(chǎn)生的三要素一、干擾產(chǎn)生的三要素干擾產(chǎn)生有三個要素：干擾源、傳播路徑、敏感元件，三者干擾產(chǎn)生有三個要素：干擾源、傳播路徑、敏感元件，三者缺一不可。缺一不可。 敏感元件敏感元件：系統(tǒng)中一些已被干擾元件，如：系統(tǒng)中一些已被干擾元件，如A/D轉(zhuǎn)換器、轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換器、信號放大器等。換器、信號放大器等。7.2 干擾產(chǎn)生原因及電磁干擾干擾產(chǎn)生原因及電磁干擾 干擾源：干擾源：如變壓器、繼電器、微波設(shè)備、電機、無繩電話和如變壓器、繼電器、微波設(shè)備、電機、無繩電話和高壓電線等都可以產(chǎn)生空中電磁信號。雷電、太

8、陽和宇宙射高壓電線等都可以產(chǎn)生空中電磁信號。雷電、太陽和宇宙射線也屬于干擾源。線也屬于干擾源。 傳播路徑：傳播路徑：電磁信號在空中直線傳播，并具有穿透性的輻射電磁信號在空中直線傳播，并具有穿透性的輻射方式傳播；以及借助導(dǎo)線傳入設(shè)備的傳播的傳導(dǎo)方式傳播；方式傳播；以及借助導(dǎo)線傳入設(shè)備的傳播的傳導(dǎo)方式傳播；都會受到干擾信號影響。都會受到干擾信號影響。二、電磁干擾（噪聲）二、電磁干擾（噪聲）3、防護、防護 防護的目的是削弱或消除影響系統(tǒng)工作的各種噪聲，從防護的目的是削弱或消除影響系統(tǒng)工作的各種噪聲，從“三個要素三個要素”考慮?？紤]。1、系統(tǒng)中出現(xiàn)的各種無用電信號統(tǒng)稱為噪聲。、系統(tǒng)中出現(xiàn)的各種無用電信

9、號統(tǒng)稱為噪聲。噪聲分為兩大噪聲分為兩大類：類：1）外部噪聲：例如：大氣電離層的磁現(xiàn)象產(chǎn)生的噪聲；電臺）外部噪聲：例如：大氣電離層的磁現(xiàn)象產(chǎn)生的噪聲；電臺電視臺的干擾信號等；電視臺的干擾信號等；2）內(nèi)部噪聲：采集系統(tǒng)本身元件產(chǎn)生的各類噪聲。例如：即）內(nèi)部噪聲：采集系統(tǒng)本身元件產(chǎn)生的各類噪聲。例如：即使電阻元件沒有與電源相連，在兩端也會產(chǎn)生微弱電壓值。使電阻元件沒有與電源相連，在兩端也會產(chǎn)生微弱電壓值。這種電子熱運動引起的熱電流是隨機的。這種電子熱運動引起的熱電流是隨機的。2、噪聲比（、噪聲比（S/N）信噪比（信噪比（S/N）是指信號功率和噪聲功率的比值，單位）是指信號功率和噪聲功率的比值，單位d

10、B。三、噪聲的表現(xiàn)形式三、噪聲的表現(xiàn)形式1、靜電干擾、靜電干擾 物體表面常有靜電電荷存在，在系統(tǒng)中形成靜電電場。物體表面常有靜電電荷存在，在系統(tǒng)中形成靜電電場。靜電電場會引起電路的電位發(fā)生變化；也會通過電容耦合產(chǎn)靜電電場會引起電路的電位發(fā)生變化；也會通過電容耦合產(chǎn)生干擾。生干擾。2、磁場干擾、磁場干擾 大電流設(shè)備（如動力線、電動機、發(fā)電機、電源變壓器和大電流設(shè)備（如動力線、電動機、發(fā)電機、電源變壓器和繼電器等）都會產(chǎn)生磁場，形成電磁感應(yīng)干擾。通常，產(chǎn)生繼電器等）都會產(chǎn)生磁場，形成電磁感應(yīng)干擾。通常，產(chǎn)生磁場干擾的設(shè)備往往同時伴隨著電場的干擾。磁場干擾的設(shè)備往往同時伴隨著電場的干擾。3、漏電耦合

11、干擾、漏電耦合干擾 系統(tǒng)長期會使絕緣電阻降低，由漏電流引起的干擾。系統(tǒng)長期會使絕緣電阻降低，由漏電流引起的干擾。多發(fā)生于工作條件比較惡劣的環(huán)境或器件性能退化、器件多發(fā)生于工作條件比較惡劣的環(huán)境或器件性能退化、器件本身老化的情況下。本身老化的情況下。三、噪聲的表現(xiàn)形式三、噪聲的表現(xiàn)形式4、共阻抗干擾、共阻抗干擾 導(dǎo)體多個接地點對地電阻不同，導(dǎo)致對地電位不同。導(dǎo)體多個接地點對地電阻不同，導(dǎo)致對地電位不同。5、輻射干擾、輻射干擾 由于各種放電現(xiàn)象，向周圍輻射從低頻到高頻的電磁由于各種放電現(xiàn)象，向周圍輻射從低頻到高頻的電磁波。如：波。如：1）來自高壓輸電線的電暈噪聲：）來自高壓輸電線的電暈噪聲：2）自

12、然界的）自然界的雷電，電機的電刷火花，繼電器接觸器觸點在開閉產(chǎn)生雷電，電機的電刷火花，繼電器接觸器觸點在開閉產(chǎn)生的火花，汽車發(fā)動機的點火裝置等引起的火花噪聲：。的火花，汽車發(fā)動機的點火裝置等引起的火花噪聲：。3）來自各種放電管的輝光、弧光放電噪聲等。）來自各種放電管的輝光、弧光放電噪聲等。7.3 硬件抗干擾技術(shù)硬件抗干擾技術(shù)一一 、抑制干擾源、抑制干擾源 抑制干擾源的常用措施除選用特殊性能的電源外，重要抑制干擾源的常用措施除選用特殊性能的電源外，重要的措施是的措施是屏蔽屏蔽。 為減少為減少交流電源的干擾交流電源的干擾，可采用交流穩(wěn)壓器、不間斷電源，可采用交流穩(wěn)壓器、不間斷電源（UPS）、隔離變

13、壓器、低通濾波器等，以抑制電源電壓的）、隔離變壓器、低通濾波器等，以抑制電源電壓的波動和干擾噪聲。波動和干擾噪聲。 屏蔽屏蔽技術(shù)技術(shù)是利用導(dǎo)電或?qū)Т挪牧现瞥傻臍钇帘误w，將干是利用導(dǎo)電或?qū)Т挪牧现瞥傻臍钇帘误w，將干擾源或干擾對象包圍起來，從而割斷或削弱干擾場的空間耦擾源或干擾對象包圍起來，從而割斷或削弱干擾場的空間耦合通道，阻止其電磁能量的傳輸。合通道，阻止其電磁能量的傳輸。 例如：屏蔽雙膠線可抵御靜電和電磁感應(yīng)干擾；屏蔽房抵例如：屏蔽雙膠線可抵御靜電和電磁感應(yīng)干擾；屏蔽房抵御電磁信號傳輸。御電磁信號傳輸。二、二、隔離技術(shù)切斷干擾信號通道隔離技術(shù)切斷干擾信號通道 隔離隔離是指把干擾源與接收系

14、統(tǒng)隔離開來，正常傳輸有用信是指把干擾源與接收系統(tǒng)隔離開來，正常傳輸有用信號，而干擾耦合通道被切斷，達到抑制干擾的目的。號，而干擾耦合通道被切斷，達到抑制干擾的目的。7.3 硬件抗干擾技術(shù)硬件抗干擾技術(shù)常見的隔離方法有光電隔離、變壓器隔離和繼電器隔離等方法。常見的隔離方法有光電隔離、變壓器隔離和繼電器隔離等方法。 1、光電隔離、光電隔離 它指以光信它指以光信號在隔離的發(fā)送端和接收端之間號在隔離的發(fā)送端和接收端之間進行信號傳輸?shù)?，所用的器件是進行信號傳輸?shù)?，所用的器件是光電耦合器。光電耦合器?由于光信號傳輸信息時，不由于光信號傳輸信息時，不會和其輸入和輸出的電信號進行會和其輸入和輸出的電信號進行

15、直接耦合，因而具有較強的隔離直接耦合，因而具有較強的隔離和抗干擾的能力。和抗干擾的能力。二、二、隔離技術(shù)切斷干擾信號通道隔離技術(shù)切斷干擾信號通道7.3 硬件抗干擾技術(shù)硬件抗干擾技術(shù)2、變壓器隔離、變壓器隔離 變壓器僅能傳輸交流信號，可用來阻變壓器僅能傳輸交流信號，可用來阻斷交流信號中的直流干擾和抑制低頻干擾信號的強度。斷交流信號中的直流干擾和抑制低頻干擾信號的強度。除此之外，還要適合具體電路的隔離技術(shù)。除此之外，還要適合具體電路的隔離技術(shù)。例如：為防止信號傳輸過程受到干擾信號影響，采用實時例如：為防止信號傳輸過程受到干擾信號影響，采用實時選頻、跳頻、擴頻、高頻自適應(yīng)技術(shù)。選頻、跳頻、擴頻、高頻

16、自適應(yīng)技術(shù)。例如：為工業(yè)控制系統(tǒng)的噪聲干擾，采用繼電器隔離。繼例如：為工業(yè)控制系統(tǒng)的噪聲干擾，采用繼電器隔離。繼電器的線圈傳信號，觸點接收信號。電器的線圈傳信號，觸點接收信號。三、三、附加濾波電路附加濾波電路7.3 硬件抗干擾技術(shù)硬件抗干擾技術(shù)濾波濾波電路是抑制干擾的一種重要方法。由于干擾源發(fā)出的電路是抑制干擾的一種重要方法。由于干擾源發(fā)出的干擾信號的頻譜往往比要接收的信號的頻譜寬得多，因此，干擾信號的頻譜往往比要接收的信號的頻譜寬得多，因此，采用濾波的方法，只讓有用信號的頻率成分通過，而將干擾采用濾波的方法，只讓有用信號的頻率成分通過，而將干擾信號頻率成分加以抑制。信號頻率成分加以抑制。 濾

17、波電路有低通濾波、高通濾波、帶通濾波、帶阻濾波。濾波電路有低通濾波、高通濾波、帶通濾波、帶阻濾波。濾波電路信號處理有維納濾波、卡爾曼濾波等。濾波電路濾波電路信號處理有維納濾波、卡爾曼濾波等。濾波電路不僅適合硬件方法，也適合軟件方法。不僅適合硬件方法，也適合軟件方法。四四 、修改設(shè)計、修改設(shè)計1、系統(tǒng)電路板（、系統(tǒng)電路板（PCB）的設(shè)計時，應(yīng)符合抗干擾設(shè)計要求。）的設(shè)計時，應(yīng)符合抗干擾設(shè)計要求。l 電路板合理分區(qū)，如強、弱信號，數(shù)字、模擬信號，干擾電路板合理分區(qū)，如強、弱信號，數(shù)字、模擬信號，干擾源盡可能遠離敏感元件。源盡可能遠離敏感元件。 l D/A、A/D 轉(zhuǎn)換電路要特別注意地線的正確連接。

18、轉(zhuǎn)換電路要特別注意地線的正確連接。l 系統(tǒng)內(nèi)部的變頻電源、開關(guān)電源等可以采用屏蔽保護，隔系統(tǒng)內(nèi)部的變頻電源、開關(guān)電源等可以采用屏蔽保護，隔離空間輻射，以減少噪聲源對單片機的干擾。離空間輻射，以減少噪聲源對單片機的干擾。l 電路板上每個集成電路模塊（電路板上每個集成電路模塊（IC）要并接一個）要并接一個0.010.1F高頻電容，以減小高頻電容，以減小IC對電源的影響。這些高頻電容對電源的影響。這些高頻電容連線應(yīng)靠近電源端并盡量粗短，否則，等于增大了電容的連線應(yīng)靠近電源端并盡量粗短，否則，等于增大了電容的等效串聯(lián)電阻，這會影響濾波效果。布線時避免等效串聯(lián)電阻，這會影響濾波效果。布線時避免90折線，

19、折線，減少高頻噪聲發(fā)射。減少高頻噪聲發(fā)射。7.3 硬件抗干擾技術(shù)硬件抗干擾技術(shù)2、電子線路設(shè)備正確接地也是抑制干擾噪聲的重要方法。、電子線路設(shè)備正確接地也是抑制干擾噪聲的重要方法。在低頻電路低頻電路中，因寄生電抗的影響不大，常采用一點接地采用一點接地。在高頻電路高頻電路中，寄生電抗的影響不容忽視，要采用多點接采用多點接地地，以避免各接地點之間的耦合。應(yīng)用系統(tǒng)中數(shù)字地和模擬地應(yīng)分別接地數(shù)字地和模擬地應(yīng)分別接地，然后再在一起把兩種地分別連接起來。印刷電路板對地線的分布、形狀、長度和寬度也有一定的要求，比如地線要呈輻射狀，避免環(huán)行，地線要寬，連接旁路電容的地線不要太長等。應(yīng)用系統(tǒng)中的數(shù)字地、模擬地、

20、強電設(shè)備的地、機殼或其他金屬構(gòu)件的屏蔽地應(yīng)分開布置并在一點上和電源地相連。在采用屏蔽雙絞線傳送信號時，應(yīng)將屏蔽地與工作地連在一起。要注意只能在一個點接地，以免形成回路，在屏蔽體上產(chǎn)生較大的噪聲。7.3 硬件抗干擾技術(shù)硬件抗干擾技術(shù)一、數(shù)字濾波概述一、數(shù)字濾波概述1、數(shù)字濾波是通過特定的計算程序處理，降低干擾信號在有用信號中的比例，故實質(zhì)上是一種程序濾波。 2、數(shù)字濾波器有以下優(yōu)點：不需要增加任何硬件設(shè)備，需數(shù)據(jù)處理和控制前，附加一段數(shù)字濾波程序即可；不存在阻抗匹配問題；適宜的濾波頻率范圍寬，而模擬RC濾波器由于受電容容量的影響，頻率不能太低；對于多路信號輸入通道，可以共用一個濾波器，只要適當(dāng)改

21、變?yōu)V波器程序或參數(shù)，就可以方便地改變?yōu)V波特性，這對于低頻脈沖干擾和隨機噪聲的克服特別有效。7.4 軟件抗干擾技術(shù)軟件抗干擾技術(shù) 軟件抗干擾技術(shù)主要包括：信號處理前的數(shù)字濾波，削軟件抗干擾技術(shù)主要包括：信號處理前的數(shù)字濾波，削弱干擾信號的影響；信號處理后程序編程，避免干擾信號的弱干擾信號的影響；信號處理后程序編程，避免干擾信號的誤操作。誤操作。二、數(shù)字濾波方法二、數(shù)字濾波方法 1限幅濾波限幅濾波 如果一輸入信號增量變化有限度，可采用限幅濾波。 所謂限幅濾波所謂限幅濾波，就是把兩次相鄰的采樣值相減，求出其增量（以絕對值表示），如果增量超過限度（最大允許差值y），則仍取上次采樣值作為采樣值；如果小于

22、或等于y，則取本次采樣值。適用范圍適用范圍：主要用于變化緩慢的參數(shù)測量，如溫度、液位等。無法抑制增量變化較大的信號。 2中位值濾波中位值濾波 中位值濾波是對某一被測量連續(xù)采樣n次(一般n取為奇數(shù))，然后把n次采樣值按大小排列，取中間值為本次采樣值。 適用范圍：同限幅濾波。7.4 軟件抗干擾技術(shù)軟件抗干擾技術(shù) 3平滑濾波平滑濾波噪聲在很多情況下可以近似地認為是白噪聲。白噪聲具有一個很重要的統(tǒng)計特性，即其統(tǒng)計平均值為零。因此，可以用求平均值的辦法來消除隨機誤差，這就是所謂的平滑濾波。如圖7-1所示。平滑濾波有以下幾種：算術(shù)平均濾波、遞推平均濾波、加權(quán)移動平均、一階慣性濾波、復(fù)合濾波和防脈沖干擾平均

23、值濾波。開 始讀 輸 入 值 X計 算 隊 尾 地 址X存 入 隊 尾隊 尾 指 針 (7FH) A(A)+1=16?0 A計 算 隊 列 中 數(shù) 據(jù) 和計 算 平 均 值結(jié) 果 存 入 RAM返 回NY（ A）指 針 7F平滑濾波框圖（1）算術(shù)平均濾波法 算術(shù)平均濾波法適用于對一般的具有隨機干擾的信號進行濾波。 算術(shù)平均濾波是要按輸入的N個采樣數(shù)據(jù)xi(i1，2，N)，尋找這樣一個y，使y與各采樣值之間的偏差的平方和最小，即使2Nii=1E=min(y-x )由一元函數(shù)求極值的原理可得Nii= 11y =xN上式即為算術(shù)平均濾波的算式。3、平滑濾波、平滑濾波（1）算術(shù)平均濾波法 優(yōu)點： 設(shè)第

24、i次測量的測量值包含信號成分Si和噪聲成分ni，則進行N次測量的信號成分之和為 噪聲的強度是用均方根來衡量的，當(dāng)噪聲為隨機信號時，進行N次測量的噪聲強度之和為式中，S、n分別為進行N次測量后信號和噪聲的平均幅度。這樣，對N次測量進行算術(shù)平均后的信噪比為SNSN1iinNnN1i2inSNnNSN式中，S/n是求算術(shù)平均值前的信噪比，因此采用算術(shù)平均值后，信噪比提高了 倍 。N3、平滑濾波、平滑濾波（2）遞推平均濾波法（滑動窗口技術(shù)）算術(shù)平均濾波方法每計算一次數(shù)據(jù)，將N次測量結(jié)果計算。對于測量速度較慢或要求數(shù)據(jù)計算速率較高的實時系統(tǒng)，則無法使用?；瑒哟翱诩夹g(shù)是在存儲器中，開辟一個區(qū)域作為暫存隊列

25、使用，隊列的長度固定為N，每進行一次新的測量，把測量結(jié)果放入隊尾，而扔掉原來隊首的那個數(shù)據(jù)，這樣在隊列中始終有個“最新”的數(shù)據(jù)。即1N0ii)x(kN1N1)Nx(k2)x(k1)x(kx(k)y(k)式中，y(k)為第k次濾波后的輸出值；x(k-i)為依次向前遞推i次的采樣值；N為遞推平均項數(shù)。遞推平均項數(shù)N的選取是比較重要的環(huán)節(jié)，一般緩慢變化取8-12個采樣值，快速變化取4-6個采樣值。3、平滑濾波、平滑濾波（3）加權(quán)移動平均濾波法）加權(quán)移動平均濾波法 遞推平均濾波法最大的問題是計算的N個采樣值，在結(jié)果中所占比重是均等的。實際中，時間相距較近的采樣值的關(guān)聯(lián)性更強。實際中，時間相距較近的采樣

26、值的關(guān)聯(lián)性更強。為了增加新的采樣數(shù)據(jù)在滑動平均中的比重，以提高系統(tǒng)對當(dāng)前采樣值中所受干擾的靈敏度，可以對不同時刻的采樣值加以不同的權(quán)，通常越接近現(xiàn)時刻的數(shù)據(jù)，權(quán)取得越大。然后再相加求平均，這種方法就是加權(quán)移動平均法。N項加權(quán)移動平均濾波算法為式中，y為第N次采樣值經(jīng)濾波后的輸出；XN-i為未經(jīng)濾波的第N-i次采樣值；C0，C1，CN-1，為常數(shù)，且滿足以下條件iN1N0iixCN1y3、平滑濾波、平滑濾波（3）加權(quán)移動平均濾波法 C0+C1+CN-l1 C0C1CN-l0 常系數(shù)C0，C1，CN-1的選取有多種方法，其中最常用的是加權(quán)系數(shù)法。設(shè)為被測對象的純滯后時間，且則1)(N2eee1eC

27、,eC,1C1)(N1N103、平滑濾波、平滑濾波檢測系統(tǒng)的電路中常伴隨有電源干擾及工業(yè)干擾。這些干擾的頻率很低(如頻率為0.01Hz)。直接采用RC濾波顯然是不適宜的，因為C太大，很難做到。但是，用數(shù)字濾波就很容易解決。假設(shè)一階RC濾波器的輸入電壓為x(t)，輸出為y(t)，則設(shè)采樣時間間隔t足夠小，x(t)y(t)dtdy(t)RC)()() 1()(RCtnxtnyttnytny4、一階慣性濾波、一階慣性濾波RCttQnQxQ)y(1y1nn設(shè)5復(fù)合濾波復(fù)合濾波 在實際應(yīng)用中，所受到的隨機擾動往往不是單一的。因此，在實際中往往把前面介紹的兩種或兩種以上的濾波方法結(jié)合在一起使用，形成所謂的

28、復(fù)合濾波，例如，防脈沖擾動平均值濾波算法就是一種實例。這種算法的特點是先用中位值濾波算法濾掉采樣值中的脈沖干擾，然后把剩下的各采樣值進行滑動平均濾波。其基本算法為： 如果x1x2xN，其中，3N14，x1和xN分別是所有采樣值中的最小值和最大值，則2Nxxxy1N21二、單片機執(zhí)行過程中的軟件抗干擾措施二、單片機執(zhí)行過程中的軟件抗干擾措施 1.采用指令冗余處理程序采用指令冗余處理程序“跑飛跑飛”所謂程序“跑飛”，是單片機正常運行過程中，遇外界干擾使CPU發(fā)生混亂引起“死機” 。程序“跑飛”后，最簡單的方法是讓CPU復(fù)位，讓程序重新運行。 通常采用“指令冗余”使“跑飛”的程序恢復(fù)到正常的狀態(tài)中。

29、即在一些關(guān)鍵的地方人為地插入一些單字節(jié)的空操作指令NOP。例如：對于51 單片機來說，通常是在一些對程序的流向起關(guān)鍵作用的指令前插入兩條NOP指令。這些指令有RET、ACALL、LCALL、SJMP、AJMP、JZ、JNZ、JC、JNC、JB、JNB、JBC、JBNZ、DJNZ等。值得注意的是，程序中，“指令冗余”不能過多，否則會降低程序的執(zhí)行效率。7.4 軟件抗干擾技術(shù)軟件抗干擾技術(shù) 2采用軟件陷阱處理程序“跑飛”采用“指令冗余”，使“跑飛”的程序恢復(fù)正常是有條件的。首先，“跑飛”的程序必須落到程序區(qū)；其次，必須執(zhí)行到所設(shè)置的冗余指令。如果“跑飛”的程序落到非程序區(qū)(如EPROM或RAM中未

30、用完的空間或某些數(shù)據(jù)表格區(qū)等)，或在執(zhí)行到冗余指令前已經(jīng)形成一個死循環(huán)，則“指令冗余”措施失效。這時可采用另一種抗干擾措施，即所謂的“軟件陷阱”?！败浖葳遘浖葳濉笔且粭l引導(dǎo)指令，強行將捕獲的程序引向一個指定的是一條引導(dǎo)指令，強行將捕獲的程序引向一個指定的地址，在那里有一段專門處理錯誤的程序。地址，在那里有一段專門處理錯誤的程序。假設(shè)這段處理錯誤的程序入口地址為ERROR，則下面三條指令即組成一個“軟件陷阱”。 NOP NOP LJMPERROR ；轉(zhuǎn)到預(yù)先設(shè)計的入口執(zhí)行二、單片機執(zhí)行過程中的軟件抗干擾措施二、單片機執(zhí)行過程中的軟件抗干擾措施 2采用軟件陷阱處理程序“跑飛”“軟件陷阱”一般安

31、排在下列4種地方。 （1）未使用的中斷向量區(qū) AT89S51單片機的中斷向量區(qū)為0003H002FH。如果系統(tǒng)程序未使用完全部中斷向量區(qū)，則可在剩余的中斷向量區(qū)安排“軟件陷阱” 。例如，某系統(tǒng)使用了兩個外部中斷INT0、INT1和一個定時器溢出中斷T0，它們的中斷服務(wù)子程序入口地址分別為T0_INT0、T0_INT1和T0_T0，即可按下面的方式來設(shè)置中斷向量區(qū)： ORG 0000HSTART： LJMP TO_MAIN ；引向主程序入口 ORG 0003H LJMP TO_ INT0 ；INT0中斷服務(wù)程序入口 NOP ；冗余指令 LJMP ERROR ；陷阱 ORG 000BH LJMP

32、TO_T0 ；T0中斷服務(wù)程序入口 NOP ；冗余指令二、單片機執(zhí)行過程中的軟件抗干擾措施二、單片機執(zhí)行過程中的軟件抗干擾措施 NOP LJMP ERROR ；陷阱 ORG 0013H LJMP TO_INT1 ；INTl中斷服務(wù)程序入門 NOP ；冗余指令 NOP LJMP ERROR ；陷阱 ORG 00lBH LJMP ERROR ；未使用T1中斷，設(shè)陷阱 NOP ；冗余指令 NOP LJMP ERROR ；陷阱 ORG 0023H LJMP ERROR ；未使用串口中斷，設(shè)陷阱 NOP ；冗余指令 NOP LJMP ERROR ；陷阱 ORG 002BH LJMP ERROR ；未使用

33、T2中斷，設(shè)陷阱 NOP ；冗余指令 NOPTO_MAIN： ；主程序 2采用軟件陷阱處理程序“跑飛” （2）未使用的大片F(xiàn)lashRom空間 程序一般都不會占滿FlashRom芯片的全部空間。對于剩余未編程的FlashRom空間，其內(nèi)容為0FFH。0FFH對于AT89S51單片機的指令系統(tǒng)來說是一條單字節(jié)的指令。如果程序“跑飛到這一區(qū)域，則將順利向后執(zhí)行，不再跳躍(除非又受到新的干擾)，因此，在這段區(qū)域內(nèi)每隔一段地址設(shè)一個陷阱，就一定能捕捉到“跑飛”的程序。 (3）表格 有兩種表格：一類是數(shù)據(jù)表格，供MOVC A，A+PC指令或MOVC A，A+DPTR指令使用，其內(nèi)容完全不是指令；另一類是

34、散轉(zhuǎn)表格，供JMP A+DPTR指令使用，其內(nèi)容為一系列的三字節(jié)指令LJMP或二字節(jié)指令A(yù)JMP。 2采用軟件陷阱處理程序“跑飛” (4）程序區(qū) 程序區(qū)是由一系列的指令構(gòu)成的。在這些指令中間常常有一些斷點，正常的程序執(zhí)行到斷點處就不再往下執(zhí)行了，這類指令有LJMP、SJMP、AJMP、RET、RETI等。CPU執(zhí)行到這些指令時，PC的值應(yīng)發(fā)生正常跳變。如果在這些指令處設(shè)置陷阱，就有可能捕捉到“跑飛”的程序。例如，對一個A累加器的內(nèi)容的正、負、和零的情況進行三分支的程序，軟件陷阱安排如下：三、單片機執(zhí)行過程中的軟件抗干擾措施三、單片機執(zhí)行過程中的軟件抗干擾措施 JNZ TO_XYZ ；0處理 A

35、JMP ABC_SUB ；斷點 NOP NOP LJMP ERROR ；陷阱 TO_XYZ：JB ACC.7，TO_UVW ；正處理 AJMP ABC_SUB ；斷點 NOP NOP LJMP ERROR ；陷阱TO_UVW： ；負處理ABC_SUB：MOV A，R2 ；取結(jié)果 RET ；斷點 NOP NOP LJMPERROR ；陷阱 3使用“看門狗”處理程序“跑飛” 如果“跑飛”的程序落到個臨時構(gòu)成的死循環(huán)中，冗余指令和軟件陷阱都將無能為力，這時可采取WATCHDOG(俗稱“看門狗”)措施。WATCHDOG有如下特性： 1）能獨立工作，不依賴于CPU。CPU只在一個固定的時間間隔內(nèi)與其打一

36、次交道，表明整個系統(tǒng)“目前尚屬正?！?。 2）當(dāng)CPU落入死循環(huán)后，能及時發(fā)現(xiàn)并使整個系統(tǒng)復(fù)位。在AT89S系列單片機中，已將“看門狗”功能集成到芯片中。WDT包含一個14位計數(shù)器和看門狗定時器復(fù)位寄存器（WDTRST）。用戶只要按先寫01EH,接著寫入0E1H的順序，將代碼01EH和0E1H寫入WDTRST寄存器（地址為0A6H），WDT的定時器便啟動計數(shù)。具體操作如下：MOVWDTRST,#1EH MOVWDTRST,#0E1H7.4 軟件抗干擾技術(shù)軟件抗干擾技術(shù) 三、單片機執(zhí)行過程中的軟件抗干擾措施三、單片機執(zhí)行過程中的軟件抗干擾措施 3使用“看門狗”處理程序“跑飛” 在振蕩器有效運行的情

37、況下，計數(shù)器的每個機器周期將加1。在WDT啟動之后，每次向WDTRST內(nèi)重裝數(shù)據(jù) 01EH和0E1H，WDT定時器便重新停止WDT計數(shù)。當(dāng)程序陷入死循環(huán)，WDT定時器溢出時，將在器件的RST引腳上輸出一個正脈沖，其寬度是98個振蕩器周期。 。使單片機復(fù)位，程序從0000H開始執(zhí)行。WDT一旦溢出，便停止計數(shù)。實際應(yīng)用中，為防止WDT啟動后產(chǎn)生不必要的溢出，應(yīng)在執(zhí)行運行程序過程中，周期性地復(fù)位WDTRST。正常指令周期應(yīng)小于16383個機器周期。當(dāng)單片機因干擾而使程序不能正常運行時，也就不能定期復(fù)位WDTRST，導(dǎo)致WDT溢出。片內(nèi)沒有看門狗的單片機，可選用純軟件的WATCHDOG系統(tǒng)。 3使用“看門狗”處理程序“跑飛” MOV TMOD，#01H ；置T0為定時器 SETB ET0 ；允許T0中斷 SETB PT0 ；設(shè)置T0為高優(yōu)先級中斷 MOV TH0，#0E0H ；定時約l0ms SETB TR0 ；啟動T0 SETB EA ；開中斷 軟件WATCHDOG啟動后，系統(tǒng)工作程序必須每隔小于10ms的時間執(zhí)行一次MOV TH0，#0E0H指令，置TO的計數(shù)初值。如果程序“跑飛”后執(zhí)行不到這條指令，則在10ms之后即會產(chǎn)生