對于防止單片機(jī)系統(tǒng)過程通道中干擾的探討

3.2 數(shù)字量輸出

單片機(jī)的數(shù)字輸出信號，在條件可能的情況下都需加隔離和驅(qū)動電路，經(jīng)常使用的有光耦合器和繼電器隔離。輸出級都需要帶一定的負(fù)載，是整個系統(tǒng)耗電較多的一部分。為了防止輸出級的通斷干擾經(jīng)電源影響主機(jī)，一般也要采用獨(dú)立電源，并與主機(jī)不共地，這樣就可以很好地防止回饋干擾。現(xiàn)在市場上可以買到各種標(biāo)準(zhǔn)的輸出模塊(固態(tài)繼電器)，這些模塊的輸入接口可以是TTL電平，也可以是CMOS電平，內(nèi)部經(jīng)光電隔離輸出給交流開關(guān)、直流開關(guān)或繼電器驅(qū)動大功率負(fù)載。

4 模擬通道的抗干擾設(shè)計(jì)

由于模擬量信號的有效狀態(tài)有無數(shù)個，所以疊加在模擬信號上的任何狀態(tài)都會起干擾作用。因此在硬件設(shè)計(jì)時，抗干擾屏蔽的位置越往外推越好。也就是說，最好把光電耦合器設(shè)置在A/D轉(zhuǎn)換模擬量輸入和D/A轉(zhuǎn)換模擬量輸出的位置上[2]。要想把光電耦合器設(shè)置在這兩個位置上，就要求光電耦合器具有能線性變換和傳輸?shù)奶匦?。此類光電耦合器目前在市場上能見到。若沒線性的光電耦合器，則對于A/D電路來說，光電耦合器應(yīng)設(shè)在A/D轉(zhuǎn)換芯片和模擬多路開關(guān)等芯片的開關(guān)量信號線上。還應(yīng)注意光電耦合器兩邊的輸入輸出回路電源應(yīng)分別供電，接地電路分開。

4.1 模擬量輸入

由于集成電路內(nèi)部電路復(fù)雜，因此它的噪聲干擾較大，即使是那些被稱為極低噪聲的集成，在模擬量輸入幅值比較小時，其噪聲干擾也不容忽視。因此對需要放大的模擬量輸入信號可以采用前置放大差動電路[3]，提高輸入電阻，采用對稱的電路結(jié)構(gòu)，獲得較大的共模抑制比。

對于直流變量模擬信號，在接口電路中必須采用直接級間耦合，要注意溫度對零點(diǎn)漂移的影響。在有特殊要求的場合可以采用MC7650斬波自穩(wěn)零運(yùn)算放大器，它的溫度漂移幾乎為零，達(dá)到10μV/℃。在對輸入量極小的進(jìn)行放大時，要在前置級盡量采用低輸入失調(diào)電壓的運(yùn)放，避免由于器件的誤差而影響系統(tǒng)的精度。但由于模擬信號在傳輸過程中一般需共地，要實(shí)現(xiàn)接口與主機(jī)完全隔離就非常困難。因此，在設(shè)計(jì)接口時一定要很好地處理地線與信號線關(guān)系。還可以采用雙電源供電，為運(yùn)算放大器單設(shè)電源，同時為計(jì)算機(jī)接口電路--A/D轉(zhuǎn)換器另設(shè)一套電源，這樣就可以防止電源的干擾。在處理兩套電路的地線時，在印制板上要各走自己的回路，兩種地線只在交匯處有一點(diǎn)連接。如圖5所示。

對于信號還要采取強(qiáng)有力的濾波措施，盡量消除一切尖峰干擾；對交流變量的模擬信號處理要簡單些。首先用電容來完成級間耦合，溫度漂移對電路影響較小，只要注意適當(dāng)添加消振電路就可以消除寄生振蕩和尖峰干擾，然后采用適當(dāng)?shù)臋z波方法，把交流變成直流(脈動直流也可)后，即可采用上面的方法進(jìn)行處理。

4.2 模擬量輸出

對于低速輸出，可以經(jīng)鎖存器保存單片機(jī)輸出的信息，經(jīng)光耦合器隔離驅(qū)動D/A轉(zhuǎn)換器，將內(nèi)部的二進(jìn)制碼轉(zhuǎn)換成直流電平，這樣經(jīng)隔離后就可以抑制輸出電路的干擾。

5 結(jié)束語

總之，在過程通道抗干擾方面需要研究的問題很多，而且在大的系統(tǒng)中單片機(jī)要與眾多的現(xiàn)場狀態(tài)相聯(lián)系。要完全克服由輸入輸出引起的干擾是不可能的，但要盡可能地在電路結(jié)構(gòu)、制造工藝、電源等方面綜合開展工作，才會收到滿意的效果。