第14章
MCS-51应用系统的可靠性及抗干扰设计
系统的抗干扰性能的好坏是影响系统可靠性的重要因素。
14.1 干扰的来源
影响单片机测控系统正常工作的信号称为噪声,又称干扰。
影响指令的正常执行,造成控制事故或控制失灵,在测量通道中产生了干扰,就会使测量产生误差,电压的冲击有可能使系统遭到致命的破坏。
干扰一般都是以脉冲的形式进入系统的,
窜入单片机系统的渠道主要有三条:
(1)空间干扰
周围的电气设备如发射机、中频炉、可控硅逆变电源等发出的电干扰和磁干扰;广播电台或通讯发射台发出的电磁波;空中雷电,甚至地磁场的变化也会引起干扰。会使单片机系统不能正常工作。
(2)供电系统干扰
大功率设备,大感性负载设备的启停使电网电压大幅度涨落(浪涌),欠压或过压常常达到额定电压的15%
以上。长达几分钟、几小时、甚至几天。由于大功率开关的通断,电机的启停,电焊等原因,电网上常出现几百伏,甚至几千伏的尖脉冲干扰。
(3)过程通道干扰
开关量/模拟量输入输出。
输入输出的信号线多至几百条甚至几千条,长度往往达几百或几千米,不可避免地将干扰引入单片机系统。当大的电气设备漏电,接地系统不完善,或者测量部件绝缘不好,会使通道中直接串入干扰信号;各通道的线路如果同出一根电缆中或绑扎在一起,各路间会通过电磁感应而产生瞬间的干扰,尤其是0~15V的信号与交流220V的电源线同套在一根长达几百米的管中其干扰更为严重。这种彼此感应产生的干扰其表现形式仍然是通道中形成干扰电压。
这样,轻者会使测量的信号发生误差,重者会使有用的信号完全淹没。有时这种通过感应产生的干扰电压会达到几十伏以上,使单片机系统无法工作。
三种干扰以来自供电系统的干扰最甚,其次为来自过程通道的干扰。对于来自空间的辐射干扰,需加适当的屏蔽及接地来解决。
14.2
供电系统干扰及其抗干扰措施任何电源及输电线路都存在内阻,正是这些内阻才引起了电源的噪声干扰。如果没有内阻,无论何种噪声都会被电源短路吸收,在线路中不会建立起任何干扰电压。
单片机系统中最重要、危害最严重的干扰源来源于电源。在某些大功率耗电设备的电网中,经对电源检测发现,在50周正弦波上叠加有很多1000多伏的尖峰电压。
14.2.1
电源噪声来源、种类及危害(1)过压、欠压、停电:>1s;
(2)浪涌、下陷:1s>t>10ms;
(3)尖峰电压:t为μs量级;
(4)射频干扰:t为ns量级;