2.3 数字信号传输通道的抗干扰技术
数字输出信号可作为系统被控设备的驱动信号(如继电器等),数字输入信号可作为设备的响应回答和指令信号(如行程开关、启动按钮等)。数字信号接口部分是外界干扰进入单片机系统的主要通道之一。在工程设计中,对数字信号的输入/输出过程采取的抗干扰措施有:传输线的屏蔽技术,如采用屏蔽线、双胶线等;采用信号隔离措施;合理接地,由于数字信号在电平转换过程中形成公共阻抗干扰,选择合适的接地点可以有效抑制地线噪声。
2.4 硬件监控电路
在单片机系统中,为了保证系统可靠、稳定地运行,增强抗干扰能力,需要配置硬件监控电路,硬件监控电路从功能上包括以下几个方面:
(1)上电复位:保证系统加电时能正确地启动;
(2)掉电复位:当电源失效或电压降到某一电压值以下时,产生复位信号对系统进行复位;
(3)电源监测:供电电压出现异常时,给出报警指示信号或中断请求信号;
(4)硬件看门狗:当处理器遇到干扰或程序运行混乱产生“死锁”时,对系统进行复位。
2.5 PCB电路合理布线
PCB板设计的好坏对抗干扰能力影响很大。因此,在进行PCB 设计时,必须遵守PCB 设计的一般原则,并应符合抗干扰设计的要求。下面着重说明两点:
2.5.1 关键器件放置
在器件布置方面与其它逻辑电路一样,应把相互有关的器件尽量放得靠近些,这样可以获得较好的抗噪声效果。时钟发生器、晶振和CPU 的时钟输入端都易产生噪声,要相互靠近些;CPU 复位电路、硬件看门狗电路要尽量靠近CPU相应引脚;易产生噪声的器件、大电流电路等应尽量远离逻辑电路。
2.5.2 D/A、A/D 转换电路地线的正确连接
D/A、A/D 芯片及采样芯片均提供了数字地和模拟地,分别有相应的管脚。在线路设计中,必须将所有器件的数字地和模拟地分别相连,但数字地与模拟地仅在一点上相连。另外,也可以采用屏蔽保护,屏蔽可用来隔离空间辐射。对噪声特别大的部件(如变频电源、开关电源)可以用金属盒罩起来以减少噪声源对单片机的干扰,对容易受干扰的部分,可以增加屏蔽罩并接地,使干扰信号被短路接地。
2.6 软件抗干扰原理及方法
尽管我们采取了硬件抗干扰措施,但由于干扰信号产生的原因错综复杂,且具有很大的随机性,很难保证系统完全不受干扰。因此,往往在硬件抗干扰措施的基础上,采取软件抗干扰技术加以补充,作为硬件措施的辅助手段。软件抗干扰方法具有简单、灵活方便、耗费低等特点,在系统中被广泛应用。
2.6.1 数字滤波方法
数字滤波是在对模拟信号多次采样的基础上,通过软件算法提取最逼近真值数据的过程。数字滤波的的算法灵活,可选择权限参数,其效果往往是硬件滤波电路无法达到的。
2.6.2 输入信号重复检测方法
输入信号的干扰是叠加在有效电平信号上的一系列离散尖脉冲,作用时间很短。当控制系统存在输入干扰,又不能用硬件加以有效抑制时,可用软件重复检测的方法,达到“去伪存真”的目的,直到连续两次或连续两次以上的采集结果完全一致时方为有效。若信号总是变化不定,在达到最高次数限额时,则可给出报警信号。对于来自各类开关型传感器的信号,如限位开关、行程开关、操作按钮等,都可采用这种输入方式。如果在连续采集数据之间插入延时,则能够对付较宽的干扰。