抗干擾措施精品課件

1、抗干擾措施第1頁，共76頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)20分，星期四5.1 干擾源干擾信號(hào)主要通過3個(gè)途徑進(jìn)入儀表內(nèi)部：電磁感應(yīng)、傳輸通道和電源線。一般情況下，經(jīng)電磁感應(yīng)進(jìn)入儀表的干擾在強(qiáng)度上遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于從傳輸通道和電源線進(jìn)入的干擾，對(duì)于電磁感應(yīng)干擾可采用良好的“屏蔽”和正確的“接地”加以解決。所以，抗干擾措施主要是盡量切斷來自傳輸通道和電源線的干擾。5.1.1 串模干擾、共模干擾及電源干擾串模干擾是指干擾電壓與有效信號(hào)串聯(lián)疊加后作用到儀表上的，如圖5.1所示。串模干擾通常來自于高壓輸電線、與信號(hào)線平行鋪設(shè)的電源線及大電流控制線所產(chǎn)生的空間電磁場(chǎng)。由傳感器來的信號(hào)線有時(shí)長(zhǎng)達(dá)一二百米，干擾源通過電

2、磁感應(yīng)和靜電耦合作用加上如此之長(zhǎng)的信號(hào)線上的感應(yīng)電壓數(shù)值是相當(dāng)可觀的。例如，一路電線與信號(hào)線平行敷設(shè)時(shí)，信號(hào)線上的電磁感應(yīng)電壓和靜電感應(yīng)電壓分別都可達(dá)到mV級(jí)，然而來自傳感器的有效信號(hào)電壓的動(dòng)態(tài)范圍通常僅有幾十mV，甚至更小。第2頁，共76頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)20分，星期四第3頁，共76頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)20分，星期四由此可知：第一，由于測(cè)量控制系統(tǒng)的信號(hào)線較長(zhǎng)，通過電磁和靜電耦合所產(chǎn)生的感應(yīng)電壓有可能大到與被測(cè)有效信號(hào)相同的數(shù)量級(jí)，甚至比后者大得多。第二，對(duì)測(cè)量控制系統(tǒng)而言，由于采樣時(shí)間短，工頻的感應(yīng)電壓也相當(dāng)于緩慢變化的干擾電壓。這種干擾信號(hào)與有效直流信號(hào)一起被采

3、樣和放大，造成有效信號(hào)失真。除了信號(hào)線引入的串模干擾外，信號(hào)源本身固有的漂移、紋波和噪聲以及電源變壓器不良屏蔽或穩(wěn)壓濾波效果不良等也會(huì)引入串模干擾。第4頁，共76頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)20分，星期四共模干擾是指輸入通道兩個(gè)輸入端上共有的干擾電壓。這種干擾可以是直流電壓，也可以是交流電壓，其幅值可達(dá)幾伏甚至更高，取決于現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)生干擾的環(huán)境條件和儀表的接地情況。在測(cè)控系統(tǒng)中，檢測(cè)元件和傳感器是分散在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的各個(gè)地方，因此，被測(cè)信號(hào)Vs的參考接地點(diǎn)和儀表輸入信號(hào)的參考接地點(diǎn)之間往往存在著一定的電位差Vcm(見圖5.2)。由圖可見，對(duì)于輸入通道的兩個(gè)輸入端來說，分別有Vs+Vcm和Vcm兩個(gè)

4、輸入信號(hào)。顯然，Vcm是轉(zhuǎn)換器輸入端上共有的干擾電壓，故稱共模干擾電壓。第5頁，共76頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)20分，星期四第6頁，共76頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)20分，星期四在測(cè)量電路中，被測(cè)信號(hào)有單端對(duì)地輸入和雙端不對(duì)地輸入兩種輸入方式，見圖5.3。對(duì)于存在共模干擾的場(chǎng)合，不能采用單端對(duì)地輸入方式，因?yàn)榇藭r(shí)的共模干擾電壓將全部成為串模干擾電壓，如圖5.3(a)所示，必須采用雙端不對(duì)地輸入方式，如圖5.3(b)所示。第7頁，共76頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)20分，星期四第8頁，共76頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)20分，星期四由圖5.3(b)可見，共模干擾電壓Vcm對(duì)

5、2個(gè)輸入端形成2個(gè)電流回路(如虛線所示)，每個(gè)輸入端A、B的共模電壓為因此，在兩個(gè)輸入端之間呈現(xiàn)的共模電壓為(5-4)第9頁，共76頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)20分，星期四如果此時(shí)Zs1Zs1和Zcm1Zcm2，則VAB0，表示不會(huì)引入共模干擾；但實(shí)際上無法滿足上述條件，只能做到Zs1接近于Zs2，Zcm1接近于Zcm2，因此VAB0。也就是說，實(shí)際上總存在一定的共模干擾電壓。顯然，Zs1、Zs2越小，Zcm1、Zcm2越大，并且Zcm1與Zcm1越接近時(shí)，共模干擾的影響就越小。一般情況下，共模干擾電壓Vcm總是轉(zhuǎn)化成一定的串模干擾出現(xiàn)在兩個(gè)輸入端之間。輸入通道的輸入阻抗通常由直流絕緣電

6、阻和分布耦合電容產(chǎn)生的容抗決定。差分放大器的直流絕緣電阻可達(dá)到109，工頻寄生耦合電容可小到幾個(gè)pF(容抗達(dá)109數(shù)量級(jí))，但共模電壓仍有可能造成1的測(cè)量誤差。除了串模干擾和共模干擾之外，還有一些干擾是從電源引入的。電源干擾一般有以下幾種：當(dāng)同一電源系統(tǒng)中的可控硅器件通斷時(shí)產(chǎn)生的尖峰，通過變壓器的初級(jí)和次級(jí)之間的電容耦合到直流電源中去產(chǎn)生干擾；附近的斷電器動(dòng)作時(shí)產(chǎn)生的浪涌電壓，由電源線經(jīng)變壓器級(jí)間電容耦合產(chǎn)生的干擾；共用同一個(gè)電源的附近設(shè)備接通或斷開時(shí)產(chǎn)生的干擾。第10頁，共76頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)20分，星期四5.1.2 數(shù)字電路的干擾在數(shù)字電路的元件與元件之間、導(dǎo)線與導(dǎo)線之間、

7、導(dǎo)線與元件之間、導(dǎo)線與結(jié)構(gòu)件之間都存在著分布電容。如果某一個(gè)導(dǎo)體上的信號(hào)電壓(或噪聲電壓)通過分布電容使其他導(dǎo)體上的電位受到影響，這種現(xiàn)象稱為電容性耦合。圖5.4(a)為平行布線的A和B之間電容性耦合情況的示意圖。第11頁，共76頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)20分，星期四第12頁，共76頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)20分，星期四圖中，CAB是兩導(dǎo)線之間的分布電容，CAD是A導(dǎo)線對(duì)地的分布電容，CBD是B導(dǎo)線對(duì)地的分布電容，R是輸入電路的對(duì)地電阻。圖5.4(b)為等效電路，其中Vs為等效的信號(hào)電壓。若為信號(hào)電壓的角頻率，B導(dǎo)線為受感線，則不考慮CAD時(shí)，B導(dǎo)線上由于耦合形成的對(duì)地噪聲電壓

8、(有效值)VB為第13頁，共76頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)20分，星期四在下述兩種情況下，可將上式簡(jiǎn)化。(1)當(dāng)R很大時(shí)，即則可見，此時(shí)VB與信號(hào)電壓頻率基本無關(guān)，而正比于CAB和CBD的電容分壓比。顯然，只要設(shè)法降低CAB，就能減小VB值。因此，在布線時(shí)應(yīng)增大兩導(dǎo)線間的距離，并盡量避免兩導(dǎo)線平行。(2)當(dāng)R很小時(shí)，即第14頁，共76頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)20分，星期四則這時(shí)VB正比于CAB、R和信號(hào)幅值Vs，而且與信號(hào)電壓頻率有關(guān)。因此，只要設(shè)法降低R值就能減小耦合受感回路的噪聲電壓。實(shí)際上，R可看作受感回路的輸入等效電阻，從抗干擾考慮，降低輸入阻抗是有利的?，F(xiàn)假設(shè)A、B兩導(dǎo)

9、線的兩端均接有門電路，見圖5.5。當(dāng)門1輸出一個(gè)方波脈沖，而受感線(B線)正處于低電平時(shí)，可以從示波器上觀察到如圖5.6所示的披形。第15頁，共76頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)20分，星期四第16頁，共76頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)20分，星期四圖5.6中，VA表示信號(hào)源，VB為感應(yīng)電壓。若耦合電容CAB足夠大，使得正脈沖的幅值高于門4的開門電平VT，脈沖寬度也足以維持使門4的輸出電平從高電平下降到低電平，則門4就輸出一個(gè)負(fù)脈沖，即干擾脈沖。第17頁，共76頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)20分，星期四在印刷電路板上，兩條平行導(dǎo)線間的分布電容為0.10.5 pF/cm，與靠在一起的絕

10、緣導(dǎo)線間的分布電容有相同數(shù)量級(jí)。除以上所介紹之外，還有其他一些干擾和噪聲，例如：由印刷電路板電源線與地線之間的開關(guān)電流和阻抗引起的干擾、元器件的熱噪聲、靜電感應(yīng)噪聲等。第18頁，共76頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)20分，星期四5.2 硬件抗干擾措施5.2.1 串模干擾的抑制串模干擾的抑制能力用串模抑制比NMR來衡量，一般要求NMR4080 dB。式中 Vnm串模干擾電壓；Vnm1儀表輸入端由串模干擾引起的等效差模電壓。智能化測(cè)量控制儀表中，主要的抗串模干擾措施是用低通輸入濾波器濾除交流干擾，而對(duì)直流串模干擾則采用補(bǔ)償措施。第19頁，共76頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)20分，星期四常用的

11、低通濾波器有RC濾波器、LC濾波器、雙T濾波器及有源濾波器等，它們的原理圖分別見圖5.7(a)、(b)、(c)和(d)。第20頁，共76頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)20分，星期四RC濾波器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，也不需調(diào)整。但它的串模抑制比不高，一般需23級(jí)串聯(lián)使用才能達(dá)到規(guī)定的NMR指標(biāo)。而且時(shí)間常數(shù)RC較大，RC過大時(shí)將影響放大器的動(dòng)態(tài)特性。LC濾波器的串模抑制比較高，但需要繞制電感，體積大，成本高。雙T濾波器對(duì)一固定頻率的干擾具有很高的抑制比，偏離該頻率后抑制比迅速減小。主要用來濾除工頻干擾，而對(duì)高頻干擾無能為力，其結(jié)構(gòu)雖然也簡(jiǎn)單，但調(diào)整比較麻煩。有源濾波器可以獲得較理想的頻率特性，但作

12、為儀表輸入級(jí)，有源器件(運(yùn)算放大器)的共模抑制比一般難以滿足要求，其本身帶來的噪聲也較大。第21頁，共76頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)20分，星期四通常，儀表的輸入濾波器都采用RC濾波器。在選擇電阻和電容參數(shù)時(shí)除了要滿足NMR指標(biāo)外，還要考慮信號(hào)源的內(nèi)阻抗，兼顧共模抑制比和放大器動(dòng)態(tài)特性的要求。故常用2級(jí)阻容低通濾波網(wǎng)絡(luò)作為輸入通道的濾波器。如圖5.8所示，它可使50 Hz的串模干擾信號(hào)衰減至1/600左右。該濾波器的時(shí)間常數(shù)小于200ms，因此，當(dāng)被測(cè)信號(hào)變化較快時(shí)應(yīng)當(dāng)相應(yīng)改變網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，以適當(dāng)減小時(shí)間常數(shù)。第22頁，共76頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)20分，星期四用雙積分式A/D轉(zhuǎn)換

13、器可以削弱周期性的串模干擾的影響。因?yàn)榇祟愞D(zhuǎn)換器是對(duì)輸入信號(hào)的平均值而不是瞬時(shí)值進(jìn)行轉(zhuǎn)換，所以對(duì)周期干擾具有很強(qiáng)的抑制能力。若取積分周期等于主要串模干擾的周期或整數(shù)倍，則通過雙積分A/D轉(zhuǎn)換器后，對(duì)串模干擾的抑制有更好的效果。對(duì)于主要來自于電磁感應(yīng)的串模干擾，應(yīng)盡可能早地對(duì)被測(cè)信號(hào)進(jìn)行前置放大，以提高回路中的信號(hào)噪聲比；或者盡可能早地完成A/D轉(zhuǎn)換或采取隔離屏蔽措施。在選取儀表的元器件時(shí)，可以采用高抗擾度的邏輯器件，通過提高閾值電平來抑制低噪聲的干擾；或采用低速邏輯器件來抑制高頻干擾；也可人為地附加電容器，以降低某個(gè)邏輯電路的工作速度來抑制高頻干擾。這些方法能有效地抑制由元器件內(nèi)部的熱擾動(dòng)產(chǎn)生

14、的隨機(jī)噪聲干擾以及在數(shù)字信號(hào)傳輸過程中夾帶的低噪聲或窄脈沖干擾。如果串模干擾的變化速度與被測(cè)信號(hào)相當(dāng)，則一般很難通過以上措施來抑制這種干擾。此時(shí)應(yīng)從根本上消除產(chǎn)生干擾的原因。對(duì)測(cè)量元件或變送器進(jìn)行良好的電磁屏蔽，同時(shí)信號(hào)線應(yīng)選用帶屏蔽層的雙絞線或電纜線，并應(yīng)有良好的接地系統(tǒng)。第23頁，共76頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)20分，星期四5.2.2 共模干擾的抑制共模干擾的抑制能力用共模抑制比CMR表示，即式中 Vcm為共模干擾電壓；Vcm1：為儀表輸入端由共模干擾引起的等效電壓。共模干擾是一種常見的干擾源，采用雙端輸入的差分放大器作為儀表輸入通道的前置放大器，是抑制共模干擾的有效方法。設(shè)計(jì)比較

15、完善的差分放大器，在不平衡電阻為1 k的條件下，共模抑制比CMR可達(dá)100160 dB。也可以利用變壓器或光電耦合器把各種模擬負(fù)載與數(shù)字信號(hào)隔離開，也就是把“模擬地”與“數(shù)字地”斷開。被測(cè)信號(hào)通過變壓器耦合或光電耦合獲得通路，而共模干擾由于不成回路而得到有效的抑制。如圖5.9所示。第24頁，共76頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)20分，星期四當(dāng)共模干擾電壓很高或要求共模漏電流很小時(shí)，常在信號(hào)源與儀表的輸入通道之間插入隔離放大器。第25頁，共76頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)20分，星期四還可以采用浮地輸入雙層屏蔽放大器來抑制共模干擾，如圖5.10所示。這是利用屏蔽方法使輸入信號(hào)的模擬地浮空，

16、從而達(dá)到抑制共模干擾的目的。圖中Z1和Z2分別為模擬地與內(nèi)屏蔽罩之間和內(nèi)屏蔽罩和外屏蔽罩(機(jī)殼)之間的絕緣阻抗，它們由漏電阻和分布電容組成，所以阻抗值很大。圖中，用于傳遞信號(hào)的屏蔽線的屏蔽層和Z2為共模電壓Vcm。提供了共模電流Icm1的通路。由于屏蔽線的屏蔽層存在電阻Rc，因此，共模電壓Vcm在Rc上會(huì)產(chǎn)生較小的共模信號(hào)，它將在模擬量輸入回路中產(chǎn)生共模電流Icm2。Icm2會(huì)在模擬量輸入回路中產(chǎn)生串模干擾電壓。顯然，由于RcZ2，ZsZ1，故由Vcm引入的串模干擾電壓是非常微弱的，所以這是一種十分有效的共模干擾抑制措施。第26頁，共76頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)20分，星期四在采用這種

17、方法時(shí)要注意以下幾點(diǎn)：信號(hào)線屏蔽層只允許一端接地，并且只在信號(hào)源一側(cè)接地，而放大器一側(cè)不得接地。當(dāng)信號(hào)源為浮地方式時(shí)，屏蔽只接信號(hào)源的低電位端。模擬信號(hào)的輸入端要相應(yīng)地采用三線采樣開關(guān)。在設(shè)計(jì)輸入電路時(shí)，應(yīng)使放大器二輸入端對(duì)屏蔽罩的絕緣電阻盡量對(duì)稱，并且盡可能 減小線路的不平衡電阻。采用浮地輸入的儀表輸入通道雖然增加了一些器件，例如每路信號(hào)都要用屏蔽線和三線開關(guān)，但對(duì)放大器本身的抗共模干擾能力的要求大為降低，因此這種方案已獲得廣泛應(yīng)用。第27頁，共76頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)20分，星期四第28頁，共76頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)20分，星期四5.2.3 輸入/輸出通道干擾的抑制

18、開關(guān)量輸入/輸出通道和模擬量輸入/輸出通道，都是干擾竄入的渠道。要切斷這條渠道，就要去掉對(duì)象與輸入/輸出通道之間的公共地線，實(shí)現(xiàn)彼此電隔離以抑制干擾脈沖。最常見的隔離器件是光電耦合器，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)見圖5.11(a)。第29頁，共76頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)20分，星期四第30頁，共76頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)20分，星期四光電耦合器之所以具有很強(qiáng)的抗干擾能力，主要有以下幾個(gè)原因： (1)光電耦合器的輸入阻抗很低，一般在1001000之間；而干擾源的內(nèi)阻一般都很大，通常為105106。根據(jù)分壓原理可知，這時(shí)能饋送到光電耦合器輸入端的噪聲自然會(huì)很小。即使有時(shí)干擾電壓的幅度較大，但所提

19、供的能量卻很小即只能形成很微弱的電流。而光電耦合器輸入部分的發(fā)光二極管，只有在通過一定強(qiáng)度的電流時(shí)才能發(fā)光；輸出部分的光敏三極管只在一定光強(qiáng)下才能工作(見圖5.11(b)。因此電壓幅值很高的干擾，由于沒有足夠的能量而不能使二極管發(fā)光，從而被抑制掉了。(2)輸入回路與輸出回路之間的分布電容極小，一般僅為0.52pF；而絕緣電阻又非常大，通常為l0111013。因此，回路一邊的各種干擾噪聲都很難通過光電耦合器饋送到另一邊去。第31頁，共76頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)20分，星期四 (3)光電耦合器的輸入回路與輸出回路之間是光耦合的，而且是在密封條件下進(jìn)行的，故不會(huì)受到外界光的干擾。接入光電耦

20、合器的數(shù)字電路如圖5.11(b)所示，其中Ri為限流電阻，D為反向保護(hù)二極管?？梢钥闯?，這時(shí)并不要求輸入Vi值一定得與TTL。邏輯電平一致，只要經(jīng)Ri限流之后符合發(fā)光二極管的要求即可。RL是光敏三極管的負(fù)載電阻(RL也可接在光敏三極管的射極端)。當(dāng)Vi使光敏三極管導(dǎo)通時(shí)，Vo為低電平(即邏輯0)；反之為高電平(即邏輯1)。Ri和RL的選取說明如下：當(dāng)光電耦合器選用GO103，發(fā)光二極管在導(dǎo)通電流IF10 mA時(shí)，正向壓降VF1.3 V，光敏三極管導(dǎo)通時(shí)的壓降VCE0.4 V。設(shè)輸入信號(hào)的邏輯1電平為Vi12 V，并取光敏三極管導(dǎo)通電流Ic2 mA，則Ri和RL可由下式計(jì)算： Ri(Vi-VF)

21、/IF(12 V-1.3 V)/10 mA1.07 k RL(Vcc-VCE)/Ic(5 V-0.4 V)/2mA2.3 k第32頁，共76頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)20分，星期四需要強(qiáng)調(diào)指出的是，在光電耦合器的輸入部分和輸出部分必須分別采用獨(dú)立的電源。如果兩端共用一個(gè)電源，則光電耦合器的隔離作用將失去意義。順便提一下，變壓器是無源器件，它也經(jīng)常用作隔離器，其性能雖不及光電耦合器，但結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。開關(guān)量輸入電路接入光電耦合器后，由于光電耦合器的抗干擾作用，使夾雜在輸入開關(guān)量中的各種干擾脈沖都被擋在輸入回路的一邊。另外，光電耦合器還起到很好的安全保障作用，即使故障造成Vi與電力線相接也不致于損

22、壞儀表，因?yàn)楣怆婑詈掀鞯妮斎牖芈放c輸出回路之間可耐很高的電壓(GO103為500 V，有些光電耦合器可達(dá)1000V，甚至更高)。第33頁，共76頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)20分，星期四圖5.12是光電隔離抗干擾開關(guān)量輸出電路的原理圖。三態(tài)緩沖門接成直通式，當(dāng)開關(guān)量信號(hào)Vi為0時(shí)，電流通過發(fā)光二極管，使光敏三極管導(dǎo)通，外接三極管T截止，可控硅EC導(dǎo)通，直流負(fù)載加電。反之，Vi為1時(shí)，直流負(fù)載斷電。LD是普通發(fā)光二極管，用作開關(guān)指示；光敏三極管一邊的電源值不一定是+5 V，其他值也可以，只要其值不超過光敏三極管和三極管T的容許值就行。若為交流負(fù)載，則只要把驅(qū)動(dòng)電器的電源改成交流電源，可控硅換

23、成雙向可控硅即可。也可用光電耦合器來隔離開關(guān)量輸出電路和二位式執(zhí)行機(jī)構(gòu)(如電磁閥)，圖5.13為光電耦合器用于隔離電磁閥驅(qū)動(dòng)電路。第34頁，共76頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)20分，星期四第35頁，共76頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)20分，星期四第36頁，共76頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)20分，星期四模擬量I/O電路與外界的電氣隔離可用安全柵來實(shí)現(xiàn)。安全柵是有源隔離式的四端網(wǎng)絡(luò)。與變送器相接時(shí)，其輸入信號(hào)由變送器提供；與執(zhí)行部件相接時(shí)，其輸入信號(hào)由電壓/電流轉(zhuǎn)換器提供，都是420mA的電流信號(hào)。它的輸出信號(hào)是420 mA的電流信號(hào)，或15V的電壓信號(hào)，經(jīng)過安全柵隔離處理之后，可以

24、防止一些故障性的干擾損害智能化測(cè)量控制儀表。但是，一些強(qiáng)電干擾還會(huì)經(jīng)此或通過其他一些途徑，從模擬量輸入/輸出電路竄入系統(tǒng)。因此在設(shè)計(jì)時(shí)，為保證儀表在任何時(shí)候都能工作在既平穩(wěn)又安全的環(huán)境里，要另加隔離措施加以防范。第37頁，共76頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)20分，星期四由于模擬量信號(hào)的有效狀態(tài)有無數(shù)個(gè)，而數(shù)字(開關(guān))量的狀態(tài)只有兩個(gè)，所以疊加在模擬量信號(hào)上的任何干擾，都因有實(shí)際意義而起到干擾作用。疊加在數(shù)字(開關(guān))量信號(hào)上的干擾，只有在幅度和寬度都達(dá)到一定量時(shí)才能起到作用。這表明抗干擾屏障的位置越往外推越好，最好能推到模擬量入、出口處，也就是說，最好把光電耦合器設(shè)置在A/D電路模擬量輸入和

25、D/A電路模擬量輸出的位置上。要想把光電耦合器設(shè)置在這兩個(gè)位置上，就要求光電耦合器必須具有能夠進(jìn)行線性變換和傳輸?shù)奶匦浴５?8頁，共76頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)20分，星期四但限于線性光耦的價(jià)格和性能指標(biāo)等方面原因，國(guó)內(nèi)一般都采用邏輯光電耦合器。此時(shí)，抗干擾屏障就應(yīng)設(shè)在最先遇到的開關(guān)信號(hào)工作的位置上。對(duì)A/D轉(zhuǎn)換電路來說，光電耦合器設(shè)在A/D芯片和模擬量多路開關(guān)芯片這兩類電路的數(shù)字量信號(hào)線上。對(duì)D/A轉(zhuǎn)換電路來說，應(yīng)設(shè)在D/A芯片和采樣保持芯片的數(shù)字量信號(hào)線上。對(duì)具有多個(gè)模擬量輸入通道的A/D轉(zhuǎn)換電路來說，各被測(cè)量的接地點(diǎn)之間存在著電位差，從而引入共模干擾，故儀表的輸入信號(hào)應(yīng)連接成差分

26、輸入的方式。為此，可選用差分輸入的A/D芯片，例如ADC0801/4等，并將各被測(cè)量的接地點(diǎn)經(jīng)模擬量多路開關(guān)芯片接到差分輸入的負(fù)端。第39頁，共76頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)20分，星期四圖5.14是具有4個(gè)模擬量輸入通道的抗干擾電路原理圖。這個(gè)電路與80C51單片機(jī)的外圍接口電路8155相連。8155的PA口作為8位數(shù)據(jù)輸入口，PC口的PC0和PC1作為控制信號(hào)輸出口。4路信號(hào)的輸入由4052選通，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器14433轉(zhuǎn)換成3位半BCD碼數(shù)字量。因?yàn)?4433為CMOS集成電路，驅(qū)動(dòng)能力小，故其輸出通過74LS244驅(qū)動(dòng)光電耦合器。數(shù)字信號(hào)經(jīng)光電耦合器與8155的PA口相連。405

27、2的選通信號(hào)由8155的PC口發(fā)出。兩者之間同樣用光耦隔離。14433的轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)EOC通過光耦由74LS74D觸發(fā)器鎖存，并向80C51的INT1發(fā)出中斷請(qǐng)求。第40頁，共76頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)20分，星期四第41頁，共76頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)20分，星期四必須注意的是，當(dāng)用光電耦合器來隔離輸入輸出通道時(shí)，必須對(duì)所有的信號(hào)(包括數(shù)字量信號(hào)、控制信號(hào)、狀態(tài)信號(hào))全部隔離，使得被隔離的兩邊沒有任何電氣上的聯(lián)系；否則這種隔離是沒有意義的。第42頁，共76頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)20分，星期四5.2.4 電源與電網(wǎng)干擾的抑制為了抑制電網(wǎng)干擾所造成穩(wěn)壓電源的波動(dòng)，可

28、以采取以下一系列措施。采用能抑制交流電源干擾的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)電源，如圖5.15所示。圖中，電抗器用來抑制交流電源線上引入的高頻干擾，讓50 Hz的基波通過；變阻二極管用來抑制進(jìn)入交流電源線上的瞬時(shí)干擾(或者大幅值的尖脈沖干擾)；隔離變壓器的初、次級(jí)之間加有靜電屏蔽層，從而進(jìn)一步減小進(jìn)入電源的各種干擾。該交流電壓再通過整流、濾波和直流電子穩(wěn)壓后使干擾被抑制到最小。第43頁，共76頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)20分，星期四第44頁，共76頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)20分，星期四不間斷電源UPS是近年來推出的一種新型電源。它除了有很強(qiáng)的抗電網(wǎng)干擾的能力外，更主要的是萬一電網(wǎng)斷電，它能以極短的時(shí)

29、間(3 ms)切換到后備電源上去。后備電源能維持10 min以上(滿載)或30 min以上(半載)的供電時(shí)間，以便操作人員及時(shí)處理電源故障或采取應(yīng)急措施。在要求很高的控制場(chǎng)合可采用UPS。以開關(guān)式直流穩(wěn)壓器代替各種穩(wěn)壓電源。由于開關(guān)頻率可達(dá)1020 kHz或更高，因而變壓器、扼流圈都可小型化。高頻開關(guān)晶體管工作在飽和及截止?fàn)顟B(tài)，效率可達(dá)6070。而且抗干擾性能強(qiáng)。圖5.16為印刷電路板與電源裝置的接線狀態(tài)。由此圖可看出，從電源裝置到集成電路IC的電源-地端子間有電阻和電感。另一方面，印刷板上的IC是TTL電路時(shí)，若以高速進(jìn)行開關(guān)動(dòng)作，其開關(guān)電流和阻抗會(huì)引起開關(guān)噪聲。因此，無論電源裝置提供的電壓

30、是多么穩(wěn)定，Vcc線、GND線也會(huì)產(chǎn)生噪聲，致使數(shù)字電路發(fā)生誤動(dòng)作。第45頁，共76頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)20分，星期四第46頁，共76頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)20分，星期四降低這種開關(guān)噪聲的方法有兩種：其一是以短線向各印刷電路板并行供電，而且印刷電路板里的電源線采用格子形狀或用多層板，做成網(wǎng)眼結(jié)構(gòu)以降低線路的阻抗。其二是在印刷電路板上的每個(gè)IC都接人高頻特性好的旁路電容器，將開關(guān)電流經(jīng)過的線路局限在印刷電路板內(nèi)一個(gè)極小的范圍內(nèi)。旁路電容可用0.010.1F的陶瓷電容器。旁路電容器的引線要短而且要緊靠在需要旁路的集成器件的Vcc與GND端，若離開了則毫無意義。若在一臺(tái)儀表中有

31、多塊邏輯電路板，則一般應(yīng)在電源和地線的引入處附近并接一個(gè)10100F的大電容和一個(gè)0.010.1F的瓷片電容，以防止板與板之間的相互干擾。但此時(shí)最好在每塊邏輯電路板上裝一片或幾片“穩(wěn)壓塊”，形成獨(dú)立的供電，防止板間干擾。第47頁，共76頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)20分，星期四5.2.5 地線系統(tǒng)干擾的抑制正確接地是儀表系統(tǒng)抑制干擾所必須注意的重要問題。在設(shè)計(jì)中若能把接地和屏蔽正確地結(jié)合，可很好地消除外界干擾的影響。接地設(shè)計(jì)的基本目的是消除各電路電流流經(jīng)公共地線時(shí)所產(chǎn)生的噪聲電壓，以及免受電磁場(chǎng)和地電位差的影響，即不使其形成地環(huán)路。接地設(shè)計(jì)應(yīng)注意如下；(1)一點(diǎn)接地和多點(diǎn)接地的使用原則。一

32、般高頻電路應(yīng)就近多點(diǎn)接地，低頻電路應(yīng)一點(diǎn)接地。在低頻電路中，接地電路形成的環(huán)路對(duì)干擾影響很大，因此應(yīng)一點(diǎn)接地。在高頻時(shí)，地線上具有電感，因而增加了地線阻抗，而且地線變成了天線，向外幅射噪聲信號(hào)，因此，要多點(diǎn)就近接地。(2)屏蔽層與公共端的連接。當(dāng)一個(gè)接地的放大器與一個(gè)不接地的信號(hào)源連接時(shí)，連接電纜的屏蔽層應(yīng)接到放大器公共端，反之應(yīng)接到信號(hào)源公共端。高增益放大器的屏蔽層應(yīng)接到放大器的公共端。第48頁，共76頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)20分，星期四(3)交流地、功率地同信號(hào)地不能共用。流過交流地和功率地的電流較大，會(huì)造成數(shù)mV、甚至幾V電壓，這會(huì)嚴(yán)重地干擾低電平信號(hào)的電路。因此信號(hào)地應(yīng)與交流

33、地、功率地分開。(4)屏蔽地(或機(jī)殼地)接法隨屏蔽目的不同而異。電場(chǎng)屏蔽是為了解決分布電容問題，一般接大地；電磁屏蔽主要避免雷達(dá)、短波電臺(tái)等高頻電磁場(chǎng)的輻射干擾，地線用低阻金屬材料做成，可接大地，也可不接。屏蔽是防磁鐵、電機(jī)、變壓器等的磁感應(yīng)和磁耦合的，辦法是用高導(dǎo)磁材料使磁路閉合，一般接大地。(5)電纜和接插件的屏蔽。在電纜和接插件的屏蔽中要注意：高電子線和低電平線不要走同一條電纜。不得已時(shí)，高電平線應(yīng)單獨(dú)組合和屏蔽。同時(shí)要仔細(xì)選擇低電平線的位置。高電平線和低電平線不要使用同一接插件。不得已時(shí)，要將高低電平端子分立兩端，中間留接高低電平引地線的備用端子。第49頁，共76頁，2022年，5月2

34、0日，0點(diǎn)20分，星期四設(shè)備上進(jìn)出電纜的屏蔽應(yīng)保持完整。電纜和屏蔽線也要經(jīng)插件連接。兩條以上屏蔽電纜共用一個(gè)插件時(shí)，每條電纜的屏蔽層都要用一個(gè)單獨(dú)接線端子，以免電流在各屏蔽層流動(dòng)。第50頁，共76頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)20分，星期四5.3 軟件抗干擾措施硬件抗干擾措施的目的是盡可能切斷干擾進(jìn)入智能化測(cè)量控制儀表的通道，因此是十分必要的。但是由于干擾存在的隨機(jī)性，尤其是在一些較惡劣的外部環(huán)境下工作的儀表，盡管采用了硬件抗干擾措施，并不能將各種干擾完全拒之于門外。這時(shí)就應(yīng)該充分發(fā)揮智能化測(cè)量控制儀表中單片機(jī)在軟件編程方面的靈活性，采用各種軟件抗干擾措施，與硬件措施相結(jié)合，提高儀表工作的可

35、靠性。第51頁，共76頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)20分，星期四5.3.1數(shù)字量輸入/輸出中的軟件抗干擾數(shù)字量輸入過程中的干擾，其作用時(shí)間較短，因此在采集數(shù)字信號(hào)時(shí)，可多次重復(fù)采集，直到若干次采樣結(jié)果一致時(shí)才認(rèn)為其有效。例如，通過AD轉(zhuǎn)換器測(cè)量各種模擬量時(shí)，如果有干擾作用于模擬信號(hào)上，就會(huì)使AD轉(zhuǎn)換結(jié)果偏離真實(shí)值。這時(shí)如果只采樣一次AD轉(zhuǎn)換結(jié)果，就無法知道其是否真實(shí)可靠，而必須進(jìn)行多次采樣，得到一個(gè)AD轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)據(jù)系列。對(duì)這一系列數(shù)據(jù)再作各種數(shù)字濾波處理，最后才能得到一個(gè)可信度較高的結(jié)果值。如果對(duì)于同一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)經(jīng)多次采樣后得到的信號(hào)值變化不定，說明此時(shí)的干擾特別嚴(yán)重，已經(jīng)超出允許的范圍，

36、應(yīng)該立即停止采樣并給出報(bào)警信號(hào)。如果數(shù)字信號(hào)屬于開關(guān)量信號(hào)，例如限位開關(guān)、操作按扭等，則不能用多次采樣取平均值的方法，而必須每次采樣結(jié)果絕對(duì)一致才行。這時(shí)可按圖示編寫一個(gè)采樣子程序，程序中設(shè)置有采樣成功和采樣失敗標(biāo)志。如果對(duì)同一開關(guān)量信號(hào)進(jìn)行若干次采樣，其采樣結(jié)果完全一致，則成功標(biāo)志置位；否則失敗標(biāo)志置位。后續(xù)程序可通過判別這些標(biāo)志來決定程序的流向。第52頁，共76頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)20分，星期四開關(guān)量信號(hào)采樣流程第53頁，共76頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)20分，星期四智能化測(cè)量控制儀表對(duì)外輸出的控制信號(hào)很多是以數(shù)字量的形式出現(xiàn)的，例如各種顯示器、步進(jìn)電機(jī)或電磁閥的驅(qū)動(dòng)信號(hào)

37、等。即使是以模擬量輸出，也是經(jīng)過DA轉(zhuǎn)換而獲得的。單片機(jī)給出一個(gè)正確的數(shù)據(jù)后，由于外部干擾的作用有可能使輸出裝置得到一個(gè)被改變了的錯(cuò)誤數(shù)據(jù)，從而使輸出裝置發(fā)生誤動(dòng)作。對(duì)于數(shù)字量輸出軟件抗干擾最有效的方法是重復(fù)輸出同一個(gè)數(shù)據(jù)，重復(fù)周期應(yīng)盡量短。這樣輸出裝置在得到一個(gè)被干擾的錯(cuò)誤信號(hào)后，還來不及反應(yīng)，一個(gè)正確的信號(hào)又來到了，從而可以防止誤動(dòng)作的產(chǎn)生。在程序結(jié)構(gòu)上，可將輸出過程安排在監(jiān)控循環(huán)中。循環(huán)周期取得盡可能短，就能有效地防止輸出設(shè)備的錯(cuò)誤動(dòng)作。需要注意的是，經(jīng)過這種安排后輸出功能是作為一個(gè)完整的模塊來執(zhí)行的。與這種重復(fù)輸出措施相對(duì)應(yīng)，軟件設(shè)計(jì)中還必須為各個(gè)外部輸出設(shè)備建立一個(gè)輸出暫存單元。每次

38、將應(yīng)輸出的結(jié)果存人暫存單元中，然后再調(diào)用輸出功能模塊將各暫存單元的數(shù)據(jù)一一輸出，不管該數(shù)據(jù)是剛送來的，還是以前就有的。這樣可以讓每個(gè)外部設(shè)備不斷得到控制數(shù)據(jù)，從而使干擾造成的錯(cuò)誤狀態(tài)不能得以維持。在執(zhí)行輸出功能模塊時(shí)，應(yīng)將有關(guān)輸出接門芯片的初始狀態(tài)也一并重新設(shè)置。因?yàn)橛捎诟蓴_的作用可能使這些芯片的工作方式控制字發(fā)生變化，而不能實(shí)現(xiàn)正確的輸出功能，重新設(shè)置控制字就能避免這種錯(cuò)誤，確保輸出功能的正確實(shí)現(xiàn)。第54頁，共76頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)20分，星期四5.3.2 程序執(zhí)行過程中的軟件抗干擾前面述及的是針對(duì)輸入輸出通道而言的，干擾信號(hào)還未作用到CPU本身，CPU還能正確地執(zhí)行各種抗干擾

39、程序。如果干擾信號(hào)已經(jīng)通過某種途徑作用到了CPU上，CPU就不能按正常狀態(tài)執(zhí)行程序，從而引起混亂。這就是通常所說的程序“跑飛”。程序“跑飛”后使其恢復(fù)正常的一個(gè)最簡(jiǎn)單的方法是使CPU復(fù)位，讓程序從頭開始重新運(yùn)行。第55頁，共76頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)20分，星期四人工復(fù)位電路智能化測(cè)量控制儀表中都應(yīng)設(shè)置如圖518所示的人工復(fù)位電路，上電時(shí)電容C通過電阻R2充電，使單片機(jī)80C5l的RESET端維持一段足夠時(shí)間的高電平，達(dá)到上電復(fù)位的目的。需要人工復(fù)位時(shí)，按下按鈕KA，電容C通過R1放電，放開按鈕后，電容C重新充電，8051的復(fù)位端重又獲得一段時(shí)間的高電平，達(dá)到復(fù)位的目的。采用這種方法

40、雖然簡(jiǎn)單，但需要人的參與，而且復(fù)位不及時(shí)。人工復(fù)位一般是在整個(gè)系統(tǒng)已經(jīng)完全癱瘓、無計(jì)可施的情況下不得已而為之的。第56頁，共76頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)20分，星期四因此在進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)時(shí)就要考慮到萬一程序“跑飛”，應(yīng)讓其能夠自動(dòng)恢復(fù)到正常狀態(tài)下運(yùn)行。程序“跑飛”后往往將一些操作數(shù)當(dāng)作指令碼來執(zhí)行，從而引起整個(gè)程序的混亂。采用“指令冗余”，就是在一些關(guān)鍵地方人為地插入一些單字節(jié)的空操作指令NOP。當(dāng)程序“跑飛”到某條單字節(jié)指令上時(shí)，就不會(huì)發(fā)生將操作數(shù)當(dāng)成指令來執(zhí)行的錯(cuò)誤。對(duì)于MCS51單片機(jī)來說，所有的指令都不會(huì)超過3個(gè)字節(jié)，因此在某條指令前面插入兩條NOP指令，則該指令就不會(huì)被前面沖下

41、來的失控程序拆散，而會(huì)得到完整的執(zhí)行，從而使程序重新納入正常軌道。通常是在一些對(duì)程序的流向起關(guān)鍵作用的指令前面插入兩條NOP指令。應(yīng)該注意的是在一個(gè)程序中“指令冗余”不能使用過多，否則會(huì)降低程序的執(zhí)行效率。第57頁，共76頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)20分，星期四采用“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中未用完的空間或某些數(shù)據(jù)表格等），或在執(zhí)行到冗余指令之前已經(jīng)形成了一個(gè)死循環(huán)，則“指令冗余”措施就不能使“跑飛”的程序恢復(fù)正常了。這時(shí)可以采用另一種軟件抗干擾措施，即所謂

42、“軟件陷阱”。“軟件陷阱”是一條引導(dǎo)指令，強(qiáng)行將捕獲的程序引向一個(gè)指定的地址，在那里有一段專門處理錯(cuò)誤的程序。假設(shè)這段處理錯(cuò)誤的程序入口地址為ERR，則下面指令即組成一個(gè)“軟件陷阱”:NOPNOPLJMPERR第58頁，共76頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)20分，星期四“軟件陷阱”一般安排在下列四種地方：（1）未使用的中斷向量區(qū)。MCS51單片機(jī)的中斷向量區(qū)為0003H002FH，如果所設(shè)計(jì)的智能化測(cè)量控制儀表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”，以便能捕捉到錯(cuò)誤的中斷。例如某智能化測(cè)量控制儀表使用了兩個(gè)外部中斷INT0、INT1和一個(gè)定時(shí)器中斷T0，它們的中斷服務(wù)

43、子程序地址分為FUINT0、FUINT1和FUT0，則可按下面的方式來設(shè)置中斷向量區(qū)。第59頁，共76頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)20分，星期四0RG0000H 0000H START: LJMP MAIN;引向主程序入口 0003HLJMPFUINT0;INT0中斷服務(wù)程序入口 0006HNOP;冗余指令 0007HNOP 0008HLJMPERR;陷阱 000BHLJMPFUT0;T0中斷服務(wù)程序入口 000EHNOP;冗余指令 000FH NOP 0010H LJMPERR;陷阱 0013HLJMPFUINT1;INT1中斷服務(wù)程序入口 0016HNOP;冗余指令 0017H NOP

44、 0018H LJMPERR;陷阱 001BH LJMPERR;未使用T1中斷，設(shè)陷阱 001EHNOP;冗余指令 001FH NOP 0020H LJMPERR;陷阱 0023H LJMPERR;未使用串行口中斷，設(shè)陷阱 0026HNOP;冗余指令 0027H NOP 0028H LJMPERR;陷阱 002BH LJMPERR;未使用T2中斷，設(shè)陷阱 002EHNOP;冗余指令 002FH NOP 0030HMAIN:. . . 第60頁，共76頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)20分，星期四(2)未使用的大片EPROM空間。智能化測(cè)量控制儀表中使用的EPROM芯片一般都不會(huì)使用完其全部空間

45、，對(duì)于剩余未編程的EPROM空間，一般都維持其原狀態(tài)，即其內(nèi)容為0FFH。0FFH對(duì)于MCS51單片機(jī)的指令系統(tǒng)來說是一條單字節(jié)的指令:MOVR7，A，如果程序“跑飛”到這一區(qū)域，則將順序向后執(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(gè)陷阱，就一定能捕捉到“跑飛”的程序。第61頁，共76頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)20分，星期四（3）表格。有兩種表格，即數(shù)據(jù)表格和散轉(zhuǎn)表格。由于表格的內(nèi)容與檢索值有一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，在表格中間安排陷阱會(huì)破壞其連續(xù)性和對(duì)應(yīng)關(guān)系，因此只能在表格的最后安排陷阱。如果表格區(qū)較長(zhǎng)，則安排在最后的陷阱不能保證一定能捕捉到飛來的程序的流向，有可能

46、在中途再次“跑飛”。第62頁，共76頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)20分，星期四（4）程序區(qū)。程序區(qū)是由一系列的指令所構(gòu)成的，不能在這些指令中間任意安排陷阱，否則會(huì)破壞正常的程序流程。但在這指令中常常有一些斷點(diǎn)，正常的程序執(zhí)行到斷點(diǎn)處就不再往下執(zhí)行了，如果在這些地方設(shè)置陷阱就能有效地捕獲“跑飛”的程序。例如在一個(gè)根據(jù)累加器A中內(nèi)容的正、負(fù)和零的情況進(jìn)行三分支的程序，軟件陷阱安排如下。第63頁，共76頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)20分，星期四JNZXYZ;零處理AJMPABC;斷裂點(diǎn)NOPNOPLJMPERR;陷阱XYZ:JBACC.7,UVW; 正處理AJMPABC ;斷裂點(diǎn)NOPNOP

47、LJMPERR ;陷阱UVW: ;負(fù)處理ABC:MOVA,R2;取結(jié)果RET;斷裂點(diǎn)NOPNOPLJMPERR;陷阱第64頁，共76頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)20分，星期四由于軟件陷阱都安排在正常程序執(zhí)行不到的地方，幫不會(huì)影響程序的執(zhí)行效率。在EPROM容量允許的條件下，這種軟件陷阱多一些為好。但如果“跑飛”的程序落到一個(gè)臨時(shí)構(gòu)成的死循環(huán)中時(shí)，冗余指令和軟件陷阱都將無能為力。這時(shí)可以采用人工復(fù)位的方法使系統(tǒng)恢復(fù)正常，實(shí)際上可以設(shè)計(jì)一種模仿人工監(jiān)測(cè)的“程序運(yùn)行監(jiān)測(cè)器”，俗稱“看門狗”（WATCHDOG）。第65頁，共76頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)20分，星期四WATCHDOG的特征：

48、（1）本身能獨(dú)立工作，基本上不依賴于CPU。CPU只在一個(gè)固定的時(shí)間間隔內(nèi)與之打一次交道，表明整個(gè)系統(tǒng)“目前尚屬正?！?。（2）當(dāng)CPU落入死循環(huán)之后，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并使整個(gè)系統(tǒng)復(fù)位。第66頁，共76頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)20分，星期四硬件電路組成的WATHCDOG第67頁，共76頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)20分，星期四16進(jìn)制計(jì)數(shù)器對(duì)振蕩電路發(fā)出的脈沖計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)到第8個(gè)脈沖時(shí)QD端變成高電平。單片機(jī)執(zhí)行一個(gè)從P1.7輸出清零脈沖的固定程序，只要每次清零脈沖的時(shí)間小于8個(gè)振蕩脈沖周期，計(jì)數(shù)器就總也計(jì)不到8， QD端就一直保持低電平。如果CPU受到干擾使程序“跑飛”，就無法執(zhí)行這個(gè)發(fā)清

49、零脈沖的固定程序，計(jì)數(shù)器就會(huì)計(jì)數(shù)到8，使QD端變成高電平，經(jīng)微分電路C2、R3輸出一個(gè)正脈沖到單片機(jī)的RESET端，使CPU復(fù)位。此電路中還包括有上電復(fù)位（C1、R1）和人工復(fù)位（KA、R1、R2）部分。在有些CHMOS型的單片機(jī)中已經(jīng)集成了片內(nèi)的硬件WATCHDOG電路，使用起來更為方便。也可以用軟件程序來形成WATCHDOG。例如可以用8051的定時(shí)器T0來形成WATCHDOG：將T0的溢出中斷設(shè)為高級(jí)中斷，其它中斷均設(shè)置為低級(jí)中斷，若采用6MHz的時(shí)鐘，則可用以下程序使T0定時(shí)約為10ms來形成軟件WATCHDOG：第68頁，共76頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)20分，星期四MOVTM

50、OD,#01H;置T0為16位定時(shí)器SETBET0;允許T0中斷SETBPT0;設(shè)置T0為高級(jí)中斷MOVTH0,#0E0H;定時(shí)約為10msSETBTR0;啟動(dòng)T0SETBEA;開中斷軟件WATCHDOG啟動(dòng)后，系統(tǒng)工作程序必須每隔小于10ms的時(shí)間執(zhí)行一次MOVTH0，0E0H指令，重新設(shè)置T0的計(jì)數(shù)初值。如果程序“跑飛”后執(zhí)行不到這條指令，則在10ms之內(nèi)即會(huì)產(chǎn)生一次T0溢出中斷，在T0的中斷向量區(qū)安放一條轉(zhuǎn)移到出錯(cuò)處理程序的指令：LJMPERR，由出錯(cuò)處理程序來處理各種善后工作。第69頁，共76頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)20分，星期四5.3.3系統(tǒng)的恢復(fù)只解決如何發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)受到干擾和

51、如何捕捉“跑飛”程序還不夠，還要能夠讓單片機(jī)根據(jù)被破壞的殘留信息自動(dòng)恢復(fù)到正常工作狀態(tài)。硬件復(fù)位是使單片機(jī)重新恢復(fù)正常工作狀態(tài)的一個(gè)簡(jiǎn)單有效的方法。硬件復(fù)位后CPU被重新初始化，所有被激活的中斷標(biāo)志都被清除，程序從0000H地址重新開始執(zhí)行。硬件復(fù)位又稱為“冷啟動(dòng)”，是將系統(tǒng)當(dāng)時(shí)的狀態(tài)全部作廢，重新進(jìn)行徹底的初始化來使系統(tǒng)的狀態(tài)得到恢復(fù)。用軟件抗干擾措施來使系統(tǒng)恢復(fù)到正常狀態(tài)，是對(duì)系統(tǒng)的當(dāng)前狀態(tài)進(jìn)行修復(fù)和有選擇的部分初始化，又稱為“熱啟動(dòng)”。熱啟動(dòng)時(shí)首先要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行軟件復(fù)位，也就是執(zhí)行一系列指令來使各專用寄存器達(dá)到與硬件復(fù)位時(shí)同樣的狀態(tài)，這里需注意的是還要清除中斷激活標(biāo)志。如用WATCHDOG

52、使系統(tǒng)復(fù)位時(shí)，程序出錯(cuò)有可能發(fā)生在中斷子程序中，中斷激活標(biāo)志已經(jīng)置位，它將阻止同級(jí)的中斷響應(yīng)；而軟件WATCHDOG是高級(jí)中斷，它將阻止所有的中斷響應(yīng)。由此可見清除中斷激活標(biāo)志的重要性。在所有的指令中，只有RETI指令能清除中斷激活標(biāo)志。前面提到的出錯(cuò)處理程序主要就是用來完成這一功能的。部分程序如下：第70頁，共76頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)20分，星期四ORG0030HERR：CLREA；關(guān)中斷MOVDPTR，ERR；準(zhǔn)備返回地址PUSHDPLPUSHDPHRETI；清除高級(jí)中斷標(biāo)志ERR1：MOV66H，0AAH；重建上電標(biāo)志MOV67H，55HCLRA；準(zhǔn)備復(fù)位地址PUSHACC；壓入復(fù)位地址PUSHACCRETI；清除低級(jí)中斷激活標(biāo)志第71頁，共76頁，2