基于單片機(jī)的測控系統(tǒng)的抗干擾措施

單片機(jī)測控系統(tǒng)的電路較復(fù)雜，產(chǎn)生干擾的原因很多。下面幾種常用的抗干擾措施。

1、切斷干擾的傳播途徑

1)增加干擾源(如電機(jī)、繼電器)與敏感器件(如單片機(jī))的距離，用地線把他們隔離或者在敏感器件加上屏蔽罩。

2)電路板合理分區(qū)，將強(qiáng)信號(hào)、弱信號(hào)、數(shù)字信號(hào)、模擬信號(hào)電路合理地分區(qū)域布置。

3)單片機(jī)和大功率器件的地線要單獨(dú)接地，以減小互相干擾。大功率器件要盡可能布置在電路板的邊緣。

4)在單片機(jī)I/O口，電路板連接線等關(guān)鍵地方，使用抗干擾元件可顯著提高電路的抗干擾性能。

5)晶振與單片機(jī)引腳盡量靠近，用地線把時(shí)鐘區(qū)隔離起來，晶振外殼接地并固定。

2、盡量采用抗干擾性能強(qiáng)的單片機(jī)

1)、降低單片機(jī)內(nèi)部的電源噪聲

在傳統(tǒng)的數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)中，通常將電源端和地端分別布置在對稱的兩邊。例如左下角為地，左上角為電源。這使得電源噪聲穿過整個(gè)硅片。改進(jìn)方法將單片機(jī)的電源和地安排在兩個(gè)相鄰的引腳上，這樣不僅降低了穿過整個(gè)硅片的電流，還便于印制板上設(shè)計(jì)電源退耦電容，以降低系統(tǒng)噪聲。

2)、降低時(shí)鐘頻率

單片機(jī)測控系統(tǒng)的時(shí)鐘電路是一個(gè)調(diào)頻噪聲源，它不僅能干擾本系統(tǒng)，還對外界產(chǎn)生干擾，使其他系統(tǒng)的電磁兼容檢測不能達(dá)標(biāo)。在保證系統(tǒng)可靠性的前提下，選用時(shí)鐘頻率低的單片機(jī)可降低系統(tǒng)的噪聲。以8051單片機(jī)為例，當(dāng)最短指令周其為1US時(shí)，時(shí)鐘是12MHZ。而同樣速度的MOTOROLA兼容單片機(jī)的廠商在不犧牲運(yùn)算速度的前提下，將時(shí)鐘頻率降低到原來的1/3。特別是MOTOROLA公司新推出的68HC08系列單片機(jī)、內(nèi)部采用了鎖相倍頻技術(shù)，將外部時(shí)鐘除至32KHZ，而內(nèi)部總線速度卻提高到8MHZ，甚至更高。

3)、EFT技術(shù)

隨著超大規(guī)模集成電路的發(fā)展，單片機(jī)內(nèi)部的抗干擾技術(shù)也在不斷進(jìn)步。MOTOROLA公司新推出的68HC08系列單片機(jī)，采用EFT技術(shù)進(jìn)一步提高了單片機(jī)的抗干擾能力，當(dāng)振蕩電路的正弦波信號(hào)受到外界干擾時(shí)，其波形上會(huì)疊加一些毛刺。若以施密特電路對其整形時(shí)，這種毛刺會(huì)成為觸發(fā)信號(hào)干擾正常的時(shí)鐘信號(hào)。但是交替使用施密電路和RC濾波可以使這類毛刺不起作用，這就是EFT技術(shù)。

3、單片機(jī)測控系統(tǒng)中的頻率抖動(dòng)技術(shù)

將頻率拉動(dòng)信號(hào)疊加到輸入信號(hào)的隨機(jī)噪聲上，雖然會(huì)增加轉(zhuǎn)換的總噪聲，但增加的噪聲是用來補(bǔ)償輸出數(shù)碼量化噪聲的，可使量化誤差不再輸入信號(hào)的函數(shù)而是抖動(dòng)噪聲瞬時(shí)值的函數(shù)。因此，利用頻率顫抖信號(hào)可去除量化噪聲與輸入信號(hào)之間的相關(guān)性。頻率拉動(dòng)信號(hào)的大小通常約為1/3LSB有效值。例如，在未加頻率拉動(dòng)的情況下，ADC輸出的量化噪聲是瞬時(shí)輸入信號(hào)幅度的函數(shù)，量化拉動(dòng)之后，因抖動(dòng)信號(hào)的幅度不依賴于輸入信號(hào)，故量化噪聲與輸入信號(hào)無關(guān)，從而消除了ADC輸出諧波分量，但這是以增加總噪聲為代價(jià)的。需要指出的是，并不一定在ADC輸入端實(shí)際施加顫抖噪聲，也可利用地轉(zhuǎn)換器的熱噪聲作為頻率抖動(dòng)信號(hào)，但ADC要有足夠的輸出位數(shù)以確保能夠去除輸入信號(hào)與量化噪聲的相關(guān)性。

4、防止漏電流的技術(shù)

應(yīng)當(dāng)在清潔、干燥、通風(fēng)、環(huán)境溫度適宜的條件下使用智能化單片機(jī)測控系統(tǒng)。系統(tǒng)受潮后導(dǎo)致絕緣電阻下降，會(huì)產(chǎn)生漏電流。輕測使測量誤差增大，控制不靈;重則會(huì)造成適中故障，損壞元器件。例如，當(dāng)印制板受潮時(shí)，A/D轉(zhuǎn)換器輸入阻抗下降，讀數(shù)不準(zhǔn)，并且伴有跳數(shù)現(xiàn)象。這也是一些數(shù)字電壓表在雷雨季節(jié)無法正常工作的主要原因。對于受潮的印制板，可用無水酒精擦凈表面，然后用電吹風(fēng)烘干，以消除漏電。

有些精密集成電路，專門設(shè)置了防止極間漏電用的保護(hù)環(huán)。例如由美國哈里斯公司生產(chǎn)的ICL7650型斬波自穩(wěn)零式精密運(yùn)算放大器，HI7195A型帶微處理器的5 1/2位A/D轉(zhuǎn)換器，均設(shè)置了兩個(gè)保護(hù)環(huán)引出端。設(shè)計(jì)電路時(shí)將兩個(gè)保護(hù)環(huán)接地，即可消除印制板上輕微漏電對測量所造成的影響。

5、濾波技術(shù)

濾波是指從混有干擾或噪聲的信號(hào)中獲取有用信號(hào)的方法，能實(shí)現(xiàn)上述功能的部件叫濾波器。在數(shù)字儀表中常見的濾波器主要有三種：無源濾波器，有源濾波器，數(shù)字濾波器。

1)無源濾波器

無源濾波器是由R、L、C元件構(gòu)成的，根據(jù)干擾信號(hào)的特點(diǎn)，可選低通濾波器、高通濾波器和帶通濾波器。此外還有帶阻濾波器等類型。對于50HZ電磁場干擾，可在測控系統(tǒng)輸入端加一級(jí)雙T濾波器。

2)有源濾波器

有源濾波器是包含有源器件(例如晶體管、運(yùn)算放大器)的各種濾波器。與單純使用R、L、C元件的無源濾波器相比，能省去體積龐大的電感元件，便于實(shí)現(xiàn)小型化、集成化。有源濾波器適用于較低頻率的濾波。二階有源帶通濾波器的典型電路參見下圖。