嵌入式控制系統電路抗干擾性的設計研究

　　8031的總線由三態輸出器件構成的，在三態驅動器(D)都是高阻抗時是不穩定的。可使用上拉電阻，將總線通過5kΩ電阻R接到電源，使其在瞬間處于穩定的高電位，從而增強抗干擾能力。

　　改善總線的負載平衡，提高系統可靠性。

　　給動態RAM加旁路電容，每片動態RAM的供電端上對地并接一個0.1μF的電容以抑制干擾，同時盡量縮短電源線和地線的印刷電路板布線。

　　在靜態RAM電路中，使電流流動印刷線跳板的各處都比較均勻，不讓電流變動大的區域在印刷電路板各處頻繁移動。使存儲器存取瞬間所產生的噪聲電壓峰值變小。

　　接口電路的抗干擾設計

　　1 前向通道的抗干擾設計

　　前向通道是單片機應用系統的信號采集通道，從信號的傳感、變換、到單片機的輸入。在前向通道設計中主要考慮集成運算放大器的抗干擾設計、運放電路抗干擾裝配、多路開關的抗干擾設計以及A/D轉換電路的抗干擾設計。

　　集成運放的抗干擾設計包括集成運放電路內部、外部噪聲的控制和集成運放電路共模噪聲控制。

　　運放電路抗干擾裝配措施包括：

　　● 將高輸入阻抗部分用銅箔線圍起來，并與電路的等電位低阻抗部分相接，由于隔離線和高輸入阻抗部分的電位相近，泄露電流很小。

　　● 采用絕緣性能很好的聚四氟乙烯制成的接線底座，安裝在印刷電路板上，高輸入阻抗部分也都在此接線柱上相連，以保證線路的高絕緣性和抗震性。

　　● 將電位器和固定電阻并聯，盡量采用線繞型大尺寸電位器。

　　多路開關的抗干擾也是以抑制噪聲為主，主要包括：

　　● 在多路轉換器輸入端接入共模扼流圈，以抑制外部傳感器引入的高頻共模噪聲。

　　● 多路轉換器的隔離變壓器采用雙重屏蔽接法，切斷變壓器分布電容傳送高頻噪聲和脈沖噪聲的通道。

　　● 在單片機和數模轉換器之間采用光電耦合隔離的方法，使各自產生的高頻噪聲不能侵入對方。

　　● 用電容器將前置放大器的頻帶變窄，降低其對高頻噪聲的響應能力，抑制高頻噪聲。

　　A/D轉換器對模擬量的微小噪聲影響十分敏感，為抑制其干擾主要采取以下措施。

　　● 使用金屬殼聚丙烯電容器做積分電容器，把積分電容器用銅箔包起來，單獨接地。

　　● 給每片集成電路接入一個旁路電容器以降低電源的高頻阻抗，克服芯片內部的噪聲和電源噪聲。

　　● 調整各級電路的增益分配，在各級運算放大器前相應地接入簡易低通濾波器，使噪聲在傳送過程中不斷削弱，同時在運放電路與ADC輸入電路之間加一個抗混疊濾波器以減少運算放大器的噪聲。

　　● 設計ADC輸入保護電流，因為電路使用±15V運算放大器驅動一個電源電壓為±5V的CMOS ADC，容易造成ADC輸入端電壓過高，我們在+15V和+5V電源之間以及-15V和-5V電源之間分別加一個78L05三端穩壓塊。同時，在ADC輸入端接兩只肖特基二極管防止電流過大。

　　● 對電源單獨去耦，將采樣時鐘電路與系統數字電路和數字電路中的噪聲源都隔離，以盡量避 免數字輸出與采樣時鐘信號耦合。

　　2 后向通道的抗干擾設計

　　后向通道的抗干擾主要是D/A轉換器即DAC的抗干擾設計。在系統中主要采用以下步驟。

　　● 采用多層PCB(印刷電路板)，應用大面積的地線和電源線，在電路板的裝配過程中不用插座，直接安裝在電路板上。將模擬電源與數字電源分開供電，分離接地，分別加以去耦。模擬地與數字地分離并且近接于平面地。

　　● 在電源和相應的地之間并聯跨接一個10μF的鉭電容和0.01μF的片狀電容，去耦電容近接D/A轉換器件的引腳，以對電源去耦。

　　● 使用分段式電源結構器件，將幾個最高權位的電流源改為等值電流源，由1位驅動一個最高權電流源(最大電流)改為驅動多個等值電流源，以抑制開關時間不統一造成的短時脈沖波形干擾。

　　● 在DAC輸入線和驅動器輸出線之間串接一個50Ω的電阻,減少數字輸入上的超調和瞬態干擾。

　　● 在輸出與地之間跨接一個5pF的電容，抑制數字量輸入的瞬時變化和開關不同步引起的尖鋒脈沖干擾。

　　3 人機通道的抗干擾設計

　　人機通道的抗干擾設計主要包括按鍵電路的抗干擾設計和LED顯示接口的抗干擾設計。

　　系統的按鍵抗干擾就是在按鍵確認周期中使用連續多次的采樣來判定按鍵動作。按鍵確認周期應該大于按鍵變換周期并遠小于一次按鍵的穩定周期。

　　系統的LED顯示部分采用5位七段LED譯碼/驅動芯片MC14489。由于LED的接口在應用時，很容易受到其他電子設備的干擾，使顯示內容易發生改變，我們還需對其進行抗干擾設計。

　　源部分加入雙電容濾波，然后結合軟件設計，在控制腳的兩個步驟程序之間加入一段延時，使正常信號的頻譜向低頻部分集中，以較好地通過濾波電容控制腳所要求的最小電平寬度。

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