第10章 抗干擾技術(shù)

“單片機(jī)與控制技術(shù)”

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武漢工程大學(xué)電氣信息學(xué)院自動(dòng)化研究所楊寧教授主

編第10章微機(jī)控制系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)微機(jī)控制系統(tǒng)大多用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，條件復(fù)雜惡劣，干擾頻繁。干擾嚴(yán)重影響控制系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。環(huán)境的特殊，要求微機(jī)控制系統(tǒng)必須有極高的抗干擾能力。所謂干擾，就是有用信號(hào)以外的噪聲或造成微機(jī)系統(tǒng)的設(shè)備不能正常工作的破壞因素。干擾的產(chǎn)生往往是多種因素決定，干擾的抑制是一個(gè)復(fù)雜的理論和技術(shù)問(wèn)題，實(shí)踐性較強(qiáng)。為此，必須分析干擾的來(lái)源，研究對(duì)于不同的干擾源采用不同的有效抑制或消除干擾的措施，重視接地布線和供電方面的抗干擾技術(shù)，重視CPU可靠運(yùn)行的抗干擾技術(shù)和應(yīng)用軟件中對(duì)數(shù)字信號(hào)的數(shù)據(jù)處理技術(shù)。本章要介紹這些方面的一些問(wèn)題。10．１干擾的來(lái)源及分類

10．1．1干擾的來(lái)源微機(jī)控制系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境的各種干擾主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1．惡劣的供電條

2．嚴(yán)重的噪聲環(huán)境此外，還有來(lái)自空間的干擾，如太陽(yáng)及其它天體輻射的電磁波，廣播電臺(tái)或通訊發(fā)射臺(tái)發(fā)出的電磁波，周圍電氣設(shè)備如電機(jī)、變壓器、中頻爐、可控硅逆變電源等發(fā)出的電干擾和磁干擾，氣象條件、空中雷電、甚至地磁場(chǎng)的變化也會(huì)引起干擾。這些空間輻射干擾有時(shí)會(huì)使微機(jī)不能正常工作。圖10．１．１形象地表示了微機(jī)控制系統(tǒng)的噪聲環(huán)境。3.其它工業(yè)環(huán)境的溫度、濕度、灰塵、腐蝕性氣體及其它損害，均會(huì)影響微機(jī)控制系統(tǒng)的可靠性。圖10．１．１微機(jī)控制系統(tǒng)的干擾來(lái)源

10．1．2干擾的分類按干擾的作用形式分類，干擾一般有串模干擾和共模干擾兩種。1．串模干擾串模干擾又稱差模干擾，它是串聯(lián)于信號(hào)回路之中的干擾，如圖10．１．２所示。圖中Us為信號(hào)電壓，Un為串模干擾電壓。Un即可來(lái)自干擾源，也可由信號(hào)源本身產(chǎn)生。在圖10．１．３中，如果鄰近的導(dǎo)線（干擾線）中有交變電流Ia流過(guò)，由不得產(chǎn)生的電磁干擾信號(hào)就會(huì)通過(guò)分布電容C1和C2的耦合，引入放大器的輸入端。產(chǎn)生串模干擾的原因有分布電容的靜電耦合、長(zhǎng)線傳輸?shù)幕ジ小⒖臻g電磁場(chǎng)引起的磁場(chǎng)耦合以及50Hz的工頻干擾等。2．共模干擾共模干擾是指放大器或模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的兩個(gè)輸入端上共有的干擾電壓。圖10．１．２串模干擾示意圖

圖10．１．３通過(guò)分布電容引入串模干擾圖10．１．４是模干擾引入的示意圖。在微機(jī)控制系統(tǒng)中，被測(cè)信號(hào)有單端對(duì)地輸入和雙端不對(duì)地輸入兩種方式。對(duì)于存在共模式干擾的場(chǎng)合，盡量不采用單端對(duì)地輸入方式，因?yàn)榇藭r(shí)的共模干擾電壓將串聯(lián)疊加，全部變?yōu)榇８蓴_電壓。10．2硬件方面對(duì)幾種主要干擾的抑制方法10．2．1電源噪聲的抑制實(shí)踐說(shuō)明，電源的干擾是微機(jī)控制系統(tǒng)的主要干擾，抑制這種干擾的主要措施有以下幾個(gè)方面。1.電源變壓器的屏蔽對(duì)電源變壓器設(shè)置合理的屏蔽（靜電屏蔽和電磁屏蔽）是一種十分有效而簡(jiǎn)單的抗干擾措施。在微機(jī)控制和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，常將電源變壓器的原副邊分別加以屏蔽，如圖10．２．１所示。屏蔽通常與鐵芯同時(shí)接地。在要求更高的場(chǎng)合，可采用層間也加屏蔽的結(jié)構(gòu)，如圖10．２．２所示。圖10．２．１電源變壓器的屏蔽

圖10．２．２電源變壓器的多層屏蔽

2.交流穩(wěn)壓器交流穩(wěn)壓器主要用于克服電網(wǎng)電壓波動(dòng)對(duì)系統(tǒng)的影響；同時(shí)，由于交流穩(wěn)壓器中有電磁線圈，對(duì)干擾也有一定的抑制作用。傳統(tǒng)的交流穩(wěn)壓器只能對(duì)付電源的慢慢變化，目前已有很多種能對(duì)付電源瞬間變化的凈化技術(shù)產(chǎn)品，較好地解決了問(wèn)題。

3.隔離變壓器高頻噪聲通過(guò)變壓器主要不是靠初次、級(jí)線圈的互感耦合，而是靠初、次級(jí)間寄生電容耦合的，因此，應(yīng)采用隔離變壓器或超隔離變壓器，以提高抗共模干擾的能力。4.低通濾波器采用低通濾波器（如圖10．２．３所示）能抑制電網(wǎng)侵入的外部高頻干擾。低通濾波器可讓50Hz的工頻信號(hào)無(wú)衰減地通過(guò)，而濾去高于50Hz的高次諧波。直流側(cè)可采用圖10．２．４所示雙T濾波器，以消除50Hz工頻干擾。其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，對(duì)固定頻率的干擾濾波效果好?？蓪㈦娙軨固定，調(diào)節(jié)電阻，在輸入50Hz信號(hào)的條件下，使Uo=0來(lái)確定電路參數(shù)。圖10．２．３50Hz低通濾波器圖10．２．４直流側(cè)用雙T濾波器

5．采用分散獨(dú)立功能塊供電在每個(gè)系統(tǒng)功能模塊上用三端穩(wěn)壓集成塊（如7805、7905抗干擾微機(jī)電源的供電配置如圖10．２．５所示的結(jié)構(gòu)。、7812、7912等）組成穩(wěn)壓電源。每個(gè)功能塊單獨(dú)對(duì)電壓過(guò)載進(jìn)行保護(hù)，不會(huì)因某塊穩(wěn)壓電源故障而使整個(gè)系統(tǒng)破壞，而且也減少了公共阻抗的相互耦合，大大提高供電的可靠性，也有利于電源散熱。圖10．２．５微機(jī)系統(tǒng)的抗干擾供電配置

6．選用成型設(shè)備可根據(jù)需要直接采用目前市場(chǎng)已大量上市的高抗干擾的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源、干擾抑制器和超大型隔離變壓器穩(wěn)壓電源、各類型不間斷電源UPS等。這類產(chǎn)品價(jià)格不高，即省事、又可靠。UPS要注意后備式和在線式的選用。對(duì)供電質(zhì)量要求較高的系統(tǒng)，采用在線式UPS。在線式UPS在電網(wǎng)正常電壓時(shí)，將交流輸入經(jīng)變壓、整流、濾波后，變成所需要的直流電壓送逆變器，經(jīng)逆變器變換和交流濾波，變成所需頻率和電壓的交流電壓供給負(fù)載。逆變器具有穩(wěn)壓和穩(wěn)頻雙重功能，提高了供電質(zhì)量。當(dāng)交流輸入停電時(shí)，由蓄電池組向逆變器供電，保證交流電不中斷。10．2．2過(guò)程通道干擾的抑制過(guò)程通道是輸入接口、輸出接口與主機(jī)或主機(jī)相互之間進(jìn)行信息傳輸?shù)穆窂剑谶^(guò)程通道中長(zhǎng)線傳輸?shù)母蓴_是主要因素。隨著系統(tǒng)主振頻率越來(lái)越高，微機(jī)系統(tǒng)過(guò)程通道的長(zhǎng)線傳輸越來(lái)越不可避免，防止干擾的問(wèn)題也就顯得越來(lái)越重要。干擾的來(lái)源是多方面的，對(duì)于共模、串模和長(zhǎng)線傳輸三類干擾，有不同的抑制方法。共模干擾的抑制方法主要有三種：變壓器隔離、光電隔離和浮地屏蔽；串模干擾的抑制方法主要也有三種：用雙絞線作信號(hào)引線、濾波、信號(hào)的差動(dòng)式收發(fā)；長(zhǎng)線傳輸干擾的抑制主要是消除線路中的波發(fā)射；采用阻抗匹配的方法。

1．變壓器隔離利用變壓器把模擬電路與數(shù)字電路隔離開(kāi)來(lái)，也就是把模擬地與數(shù)字地?cái)嚅_(kāi)，以使共模干擾電壓不能成回路，從而抑制了共模干擾。另外，隔離前和隔離后分別采用兩組相互獨(dú)立的電源，切斷兩部分的地線聯(lián)系。如圖10．２．６所示，被測(cè)信號(hào)Ui經(jīng)放大后，首先通過(guò)調(diào)制器變換成交流信號(hào)，經(jīng)隔離變壓器B傳輸?shù)礁边?，然后利用解調(diào)器再將它變換成直流信號(hào)U2，再對(duì)U2進(jìn)行A/D變換。圖10．２．６變壓器隔離

2．光電隔離光電耦合器件已在３．１節(jié)介紹，由其構(gòu)成的電路可有效地抑制干擾信號(hào)。此外，光電耦合器提供了較好的帶寬，較低的輸入失調(diào)漂移和增益溫度系數(shù)，因此能較好地滿足工業(yè)過(guò)程控制信號(hào)傳輸?shù)囊蟆９怆姼綦x電器如圖10．２．７所示。模式擬信號(hào)Us經(jīng)放大后，再利用光電耦合器的線性區(qū)，直接對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行光電耦合傳送。由于光電耦合器的線性區(qū)一般只在某一范圍內(nèi)，因此，應(yīng)保證被傳信號(hào)的變化范圍始終在線性區(qū)內(nèi)。為了保證線性耦合，即要嚴(yán)格挑選光電耦合器件，又要采取相應(yīng)的非線性校正措施，否則將產(chǎn)生較大誤差。另外，光電隔離前后兩部分電路應(yīng)分別采用兩組獨(dú)立的電源。與變壓器隔離裝置相比，光電隔離器的成本低，體積小，電路容易實(shí)現(xiàn)。圖10．２．７光電隔離電路

3．浮地屏蔽在強(qiáng)干擾環(huán)境下，為了保證微機(jī)系統(tǒng)有較高的可靠性，要采用光電耦合器將微機(jī)部分與其它所有外接通道實(shí)行浮地屏蔽的處理方法，圖10．２．8不僅是隔離電路，也是一個(gè)浮地屏蔽的實(shí)例。A/D轉(zhuǎn)換后的并行輸出口、D/A的并行數(shù)據(jù)輸入口以及地址與控制線均采用光電隔離，而光電耦合器的輸入、輸出回路的電源分別供電。這樣，完全切斷了系統(tǒng)主機(jī)部分與外界的一切電的傳輸聯(lián)系。在傳輸線較長(zhǎng)，現(xiàn)場(chǎng)干擾十分強(qiáng)烈時(shí)，為了提高整個(gè)系統(tǒng)的可靠邊性，可用光電耦合器將長(zhǎng)線完全“浮置”起來(lái)，如圖10．２．９所示。長(zhǎng)線的“浮置”去掉了長(zhǎng)線兩端的公共地線，不但有效地消除各邏輯電路的電流流經(jīng)公共地線時(shí)所產(chǎn)生的噪聲電壓相互干擾，而且也有效地解決了長(zhǎng)線驅(qū)動(dòng)和阻抗匹配等問(wèn)題，同時(shí)也可以防止受控設(shè)備短路時(shí)保護(hù)系統(tǒng)不受損壞。圖10．２．8光電耦合基本配置圖10．２．９傳輸長(zhǎng)線的光耦浮置處理

4．雙絞線傳輸串模干擾與信號(hào)串聯(lián)，多來(lái)于空間電磁干擾，可從干擾信號(hào)性質(zhì)和來(lái)源入手，區(qū)分不同情況采取措施。采用雙絞線傳輸?shù)哪康氖菧p少電磁感應(yīng)，并且使各個(gè)小環(huán)路的感應(yīng)電勢(shì)互相反向抵消。為清除產(chǎn)生串模式干擾來(lái)源，測(cè)量?jī)x表應(yīng)有良好電磁屏蔽和接地，選用帶有屏蔽層雙絞線或同軸電纜傳輸。與同軸電纜相比，雙絞線雖然頻帶較差，但波阻抗高，抗共模噪聲能力強(qiáng)。

5．濾波采用濾波抑制串模干擾是一種常用的方法。根據(jù)串模干擾頻率與被測(cè)信號(hào)頻率的分布情況，決定選用低通、高通、帶通等傳遞特性的濾波器。如圖10．２．10所示，或采用有源低通濾波器，如圖10．２．11所示。

6．信號(hào)的差動(dòng)式發(fā)收由于長(zhǎng)距離信號(hào)傳輸中存在共模干擾，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，這取決于現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境條件和微機(jī)等設(shè)備接地情況。圖10．２．１０無(wú)源阻容低通濾波器

圖10．２．１１有源低通濾波器

10．2．3空間干擾和電感性干擾的抑制

1．空間干擾空間干擾主要指磁場(chǎng)在線路、導(dǎo)線、殼體上的輻射、吸收和調(diào)制。在現(xiàn)場(chǎng)解決空間干擾時(shí)，首先要正確判斷是否是空間干擾，可以用圖10．２．１２所示的方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，即在系統(tǒng)供電電源入口處接入WRY型微機(jī)干擾抑制器或大型磁飽和穩(wěn)壓器，觀察干擾現(xiàn)象是否繼續(xù)存在，如干擾現(xiàn)象繼續(xù)存在則可認(rèn)為是空間干擾。2．電感性負(fù)載干擾實(shí)踐表明，在上節(jié)介紹的干擾源中，電感性負(fù)載切投所產(chǎn)生的干擾是微機(jī)控制系統(tǒng)最常見(jiàn)、最嚴(yán)重、最難克服的干擾之一。抑制電感性負(fù)載切投干擾的措施有如下兩種：一是采用阻容（RC）網(wǎng)絡(luò)。對(duì)電感性負(fù)載切投所產(chǎn)生干擾的抑制，可采用在負(fù)載兩端并聯(lián)RC網(wǎng)絡(luò)的方法，其目的是降低干擾幅值，減小干擾頻率，較好抑制干擾。如圖10．２．１３。所示，雖然在負(fù)載L1、L2兩側(cè)并接電容C0可降低干擾的頻率和幅值，但當(dāng)S閉合時(shí)，由于電容C0兩端電壓不能突變，因而致使開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)上瞬間流過(guò)一很大電流，加速了觸點(diǎn)燒蝕。可行的方法是在負(fù)載側(cè)并接一個(gè)RC串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，這樣不但可以減小干擾的幅值和頻率，而且可以限制觸點(diǎn)上的電流。圖10．２．１３抑制干擾的RC網(wǎng)絡(luò)其次是采用壓敏電阻。壓敏電阻是一種對(duì)電壓敏感的非線性電阻器件，其特性跟雙向穩(wěn)壓管一樣，是一種無(wú)極性的非線性對(duì)稱的抑制電感性負(fù)載反電勢(shì)干擾和保護(hù)觸頭的器件，既適用于直流電路，也適用于于交流電路；既可接在觸點(diǎn)上，又可接在線圈（包括變壓器線圈）上。與RC網(wǎng)絡(luò)相比，其參數(shù)選擇較容易，且不會(huì)由于電容的充放電而損傷觸點(diǎn)。壓敏電阻還具有溫度系數(shù)小、體積小、重量輕、價(jià)格便宜、使用方便等優(yōu)點(diǎn)。壓敏電阻的選取使用方法可參閱產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)或有關(guān)資料。10．2．4接地技術(shù)

廣義的接地包含兩方面的意思，即接實(shí)地和接虛地。接實(shí)地指的是與大地連接；接虛地指的是電位基準(zhǔn)點(diǎn)連接；如果地電位的基準(zhǔn)點(diǎn)自行浮置或浮空（即與大地電氣絕緣），則稱為浮地連接。在微機(jī)控制系統(tǒng)中，大致有以下幾種地線：模擬地、數(shù)字地、信號(hào)地、系統(tǒng)地、交流地和保護(hù)地。模擬地作為傳感器、變送器、放大器、A/D和D/A轉(zhuǎn)換器中模擬電路的零電位。模擬信號(hào)有精度要求，有時(shí)信號(hào)比較小，而且與生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)連接。有時(shí)為區(qū)別遠(yuǎn)距離傳感器的弱信號(hào)地與主機(jī)的模擬地關(guān)系，把傳感器的地叫信號(hào)地。數(shù)字地作為微機(jī)各種數(shù)字電路的零電位，應(yīng)該與模擬地分開(kāi)，避免模擬信號(hào)受數(shù)字脈沖的干擾。系統(tǒng)地是上述幾種地的最終回流點(diǎn)，直接與大地相連作為基準(zhǔn)零電位。保護(hù)地也叫安全地，目的是使設(shè)備機(jī)殼與大地等電位，以避免機(jī)殼帶電影響人身及設(shè)備安全。

1．一點(diǎn)接地與多點(diǎn)接地的應(yīng)用原則一般情況，低頻（1MHz以下）電路應(yīng)一點(diǎn)接地，高頻（10MHz以上）電路應(yīng)多點(diǎn)就近接地。低頻電路布線和元件間電感較小，而接地電路若形成環(huán)路，對(duì)干擾的影響卻很大，所以應(yīng)一點(diǎn)接地。對(duì)于高頻電路，地線上有電感，增加了地線阻抗，同時(shí)各地線之間又產(chǎn)生了電感耦合。當(dāng)頻率甚高時(shí)，特別是當(dāng)?shù)鼐€長(zhǎng)度等于1/4波長(zhǎng)的奇數(shù)倍時(shí)，地線阻抗就會(huì)變得很高，這時(shí)地線變成了天線，可以向外輻射噪聲信號(hào)。微機(jī)控制系統(tǒng)的工作頻率較低，對(duì)它起作用的干擾頻率也大都在1MHz以下，故宜采用多點(diǎn)接地。在1~10MHz之間，如用一點(diǎn)接地，其地線長(zhǎng)度不得超過(guò)波長(zhǎng)的1/20，否則應(yīng)采用多點(diǎn)接地。一點(diǎn)接地方式有串聯(lián)一點(diǎn)接地和并聯(lián)一點(diǎn)接地。（1）串聯(lián)一點(diǎn)接地串聯(lián)一點(diǎn)接地法如圖10．2．１4所示。圖中X、Y、Z三個(gè)電路和電源的接地點(diǎn)用某種型號(hào)的導(dǎo)線（設(shè)導(dǎo)線電阻為３．２mΩ）依次等長(zhǎng)連接在一個(gè)公共地端，這種接法引線少，簡(jiǎn)單易行。但由于三個(gè)支路“共享”了地線壓降，所以每個(gè)支路與地之間存在著不同的電位差。為了改善這種情況，各支路地線應(yīng)盡可能縮短，線徑加粗，電壓較低的支路應(yīng)安排在距電源最近處。圖10．2．14串聯(lián)一點(diǎn)接地法及電位情況并聯(lián)一點(diǎn)接地法如圖10．2．15所示。從每一部分電路到供電電源的低端分開(kāi)走線，導(dǎo)線電阻與線長(zhǎng)成正比。這樣，X電路地電位可忽略不計(jì)，Z電路地電位減少了90%，Y電路的對(duì)地電位變化不大。各支路電流在導(dǎo)線上所產(chǎn)生的壓降互不影響，不會(huì)形成干擾，這是并聯(lián)一點(diǎn)接地的突出優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)比較麻煩。為改善圖10．2．15中Z電路對(duì)地的電位差，信號(hào)返回線可用更粗導(dǎo)線。如條件允許，可用分開(kāi)的電源，如圖10．2．16所示。由上述可知，串聯(lián)一點(diǎn)接地法并不是真正的一點(diǎn)接地，并聯(lián)一點(diǎn)接地抗干擾性能好，實(shí)踐中應(yīng)盡量采用并聯(lián)一點(diǎn)接地。圖10．2．15并聯(lián)一點(diǎn)接地法及電位情況

圖10．2．16電路Z分開(kāi)供電示意圖

（3）數(shù)字地和模擬地?cái)?shù)字地有較大噪聲而且電平的跳躍會(huì)造成很大的電流尖峰，所有的模擬公共地線應(yīng)該與數(shù)字公共地線分開(kāi)走線，然后只是在一點(diǎn)匯在一起。特別是在ADC和DAC電路中，尤其要注意地線的正確連接，否則轉(zhuǎn)換將不準(zhǔn)確，且干擾嚴(yán)重。因此ADC、DAC和采樣保持芯片都提供了獨(dú)立的模擬地和數(shù)字地，它們分別有相應(yīng)的管腳，必須將所有器件的模擬地和數(shù)字地分別相連，模擬地與數(shù)字地僅在一點(diǎn)上相連接，除此連接點(diǎn)外，在芯片和其它電路中切不可再有公共點(diǎn)，如圖10．2．17所示。

圖10．2．17正確的地線連接

2．輸入部分的接地（１）輸入屏蔽線接地由一點(diǎn)接地信號(hào)為１ＭＨｚ以下與多點(diǎn)接地的應(yīng)用原則來(lái)確定輸入信號(hào)屏蔽線是一點(diǎn)接地還是兩點(diǎn)接地，具體電路如圖10．2．18所示。（a）屏蔽線終端一點(diǎn)接地（b）屏蔽線始端一點(diǎn)接地（c）屏蔽線雙端接地圖10.2.18屏蔽線接地

（２）屏蔽罩接地

微機(jī)控制系統(tǒng)中的放大器通常采用屏蔽罩，而信號(hào)的傳送往往要用屏蔽線。對(duì)于屏蔽線的兩種單端接地情況要注意：信號(hào)源浮地屏蔽線在接收端接地應(yīng)與屏蔽罩互聯(lián)；屏蔽線在信號(hào)源端接地，接收端的放大器應(yīng)浮地。這樣分別情況接地是為了避免流過(guò)屏蔽線的電流，通過(guò)屏蔽線與信號(hào)線間的電容產(chǎn)生對(duì)信號(hào)的干擾。一般輸入信號(hào)較小，而模擬信號(hào)又容易受干擾。因此，要格外重視屏蔽罩的接地。３．主機(jī)部分的接地工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)主機(jī)部分接地有時(shí)是出于人身或設(shè)備安全方面的考慮，但更主要的是為了防止干擾，提高可靠性。下面介紹幾種主機(jī)接地方式。

（１）主機(jī)外殼接地、機(jī)芯浮空為提高微機(jī)的抗干擾能力，將主機(jī)外殼作為屏蔽罩接地，而把機(jī)內(nèi)器件架與外殼絕緣，絕緣電阻大于５０ＭΩ，即機(jī)內(nèi)信號(hào)地浮空，如圖10．2．19a)所示。這種方法抗干擾能力強(qiáng)，而且安全可靠，但要注意一旦絕緣電阻降低將會(huì)引入干擾。

(2)全機(jī)一點(diǎn)接地主機(jī)機(jī)芯與外部設(shè)備地相聯(lián)后，采用一點(diǎn)接地，如圖10．2．19b)所示。為避免多點(diǎn)接地，各機(jī)座用絕緣板墊起來(lái)。這種接地也具有較好的抗干擾能力。但要注意接地電阻越小越好。（3）多機(jī)系統(tǒng)的接地在微機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，多臺(tái)機(jī)器之間相互通訊，資源共享。如果接地不合理，將使整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)無(wú)法正常工作。遠(yuǎn)距離的幾臺(tái)微機(jī)安裝在同一機(jī)房?jī)?nèi)，可采用圖10．2．3b)那樣的多機(jī)一點(diǎn)接地方法。對(duì)遠(yuǎn)距離的網(wǎng)絡(luò)，多臺(tái)微機(jī)之間的數(shù)據(jù)通訊，通過(guò)隔離的辦法把地分開(kāi)。6.2.5布線的抗干擾技術(shù)在微機(jī)系統(tǒng)中，正確的布線方法也是重要抗干擾措施，一般布線原則如下：1從交流供電電源到微機(jī)系統(tǒng)電源（1）微機(jī)控制系統(tǒng)電源與交流供電電源之間距離宜遠(yuǎn)，引線盡量短、粗、直。（2）從微機(jī)控制系統(tǒng)電源到交流供電電源端線路上開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)應(yīng)盡量減小，觸點(diǎn)接觸力求可靠。

2微機(jī)系統(tǒng)電源的輸入輸出走線盡量選用電流一去一回的兩根扭絞線供電，扭絞螺距最好小于3cm。如果導(dǎo)線粗無(wú)法扭絞時(shí)，應(yīng)將線距縮到最短。從交流供電電源到微機(jī)系統(tǒng)電源的布線原則也適用于這一段。外部輸入信號(hào)的緩沖器和隔離器的配線，燈泡、繼電器等感性負(fù)載的驅(qū)動(dòng)線等必須使用雙絞線。下述部分應(yīng)分開(kāi)配線，線間盡量拉開(kāi)一定距離。（1）交流線：從噪聲濾波器輸出到供電電源的交流線已經(jīng)過(guò)濾波處理，故這一段交流線不允許與其它交流線一起布線。（2）直流穩(wěn)壓電源線：如果直流穩(wěn)壓電源線使用帶屏蔽的電纜時(shí)，供數(shù)字電路及模擬電路用的電源線可以看作與下面（3）相同的部分進(jìn)行布線。（3）數(shù)字信號(hào)線和模擬信號(hào)線。（4）燈泡、繼電器等到感性負(fù)載的驅(qū)動(dòng)線和非穩(wěn)壓的直流線。3從微機(jī)電源到箱架電路板的布線為盡量減少阻抗，應(yīng)該用粗導(dǎo)線或匯流排配線，匯流排之前配以短距離的雙絞線。如遇到遠(yuǎn)距離輸出時(shí)，應(yīng)從箱架最近處，如在匯流排處輸出，如圖10．2．20所示。過(guò)渡線的接入方法當(dāng)兩個(gè)負(fù)載之間傳送信號(hào)時(shí)，要接入過(guò)渡線，過(guò)渡線原則上應(yīng)避免從模擬電路過(guò)渡，由過(guò)渡線實(shí)現(xiàn)電路的共地。數(shù)字電路的過(guò)渡如圖10．2．21所示。圖中（a）、（b）都是正確的過(guò)渡線連接方法，但當(dāng)負(fù)載（A）、（B）之間有信號(hào)傳送時(shí)，大多以（b）方式為好。前兩節(jié)主要介紹硬件的抗干擾技術(shù)，在后兩節(jié)中介紹軟件抗干擾技術(shù)。

圖10．2．20微機(jī)電源到箱架電路板的配線圖10．2．21過(guò)渡線的正確法

6．3CPU抗干擾技術(shù)當(dāng)干擾可能通過(guò)三總線作用進(jìn)入CPU本身時(shí)，CPU將不能按正常狀態(tài)執(zhí)行程序，從而引起混亂。為盡可能無(wú)擾動(dòng)地恢復(fù)系統(tǒng)正常狀態(tài)，常采取以下措施。6.3.1人工復(fù)位對(duì)于失控的CPU，最簡(jiǎn)單的方法是使其復(fù)位，程序從0000H地址開(kāi)始執(zhí)行。為此只要在8051系列單片機(jī)的REST端加上一個(gè)高電平信號(hào)，并持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期以上即可。RESET端接有一個(gè)上電復(fù)位電路，它由一個(gè)小電解電容和一個(gè)接地電阻組成，人工復(fù)位電路另外采用一個(gè)按鈕來(lái)給RESET端加上高電平信號(hào)。圖10．3．１為放電型人工復(fù)位電路，上電時(shí)Ｃ通過(guò)Ｒ充電，維持一段足夠的高電平時(shí)間就完成了上電復(fù)位功能。Ｃ充電結(jié)束后，RESET端為低電平，ＣＰＵ正常工作。需要人工復(fù)位時(shí)，按下按鈕Ｋ，Ｃ通過(guò)Ｋ和Ｒ１放電，RESET端電位上升到高電平，實(shí)現(xiàn)人工復(fù)位。Ｋ松開(kāi)后，Ｃ重新充電，充電結(jié)束后，CPU重新工作。Ｒ1是限流電阻，阻值不要過(guò)大，否則不能實(shí)現(xiàn)人工復(fù)位。一般R1＝１Ｋ，R2=10K，Ｃ＝10μＦ。圖10．3．1放電型人工復(fù)位

人工復(fù)位雖然可以強(qiáng)迫ＣＰＵ走上正軌，而且電路簡(jiǎn)單，但最大的缺點(diǎn)是不及時(shí)，往往系統(tǒng)已經(jīng)癱瘓，人們?cè)跓o(wú)可奈何的情況下才按下復(fù)位按鈕。如果軟件上上沒(méi)有特別的措施，人工復(fù)位和上電復(fù)位具有同等到作用，系統(tǒng)一切從頭開(kāi)始，已經(jīng)完成的工作量全部作廢，這在控制系統(tǒng)中是不允許的。因此，人工復(fù)位主要用于非控制系統(tǒng)，如各類智能測(cè)試儀器。如果CPU在受到干擾后能自動(dòng)采取補(bǔ)救措施，再自動(dòng)復(fù)位，這才能為各類控制系統(tǒng)所接受。10.3.2掉電保護(hù)電網(wǎng)瞬間斷電或電壓突然下降，將使微機(jī)系統(tǒng)陷入混亂狀態(tài)；當(dāng)電網(wǎng)電壓恢復(fù)正常后，微機(jī)系統(tǒng)難以恢復(fù)正常狀態(tài)，對(duì)這一類事故的有效方法就是采用掉電表保護(hù)，掉電保護(hù)由硬件電路檢測(cè)到，加到單片機(jī)的外部中斷輸入端。軟件中將掉電中斷規(guī)定為高級(jí)中斷，使系統(tǒng)能夠及時(shí)對(duì)掉電作出反應(yīng)。在掉電中斷子程序中，首先進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)，把當(dāng)時(shí)的重要狀態(tài)參數(shù)，中間結(jié)果一一從片外RAM中調(diào)入單片機(jī)的RAM中，某些片內(nèi)專用寄存器的內(nèi)容也轉(zhuǎn)移到片內(nèi)通用RAM中。其次是對(duì)有關(guān)設(shè)備作出妥善處理，如關(guān)閉各輸入輸出口，使外設(shè)處于某一個(gè)非工作狀態(tài)等。最后必須在片內(nèi)RAM的某一個(gè)或兩個(gè)單元作上特定標(biāo)記，例如存入0AAH或55H之類的代碼，作為掉電標(biāo)記。這些應(yīng)急措施全部實(shí)施完畢后，即可進(jìn)入掉電保護(hù)工作狀態(tài)。為保證掉電子程序能順利執(zhí)行，掉電檢測(cè)電路必須在電壓下降到CPU最低工作電壓之前就提出中斷申請(qǐng)，提前時(shí)間為幾百微秒到數(shù)毫秒。掉電后，外圍電路失電，但CPU不能失電，以保持RAM中內(nèi)容不變，故CPU應(yīng)有一套備用電源。另外，CPU應(yīng)采用CMOS型80C31芯片，執(zhí)行一條ORLP

CON，#2的指令后即可進(jìn)入掉電工作狀態(tài)。當(dāng)電源恢復(fù)正常時(shí)，CPU重新復(fù)位，復(fù)位后應(yīng)首先檢查是否有掉電標(biāo)記，如果沒(méi)有，按一般開(kāi)機(jī)程序執(zhí)行（系統(tǒng)初始化等）。如果有掉電標(biāo)記,則說(shuō)明本次復(fù)位為掉電保護(hù)之后的復(fù)位,不應(yīng)將系統(tǒng)初始化,而應(yīng)按掉電中斷子程序相反的方式恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng),以一種合理的安全方式使系統(tǒng)繼續(xù)工作。為實(shí)現(xiàn)以上功能,必須有一套功能完備的硬件掉電檢測(cè)電路和CPU電源切換電路,如圖10．3．２所示。利用R3和Dw在運(yùn)放的負(fù)輸入端建立一個(gè)參考電壓信號(hào)(約2.5~3.5V),再由R1和R2的分壓,在運(yùn)放的正輸入端建立電源檢測(cè)信號(hào),調(diào)整R1和R2的比值,使Vcc高于4.8V時(shí)運(yùn)放輸出為高電平,當(dāng)Vcc低于4.8V時(shí),運(yùn)放輸出低電平信號(hào),觸發(fā)80C31的外部中斷。CPU進(jìn)入掉電保護(hù)后耗電極微,Vcc繼續(xù)下降后,CPU通過(guò)D2從備用電池E中得到工作電壓(2.3~2.5V),維持片內(nèi)RAM中數(shù)據(jù)不丟失。如果電容C選用自身漏電極微的大容量電解電容(1000μF以上),二極管D1選用硅二極管,在不要備用電源E(當(dāng)然也不要二極管D2)的情況下,RAM中的信息可以保持24小時(shí)以上,這對(duì)于天天都開(kāi)機(jī)的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)是完全足夠的。圖10．3．２掉電檢測(cè)和備用電源10．3．3睡眠抗干擾CMOS型80C31通過(guò)執(zhí)行ORLPCON,#1還可以進(jìn)入睡眠狀態(tài),只有定時(shí)/計(jì)數(shù)系統(tǒng)和中斷系統(tǒng)處于工作狀態(tài)。這時(shí)CPU對(duì)系統(tǒng)三總線上出現(xiàn)的干擾不會(huì)作出什么反應(yīng),從而大大降低了系統(tǒng)對(duì)干擾的敏感程度。仔細(xì)分析系統(tǒng)軟件后可以發(fā)現(xiàn),CPU并不是一直忙于工作,有很多情況下是在執(zhí)行一些踏步等待指令和循環(huán)檢查程序,由于這時(shí)CPU雖未干什么主要工作,但卻是很容易受干擾。我們讓CPU在沒(méi)有工作時(shí)就睡覺(jué),有工作時(shí)再由中斷系統(tǒng)來(lái)喚醒它,干完后又接著睡覺(jué)。采用這種安排之后,大多數(shù)CPU可以有50%~95%的時(shí)間用于睡覺(jué),從而使CPU受到隨機(jī)干擾的威脅就大大降低,對(duì)于低功耗系統(tǒng),CPU的功耗也有所下降。在一些大功率微機(jī)控制系統(tǒng)中,大電流和高電壓設(shè)備的投入和切除都是由軟件指令來(lái)完成的.這些指令執(zhí)行之后,必然引起強(qiáng)烈的干擾,這些干擾不能算隨機(jī)干擾,它們與軟件完全相關(guān).如果CPU在作好各種準(zhǔn)備工作之后,進(jìn)行可能引起強(qiáng)烈干擾的I/O操作之后，立即進(jìn)入睡眠狀態(tài),也就不會(huì)受到干擾了。等到下一次醒來(lái)時(shí),干擾的高峰也基本消失了。按這種思想設(shè)計(jì)的軟件有如下特點(diǎn):主程序在完成各種自檢、初始化工作后,用下述兩條指令取代踏步指令:LOOP:ORLPCON,#1LJMPLOOP10.3.4指令冗余當(dāng)CPU受到干擾后，往往將一些操作數(shù)當(dāng)作指令碼來(lái)執(zhí)行，引起程序混亂，這時(shí)首先要盡快將程序納入正軌（執(zhí)行有用程序）。MCS-51指令系統(tǒng)中所有的指令都不超過(guò)3個(gè)字節(jié)，而且有很多單字節(jié)指令。在雙字節(jié)指令和三字節(jié)指令之后插入兩條NOP后，可保護(hù)其后的指令不被拆散?；蛘哒f(shuō)，某指令前如果插入兩條NOP指令，則這條指令就不會(huì)被前面沖下來(lái)的失控程序拆散，并將被完整執(zhí)行，從而使程序走上正軌。但不能在程序中加入太多的冗余指令，以免明顯降低程序正常運(yùn)行的效率。因此，常在一些對(duì)程序流向起決定作用的指令之前插入兩條NOP指令，以保證彈飛的程序迅速納入正軌。此類指令有：RET、RETI、ACALL、LCALL、SJMP、AJMP、LJMP、JZ、JNZ、JC、JNC、JB、JNB、JBC、CJNE、DJNZ等。10.3.5軟件陷阱指令冗余使彈飛的程序安定下來(lái)是有條件的，首先彈飛的程序必須落到程序區(qū)，其次必須執(zhí)行到冗余指令。當(dāng)彈飛的程序落到非程序區(qū)（如EPROM中未使用的空間、程序中的數(shù)據(jù)表格區(qū)）時(shí)，前一個(gè)條件即不滿足。當(dāng)彈飛的程序在沒(méi)有碰到冗余指令之前，已經(jīng)自動(dòng)形成一個(gè)死循環(huán)，這時(shí)第二個(gè)條件也不滿足，對(duì)付前一種情況采取的措施就是設(shè)置軟件陷阱，對(duì)于后一種情況采取的措施就是建立程序運(yùn)行監(jiān)視系統(tǒng)（WATCHDOG）。所謂軟件陷阱，就是一條引導(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(mén)對(duì)程序出錯(cuò)進(jìn)行處理的程序。如果把該程序的入口標(biāo)號(hào)稱為ERR的話，軟件陷阱即為一條LJMPERR指令，為加強(qiáng)其捕捉效果，一般還在它前面加兩條NOP指令，因此，真正的軟件陷阱由三條指令構(gòu)成：

NOPNOPLJMPERR軟件陷阱安排在下列四種地方：（1）未使用的中斷向量區(qū)。有的編程人員將未使用的中斷向量區(qū)（0003H~002FH）用于編程，以節(jié)約ROM空間，這是不可取的?，F(xiàn)在EPROM的容量越來(lái)越大，價(jià)格也不貴，節(jié)約幾十個(gè)字節(jié)的ROM空間已毫無(wú)意義。當(dāng)干擾使未使用的中斷開(kāi)放，并激活這些中斷時(shí)，就會(huì)進(jìn)一步引起混亂。如果在這些地方布上陷阱，就能及時(shí)捕捉到錯(cuò)誤中斷。例如：系統(tǒng)共使用了三個(gè)中斷：INT0、T0、T1，它們的中斷子程序分別為PGINT0、PGT0、PGT1，可按如下方式來(lái)設(shè)置中斷向量區(qū)：ORG0000HLJMPMAIN；引向主程序入口LJMPPGINT0；INT0中斷正常入口NOP；冗余指令NOP；LJMPERR；陷阱LJMPPGT0；T0中斷正常入口NOP；冗余指令NOP；LJMP

ERR；陷阱

`

LJMPPGT1；未使用INT1，設(shè)陷阱NOP；冗余指令NOPLJMPERR：陷阱LJMPPGT1；T1中斷正常入口NOP；冗余指令NOP；LJMPERR；陷阱LJMPERR；未使用串行口中斷，設(shè)陷阱NOP；冗余指令NOPLJMPERR；陷阱LJMPERR；未使用T2中斷（8052）NOP；冗余指令NOP從0030H開(kāi)始再編寫(xiě)正式程序，先編主程序還是先編中斷服務(wù)程序都是可以的。（2）未使用的大片未編程的ROM空間，一般都是2764或27128，很少有將其全部用完的。對(duì)于剩余的大片未編程的ROM空間，一般均維持原狀0FFH，這對(duì)于8051指令系統(tǒng)來(lái)講，是一條單字節(jié)指令（MOVR7，A），程序彈飛到這一區(qū)域后將順流而下，不再跳躍（除非受到新的干擾）。只要每隔一段設(shè)置一個(gè)陷阱，就一定能捕捉到彈飛的程序。有的編程者用力020000（即LJMPSTART）來(lái)填充ROM的未使用空間，以為兩個(gè)00H既是地址，可設(shè)置陷阱，又是NOP指令，起到雙重作用，實(shí)際上是不妥的。程序出錯(cuò)后直接從頭開(kāi)始執(zhí)行將有可能發(fā)生一系列的麻煩事情。軟件陷阱一定要指向出錯(cuò)處理過(guò)程ERR?？梢詫RR安排在0030H開(kāi)始的地方，程序不管怎樣修改，編譯后ERR的地址總是固定的（因?yàn)樗懊娴闹袛嘞蛄繀^(qū)是固定的）。這樣就可以用0000020030五個(gè)字節(jié)作為陷阱來(lái)填充ROM中的未使用空間，或者每隔一段設(shè)置一個(gè)陷阱（020030），其它單元保持0FFH不變。（3）表格。有兩類表格，一類是數(shù)表格，供MOVCA，@A+PC指令或MOVCA，@A+DPTR指令使用，其內(nèi)容完全不是指令。另一類是散轉(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或兩字節(jié)指令A(yù)JMP。由于表格內(nèi)容和檢索值有一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，在表格中間安排陷阱將會(huì)破壞其連續(xù)性和對(duì)應(yīng)關(guān)系，只能在表格的最后安排五字節(jié)陷阱：NOPNOPLJMP

ERR。由于表格區(qū)一般較長(zhǎng)，安排在最后的陷阱不能保證一定接到飛來(lái)的程序，只有別處陷阱或冗余指令來(lái)收服了。（4）程序區(qū)。程序區(qū)是一連串執(zhí)行指令構(gòu)成的，不能在這些指令串中間任意安排陷阱，否則正常執(zhí)行的程序也被抓走。但是，在這些指令串之間常有一些斷裂點(diǎn)，正常執(zhí)行的程序到此便不會(huì)繼續(xù)往下執(zhí)行了，這類指令有LJMP、SJMP、AJMP、RET、RETI。這時(shí)PC的值應(yīng)發(fā)生正常跳變。如果還要順次往下執(zhí)行，必然就出錯(cuò)了。當(dāng)然，彈飛的程序剛好落到斷裂點(diǎn)的操作數(shù)上或落到前面指令的操作數(shù)上（又沒(méi)有在這條指令之前使用冗余指令），則程序就會(huì)正常執(zhí)行的程序流程。例如：在一個(gè)根據(jù)累加器A中內(nèi)容的正、負(fù)、零情況進(jìn)行三分支的程序中，軟件陷阱的安置方式如下：JNZXYZ·；零處理··

AJMPABC；斷裂點(diǎn)NOP；陷阱NOPLJMPERRXYZ：JB

ACC7，UVW··；正處理·AJMP

ABC；斷裂點(diǎn)NOP；陷阱NOPLJMPERRUVW：·；負(fù)處理··ABC：MOVA，R2；取結(jié)果RET；斷裂點(diǎn)NOP；陷阱NOP；LJMPERR6.程序運(yùn)行監(jiān)視系統(tǒng)（WATCHDOG）前已述及，當(dāng)程序彈飛到一個(gè)臨時(shí)構(gòu)成的死循環(huán)時(shí)，冗余指令和軟件陷阱也無(wú)能為力了，這時(shí)系統(tǒng)完全癱瘓。如果操作者在場(chǎng)，可以按下人工復(fù)位按鈕，強(qiáng)制系統(tǒng)復(fù)位，擺脫死循環(huán)。但操作者不能一直監(jiān)視著系統(tǒng)，即使在監(jiān)視著系統(tǒng)，也往往是在引起不良后果之后才能進(jìn)行人工復(fù)位。為讓微機(jī)自己來(lái)監(jiān)視系統(tǒng)運(yùn)行情況，特為系統(tǒng)裝加“程序運(yùn)行監(jiān)視系統(tǒng)”。國(guó)外把“程序運(yùn)行監(jiān)視系統(tǒng)”稱為WATCHDOG（看門(mén)狗），它有如下特性：（1）本身能獨(dú)立工作，基本上不依賴CPU。(2）CPU在一個(gè)固定的時(shí)間間隔中和監(jiān)視系統(tǒng)打一次交道，以表明系統(tǒng)“目前尚正?！?。（3）當(dāng)CPU掉入死循環(huán)后，能及時(shí)發(fā)覺(jué)并使系統(tǒng)復(fù)位。在8096系列單片機(jī)和增強(qiáng)型8051系列單片中，已將該系統(tǒng)做入芯片里，使用起來(lái)很方便。而在普通型8051系列單片機(jī)系統(tǒng)中，必須由用戶自己建立。如果要達(dá)到WATCHDOG的真正目標(biāo)，該系統(tǒng)必須包括一定的硬件部分，它完全獨(dú)立于CPU之外。如果為了簡(jiǎn)化硬件電路，也可以采用純軟件的WATCHDOG系統(tǒng)。當(dāng)硬件電路設(shè)計(jì)時(shí)未考慮到采用WATCHDOG，則軟件WATCHDOG是一個(gè)比較好的補(bǔ)救措施，只是其可靠性稍差一些。WATCHDOG的硬件部分為一獨(dú)立于CPU之外的部件，可用單穩(wěn)電路構(gòu)成，也可用自帶脈沖源的計(jì)數(shù)器構(gòu)成。CPU正常工作時(shí)，每隔一段時(shí)間就輸出一個(gè)脈沖，將單穩(wěn)系統(tǒng)觸發(fā)到暫穩(wěn)態(tài)，暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時(shí)間設(shè)計(jì)得比CPU的觸發(fā)周期長(zhǎng)，因而單穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)就不能回到穩(wěn)態(tài)。當(dāng)CPU陷入死循環(huán)后，再也不能觸發(fā)單穩(wěn)系統(tǒng)了，單穩(wěn)系統(tǒng)便可以順利返回穩(wěn)態(tài)，利用它返回穩(wěn)態(tài)時(shí)輸出的信號(hào)作為復(fù)位信號(hào)，便可使CPU退出死循環(huán)。圖10．3．３為用計(jì)數(shù)器構(gòu)成的WATCHDOG電路。圖10．3．３計(jì)數(shù)器WATCHIDOG電路將555接成一個(gè)多諧振蕩器，周期為T(mén)0，將74LS93接成十六進(jìn)制計(jì)數(shù)器，當(dāng)數(shù)到第八個(gè)脈沖時(shí)QＤ端變?yōu)楦唠娖?。單片機(jī)用一條輸出端口（例如P17）輸出清零脈沖，只要每次清零脈沖的時(shí)間間隔短于8個(gè)脈沖周期，計(jì)數(shù)器就總是計(jì)不到8，QＤ端保持低電平。當(dāng)CPU受干擾而掉入死循環(huán)時(shí)，就不能送出復(fù)位脈沖了，計(jì)數(shù)器很快數(shù)到8，QD端立即變?yōu)楦唠娖剑?jīng)過(guò)微分電路C2、R3輸出一個(gè)正脈沖，使CPU復(fù)位。在這里，CPU的復(fù)位信號(hào)有三個(gè)：上電復(fù)位（C1、R1），人工復(fù)位（Ka、R2、R1）和WATCHDOG復(fù)位（C2、R3），通過(guò)或門(mén)綜合后加到RESET端。C2、R3的時(shí)間常數(shù)不必太大，有數(shù)百微秒便可，因?yàn)檫@時(shí)CPU的振蕩器已經(jīng)在工作。74KLS93的清零信號(hào)為高電平，為防止CPU掉入死循環(huán)前將P17變?yōu)楦唠娖蕉筗ATCHDOG失效，在P17和計(jì)數(shù)器的清零端之間加一個(gè)微分隔離電路。CPU在平時(shí)保持P17為低電平，每間隔一段時(shí)間（不超過(guò)8個(gè)T0），從P17輸出一個(gè)正脈沖，經(jīng)微分后使計(jì)數(shù)器清零。這個(gè)微分電路的時(shí)間常數(shù)可選數(shù)秒級(jí)。脈沖源555的振蕩周期T0大小可由系統(tǒng)軟件的循環(huán)周期來(lái)決定。如果系統(tǒng)有一自始至終都工作的軟件時(shí)鐘系統(tǒng)，可將復(fù)零操作放在時(shí)鐘中斷里完成，這時(shí)555的振蕩周期T0必須大于1/8系統(tǒng)時(shí)鐘中斷周期，通常取1/4~1/2時(shí)鐘中斷周期。如果系統(tǒng)沒(méi)有固定的定時(shí)中斷，可將復(fù)零操作放在監(jiān)控循環(huán)中執(zhí)行。如果程序中有查詢等待指令（在某些用握手方式跟外設(shè)打交道的程序中常出現(xiàn)）時(shí)特別注意，如用P11查詢：WAIT：JBP11，WAIT這時(shí)，有可能外設(shè)要持續(xù)一段較長(zhǎng)時(shí)間才能準(zhǔn)備好，這段時(shí)間如果大于WATCHDOG允許時(shí)間，系統(tǒng)將被復(fù)位。為此，改成如下結(jié)構(gòu)便可：WAIT：SETBP17；復(fù)位WATCHDOGNOPNOPCLRP17；允許WATCHDOG開(kāi)始工作NOPNOPJBP17WAIT；查詢等待上面介紹的WATCHDOG電路是計(jì)數(shù)器型的，如果要用單穩(wěn)態(tài)電路構(gòu)成，電路必須仔細(xì)推敲，有很多單穩(wěn)電路是不能靠連續(xù)觸發(fā)來(lái)長(zhǎng)期維持穩(wěn)態(tài)的，使用中應(yīng)注意。有時(shí)為了簡(jiǎn)化硬件電路，也可以建立一個(gè)軟件的WATCHDOG系統(tǒng)。當(dāng)系統(tǒng)掉進(jìn)死循環(huán)后，只有比這個(gè)死循環(huán)更高級(jí)的中斷子程序才能有對(duì)CPU的控制權(quán)。為此可用一個(gè)定時(shí)器來(lái)做WATCHDOG，將它的溢出中斷設(shè)定為高級(jí)中斷（掉電中斷選用INT0時(shí)，也可設(shè)為高級(jí)中斷，并享有比定時(shí)中斷優(yōu)先的地位）。系統(tǒng)中的其它中斷均設(shè)為低級(jí)中斷。例如用T0作WATCHDOG，定時(shí)約為16ms，可以在初始化時(shí)這樣建立WATCHDOG：MOVTMOD，#01H；設(shè)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MOVTL0，#0C0HMOVTH0，#0E0H；定時(shí)約16ms（6MHz晶振）SETBTR0；啟動(dòng)T0SETBEA；開(kāi)中斷以上初始化過(guò)程可和其它資源初始化一并進(jìn)行。如T1也作為16位定時(shí)器，則可以用MOVTMOD，#11H來(lái)代替MOVTMOD，#01H。WATCHDOG啟動(dòng)以后，系統(tǒng)工作程序必須經(jīng)常對(duì)它發(fā)信號(hào)，每?jī)纱沃g的間隔不得大于16ms（例如每10ms發(fā)一次）。執(zhí)行一條MOVTH0，#0E0H指令即可。如果用MOVTH0，#0來(lái)工作，它將保持131ms（而不是要求的16ms）。這條指令的安放原則和硬件WATCHDOG相同。當(dāng)程序掉入死循環(huán)后，16ms之內(nèi)即可引起一次T0溢出，產(chǎn)生高級(jí)中斷，從而退出死循環(huán)。T0中斷可直接轉(zhuǎn)向出錯(cuò)處理程序，在中斷向量區(qū)安放一條LJMPERR即可。由出錯(cuò)處理程序來(lái)完成各種善后工作，并用軟件方使系統(tǒng)復(fù)位。軟件WATCGDOG需要系統(tǒng)讓出一個(gè)定時(shí)器資源，這在某些系統(tǒng)中是很難辦到的，如果還想采取軟件WATCHDOG，可以讓T0作兼職WATCHDOG，由于T0中斷子程序分擔(dān)部分工作程序。如果在執(zhí)行這段工作程序中掉進(jìn)死循環(huán)，WATCHDOG系統(tǒng)當(dāng)然也同時(shí)癱瘓了，因此，這部分兼職工作程序的執(zhí)行時(shí)間應(yīng)盡可能短些。專職WATCHDOG在正常情況下是不發(fā)生溢出中斷的，而兼職WATCHDOG在正常情況下必定發(fā)生溢出中斷，因?yàn)樗€有兼職的工作要完成。這時(shí)可以另外用一個(gè)單元作為計(jì)數(shù)器，統(tǒng)計(jì)T0中斷的次數(shù)。當(dāng)T0中斷次數(shù)達(dá)到某個(gè)規(guī)定值時(shí)（例如5次），即作出錯(cuò)處理，這時(shí)在主程序和其它低級(jí)中斷子程序中均插入若干條使計(jì)數(shù)器清零的指令，系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，該計(jì)數(shù)器的值不斷被清零，是增加不到滿值的，故不會(huì)引起出錯(cuò)處理。當(dāng)系統(tǒng)掉進(jìn)死循環(huán)后，T0中斷使程序退出死循環(huán)，將計(jì)數(shù)器加一，然后返回到死循環(huán)中繼續(xù)死循環(huán)，然后中斷，如此下去，直到計(jì)數(shù)器加到指定值便作出錯(cuò)處理。兼職WATCHDOG中斷子程序結(jié)構(gòu)如圖10．3．４所示。設(shè)計(jì)單元為39H，時(shí)鐘6MHz，T0定時(shí)為5ms。工作方式1，最大允許死循環(huán)時(shí)間為25ms（5次），中斷子程序如下：WATCHDOG：PUSHACC；保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)

PUSHPSWMOVTL0，#3CH；置初值

MOVTH0，#0F6HINC39H；計(jì)數(shù)器加一

MOVA，39HADDA，#0FBH；是否達(dá)到5次

JNCWATCHLJMP

ERR；出錯(cuò)處理WATCH：…；執(zhí)行兼職程序POPPSW；恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)POPACCRETI；中斷返回如果失控程序執(zhí)行了修改T0功能的指令（這些指令由操作數(shù)變形后形成），如CLRTR0、CLRET0、CLRPT0、CLREA，軟件WATCHDOG便失效了。這就是軟件WATCHDOG的弱點(diǎn)，雖然這種情況發(fā)生的概率極小，但在要求較高的系統(tǒng)中，人們還是愿意采用硬件WATCHDOG系統(tǒng)，或采用帶有硬件WATCHDOG的單片機(jī)。10．4數(shù)字信號(hào)的軟件抗干擾措施上節(jié)所述抗干擾措施是針對(duì)CPU本身的，還未涉及到輸入、輸出通道。如果干擾只作用在系統(tǒng)的I/O通道上，ＣＰＵ工作正常，可用如下方法來(lái)使干擾對(duì)數(shù)字信號(hào)的輸入、輸出影響減小或消失。

10.4.1數(shù)字信號(hào)的輸入方法干擾信號(hào)多呈毛刺狀，作用時(shí)間短，利用這一特點(diǎn)，在采集某一數(shù)字信號(hào)時(shí)，可多次重復(fù)采集，直到連續(xù)兩次或兩次以上采集結(jié)果完全一致方為有效。若多次采集后，信號(hào)總是變化不定，可停止采集，給出報(bào)警信號(hào)。若數(shù)字信號(hào)為開(kāi)關(guān)量，如限位開(kāi)關(guān)和操作按鈕等，對(duì)這些信號(hào)的采集不能用多次平均方法，必須絕對(duì)一致才行。典型的程序流程如圖10．4．１所示。圖10．4．１數(shù)字信號(hào)采集流程圖程序清單如下：DIGIN：MOVR2，#0H；初始化空信號(hào)

MOVR7，#0AH；最多采集10次

MOVR6，#0H；相同次數(shù)初始化

DIGIN0：ACALLINPUT；采集一次數(shù)字信號(hào)

XCHA，R2；保存本次采集結(jié)果

XRLA，R2；與上次比較JNZDIGIN1；相同否？INCR6；相同次數(shù)加一CJNER6，#3，DIGIN2；連續(xù)三次相同否？MOVA，R2；采集有效，取結(jié)果SETBF0；設(shè)定成功標(biāo)志RET；返回DIGIN1：MOVR6，#0；與上次不同，計(jì)數(shù)器清零DIGIN2：DJNZR7，DIGIN0；限定總次數(shù)到否？

CLRF0；次數(shù)已到，宣告失敗

RET；返回程序中ACALLINPUT是調(diào)用一個(gè)采集數(shù)字信號(hào)的過(guò)程，采集的結(jié)果為8位數(shù)字信號(hào)，并保存在累加器A中，如果這個(gè)采集過(guò)程很簡(jiǎn)單，應(yīng)該直接將過(guò)程替代ACALLINPUT，例如各數(shù)字信號(hào)直接連在P1口上，便可用一條指令MOVA，P1來(lái)取代ACALLINPUT。如果采集過(guò)程較復(fù)雜，可另編一個(gè)INPUT子程序。但要注意，該子程序中不要再使用R2、R6、R7，或換工作寄存器區(qū)再使用這三個(gè)寄存器，否則出錯(cuò)。如果數(shù)字超過(guò)8位，可按8位一組進(jìn)行分組處理，也可定義多字節(jié)信息暫存區(qū)，按類似方法處理。在滿足實(shí)時(shí)性要求的前提下，如果在各次采集數(shù)字信號(hào)之間延時(shí)處理一下，效果就會(huì)好一些，就能對(duì)抗較寬的干擾。延時(shí)時(shí)間在10~100μS左右。對(duì)于每次采集的最高次數(shù)限額和連續(xù)相同次數(shù)均可按實(shí)際情況適當(dāng)調(diào)整。10.4.2數(shù)字信號(hào)的輸出方法單片機(jī)的輸出中，有很多是數(shù)字信號(hào)，例如顯示裝置、打印裝置、通訊、各種報(bào)警裝置、步進(jìn)電機(jī)的控制信號(hào)、各種電磁裝置（電磁鐵、電磁離合器、中間繼電器等）的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。即使是模擬輸出信號(hào)，也是以數(shù)字信號(hào)形式給出，再經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后才形成的。單片機(jī)給出正確的數(shù)據(jù)輸出后，外部干擾有可能使輸出裝置得到錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)。這種錯(cuò)誤的輸出結(jié)果有時(shí)會(huì)造成重大惡果，但措施得力，也是可以補(bǔ)救的。輸出裝置與CPU的距離越遠(yuǎn)（例如超過(guò)10米），聯(lián)線就越長(zhǎng)，受干擾的機(jī)會(huì)就越多。輸出設(shè)備是電位控制型還是同步鎖存型，對(duì)干擾的敏感性相差較大。前者有良好的抗“毛刺”能力，后者不耐干擾，當(dāng)鎖存線上出現(xiàn)干擾時(shí)，它就會(huì)盲目鎖存當(dāng)前的數(shù)據(jù)，而不管這時(shí)數(shù)據(jù)是否有效。輸出設(shè)備的慣性（響應(yīng)速度）與干擾的承受能力也有很大關(guān)系。慣性小的輸出設(shè)備（如通訊口、顯示設(shè)備等）耐受干擾能力就差一些。不同的輸出裝置對(duì)干擾的耐受能力不同，抗干擾措施也就不同，其措施如下：(1)各類輸出數(shù)據(jù)鎖存器盡可能和CPU安裝在同一電路板上，使傳輸線上傳送的都是已鎖存好的電位控制信號(hào)。（2）對(duì)于重要的輸出設(shè)備，最好建立檢測(cè)通道，CPU可以通過(guò)檢測(cè)通道來(lái)檢查輸出的結(jié)果是否正確。（3）軟件上重復(fù)輸出同一數(shù)據(jù)。只要有可能，其重復(fù)周期應(yīng)盡可能短些。有關(guān)輸出芯片的狀態(tài)在執(zhí)行輸出功能時(shí)也一并重復(fù)設(shè)置。例如8155芯片和8255芯片常用來(lái)擴(kuò)展輸入輸出功能，很多外設(shè)均通過(guò)它們來(lái)獲得單片機(jī)的控制信息。這類芯片均應(yīng)編程，以明確各端口的職能。由于干擾的作用，有可能在無(wú)形中將芯片的編程方式改變。為了確保輸出功能正確實(shí)現(xiàn)，輸出功能模塊在執(zhí)行具體的數(shù)據(jù)輸出之前，應(yīng)該先執(zhí)行芯片的編程指令，再輸出有關(guān)數(shù)據(jù)。這樣做也將對(duì)芯片端口重新定義，使輸入模塊得以正確執(zhí)行。對(duì)于以D/A轉(zhuǎn)換方式實(shí)現(xiàn)的模擬輸出，因本質(zhì)上仍為數(shù)字量，同樣可以通過(guò)重復(fù)輸出的方式來(lái)提高模擬輸出通道的抗干擾性能。在不影響反應(yīng)速度的前提下，在模擬輸出端接一適當(dāng)?shù)腞C濾波電路（起到增加慣性的效果），配合重復(fù)輸出措施便能基本上消除模擬輸出通道上的干擾毛刺。

10.4.3數(shù)字濾波模擬信號(hào)都必須經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換后才能為單片機(jī)接收。若干擾作用于模擬信號(hào)，使A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果偏離真實(shí)值。僅采樣一次，是無(wú)法確定該結(jié)果是否可信，必須多次采樣，得到一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換的系列數(shù)據(jù)，通過(guò)某種處理后，才能得到一個(gè)可信度較高的結(jié)果。這種從系列數(shù)據(jù)中求取真值的軟件算法，通常稱為數(shù)字濾波算法。它的不足之處是占用CPU機(jī)時(shí)。干擾信號(hào)分周期性和隨機(jī)性兩種，采用積分時(shí)間為20ms整數(shù)倍的雙積分型A/D變換方式能有效地抑制50Hz工頻干擾。對(duì)于非周期性的隨機(jī)干擾，常采用數(shù)字濾波算法來(lái)抑制。它與模擬濾波器相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）數(shù)字濾波是用程序?qū)崿F(xiàn)的，不需要增加任何硬設(shè)備，也不存在阻抗匹配問(wèn)題，可以多個(gè)通道共用。不但可以節(jié)約投資，還可以提高可靠性、穩(wěn)定性。（2）可以對(duì)頻率很低的信號(hào)實(shí)現(xiàn)濾波，而模擬濾波電路由于受電容容量影響，頻率不能太低。（3）靈活性好?？梢杂貌煌臑V波程序?qū)崿F(xiàn)不同的濾波方法。

1程序判斷濾波采樣的信號(hào)，如因常受到隨機(jī)干擾的傳感器不穩(wěn)定而引起嚴(yán)重失真時(shí)，可以采用程序判斷濾波。方法是：根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定兩次采樣允許的最大偏差ΔY，若兩次采樣信號(hào)的差值大于ΔY，表明輸入的是干擾信號(hào)，應(yīng)該去掉，用上次采樣值作為本次采樣值。若小于、等于ΔY，表明沒(méi)有受到干擾，本次采樣值