計算機控制技術(shù)及工程應用第八章課件

第八章抗干擾技術(shù)

本章要點：1、干擾的來源與傳播途徑。2、硬件抗干擾措施。3、程序運行監(jiān)視系統(tǒng)。返回總目錄本章主要內(nèi)容

引言8.1干擾的來源與傳播途徑8.2硬件抗干擾措施8.3軟件抗干擾措施8.4程序運行監(jiān)視系統(tǒng)

思考題

計算機控制系統(tǒng)的被控變量分布在生產(chǎn)現(xiàn)場的各個角落，因而計算機是處于干擾頻繁的惡劣環(huán)境中，干擾是有用信號以外的噪聲，這些干擾會影響系統(tǒng)的測控精度，降低系統(tǒng)的可靠性，甚至導致系統(tǒng)的運行混亂，造成生產(chǎn)事故。但干擾是客觀存在的，所以，人們必須研究干擾，以采取相應的抗干擾措施。本章主要討論干擾的來源、傳播途經(jīng)及抗干擾的措。引言

8.1.1干擾的來源1、外部干擾鏈接動畫2、內(nèi)部干擾--由系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)布局、制造工藝所引入的。鏈接動畫8.1.2干擾的傳播途徑

鏈接動畫1．靜電耦合－干擾傳播的途徑主要有三種：靜電耦合，磁場耦合，公共阻抗耦合。3．公共阻抗耦合鏈接動畫8.2硬件抗干擾措施

引言8.2.1串模干擾的抑制8.2.2共模干擾的抑制8.2.3長線傳輸干擾的抑制8.2.4信號線的選擇與敷設(shè)8.2.5電源系統(tǒng)的抗干擾8.2.6接地系統(tǒng)的抗干擾

引言

了解了干擾的來源與傳播途徑，我們就可以采取相應的抗干擾措施。在硬件抗干擾措施中，除了按照干擾的三種主要作用方式——串模、共模及長線傳輸干擾來分別考慮外，還要從布線、電源、接地等方面考慮。1．雙絞線做信號引線雙絞線抗干擾原因－－外界電磁場會在雙絞線相鄰的小環(huán)路上形成 相反方向的感應電勢，從而互相抵消減弱干擾 作用。應用場合－－可用來傳輸模擬信號和數(shù)字信號，用于點對點連接和多點連接 應用場合，傳輸距離為幾公里，數(shù)據(jù)傳輸速率可達2Mbps抑制效果（不同節(jié)距而言）：節(jié)距(mm)干擾衰減比屏蔽效果1001412375711375011214125141143平行線1102．引入濾波電路硬件濾波器分類－－低通、高通、帶通等濾波器。低通濾波器－適用干擾頻率比被測信號頻率高；高通濾波器－干擾頻率比被測信號頻率低；帶通濾波器－干擾頻率落在被測信號頻率的兩側(cè)；實現(xiàn)電路－－采用電阻R、電容C、電感L等構(gòu)成濾波器；鏈接動畫1．變壓器隔離鏈接動畫圖8-10變壓器隔離2．光電隔離鏈接動畫鏈接動畫圖光電耦合隔離器的數(shù)字信號隔離鏈接動畫鏈接動畫主要內(nèi)容：

1．波阻抗的測量

2．終端阻抗匹配

3．始端阻抗匹配8.2.3長線傳輸干擾的抑制1．波阻抗的測量2．終端阻抗匹配。圖終端阻抗匹配8.2.4信號線的選擇與敷設(shè)

屏蔽結(jié)構(gòu)干擾衰減比屏蔽效果（dB）備注銅網(wǎng)（密度85%）103：140.3電纜的可撓性好，適合近距離使用銅帶迭卷（密度90%）376：151.5帶有焊藥，易接地，通用性好鋁聚酯樹脂帶迭卷6610：176.4應使用電纜溝，抗干擾效果最好1．信號線的選擇2．信號線的敷設(shè)信號線的敷設(shè)要注意以下事項：（1）模擬信號線與數(shù)字信號線不能合用同一根電纜，要絕對避免信號線與電源線合用同一根電纜。（2）屏蔽信號線的屏蔽層要一端接地，同時要避免多點接地。（3）信號線的敷設(shè)要盡量遠離干擾源，如避免敷設(shè)在大容量變壓器、電動機等電器設(shè)備的附近。電力線容量信號線和電力線之間的最少間距（cm）電壓（V）電流（A）1251012250501844020024500080048（4）信號電纜與電源電纜必須分開，并盡量避免平行敷設(shè)。1．交流電源系統(tǒng)措施：掉電保護電路2．直流電源系統(tǒng)（1）交流電源變壓器的屏蔽（2）采用直流開關(guān)電源（3）采用DC-DC變換器（4）為每塊電路板設(shè)立獨立的直流電源（5）集成電路塊的VCC加旁路電容計算機控制系統(tǒng)中的地線：數(shù)字地系統(tǒng)地交流地模擬地保護地8.2.6接地系統(tǒng)的抗干擾接地處理

1．單點接地與多點接地圖單點接地方式2．分別回流法單點接地圖單點回流法接地方式3．輸入系統(tǒng)的接地圖輸入系統(tǒng)接地方式圖放大器公共端接屏蔽罩

設(shè)計印制線路板應遵守下列原則，以免系統(tǒng)內(nèi)部地線產(chǎn)生干擾。（1）TTL，CMOS器件的地線要呈輻射狀，不能形成環(huán)形。（2）印制線路板上的地線要根據(jù)通過的電流大小決定其寬度，不要小于3mm，在可能的情況下，地線越寬越好。（3）旁路電容的地線不能長，應盡量縮短。（4）大電流的零電位地線應盡量寬，而且必須和小信號的地分開。4．印制線路板的地線分布5．主機系統(tǒng)的接地

圖全機一點接地(1)全機一點接地(2)外殼接地機芯浮空（3）多機系統(tǒng)的接地

圖全機一點接地

8.3軟件抗干擾措施

引言

8.3.1指令冗余技術(shù)

8.3.2軟件陷阱技術(shù)引言

在控制系統(tǒng)的輸入輸出通道中，采用數(shù)字濾波方法，即采用某種計算方法對通道的信號進行數(shù)字處理，以削弱或濾除干擾噪聲而對于那些可能穿過通道而進入CPU的干擾，可采取指令冗余、軟件陷阱以及程序運行監(jiān)視等措施來使CPU恢復正常工作。要解決的問題－－程序跑飛解決方法－－采用指令冗余技術(shù)原則－－在對程序流向起決定作用的指令之前以及影響系統(tǒng)工作狀態(tài)的重要指令之前都應插入兩、三條NOP指令，還可以每隔一定數(shù)目的指令插入NOP指令，以保證跑飛的程序迅速納入正確軌道。優(yōu)點-指令冗余技術(shù)可以減少程序出現(xiàn)錯誤跳轉(zhuǎn)的次 數(shù)8.3.1指令冗余技術(shù)軟件陷阱－－在非程序區(qū)設(shè)置攔截措施，使程序進入陷阱，即通過一條引導指令，強行將跑飛的程序引向一個指定的地址， 舉例－－若我們把這段程序的入口標號稱為ERROR的話，軟件陷阱即為一條JMPERROR指令。軟件陷阱是由3條指令構(gòu)成：

NOP NOP JMPERROR

8.3.2軟件陷阱技術(shù)8.4程序運行監(jiān)視系統(tǒng)8.4.1WatchdogTimer工作原理8.4.2WatchdogTimer實現(xiàn)方法鏈接動畫8.4.1WatchdogTimer工作原理8.4.2WatchdogTimer實現(xiàn)方法鏈接動畫思考題

1．簡述干擾的來源與傳播途徑。2．串模干擾的成因是什么？如何抑制串模干