第八章抗干擾技術

本章要點：1、干擾的來源與傳播途徑。2、硬件抗干擾措施。3、程序運行監視系統。返回總目錄第八章抗干擾技術

本章要點：返回總目錄本章主要內容

引言8.1干擾的來源與傳播途徑8.2硬件抗干擾措施8.3軟件抗干擾措施8.4程序運行監視系統

思考題本章主要內容引言

計算機控制系統的被控變量分布在生產現場的各個角落，因而計算機是處于干擾頻繁的惡劣環境中，干擾是有用信號以外的噪聲，這些干擾會影響系統的測控精度，降低系統的可靠性，甚至導致系統的運行混亂，造成生產事故。但干擾是客觀存在的，所以，人們必須研究干擾，以采取相應的抗干擾措施。本章主要討論干擾的來源、傳播途經及抗干擾的措。引言引言8.1干擾的來源與傳播途徑8.1.1干擾的來源8.1.2干擾的傳播途徑8.1干擾的來源與傳播途徑8.1.1干擾的來源

8.1.1干擾的來源1、外部干擾鏈接動畫8.1.1干擾的來源1、外部干擾鏈接動畫2、內部干擾--由系統的結構布局、制造工藝所引入的。鏈接動畫2、內部干擾--由系統的結構布局、制造工藝所引鏈接動畫8.1.2干擾的傳播途徑

鏈接動畫1．靜電耦合－干擾傳播的途徑主要有三種：靜電耦合，磁場耦合，公共阻抗耦合。8.1.2干擾的傳播途徑鏈接動畫1．靜電耦合－干鏈接動畫2．磁場耦合－鏈接動畫2．磁場耦合－3．公共阻抗耦合鏈接動畫3．公共阻抗耦合鏈接動畫8.2硬件抗干擾措施

引言8.2.1串模干擾的抑制8.2.2共模干擾的抑制8.2.3長線傳輸干擾的抑制8.2.4信號線的選擇與敷設8.2.5電源系統的抗干擾8.2.6接地系統的抗干擾

8.2硬件抗干擾措施引言引言

了解了干擾的來源與傳播途徑，我們就可以采取相應的抗干擾措施。在硬件抗干擾措施中，除了按照干擾的三種主要作用方式——串模、共模及長線傳輸干擾來分別考慮外，還要從布線、電源、接地等方面考慮。引言了解了干擾的來源與傳播途徑，我鏈接動畫8.2.1串模干擾的抑制圖8-6串模干擾鏈接動畫8.2.1串模干擾的抑制圖8-6串模干擾1．雙絞線做信號引線雙絞線抗干擾原因－－外界電磁場會在雙絞線相鄰的小環路上形成 相反方向的感應電勢，從而互相抵消減弱干擾 作用。應用場合－－可用來傳輸模擬信號和數字信號，用于點對點連接和多點連接 應用場合，傳輸距離為幾公里，數據傳輸速率可達2Mbps抑制效果（不同節距而言）：節距(mm)干擾衰減比屏蔽效果1001412375711375011214125141143平行線1101．雙絞線做信號引線雙絞線抗干擾原因－－外界電磁場會在雙絞線2．引入濾波電路硬件濾波器分類－－低通、高通、帶通等濾波器。低通濾波器－適用干擾頻率比被測信號頻率高；高通濾波器－干擾頻率比被測信號頻率低；帶通濾波器－干擾頻率落在被測信號頻率的兩側；實現電路－－采用電阻R、電容C、電感L等構成濾波器；2．引入濾波電路鏈接動畫鏈接動畫鏈接動畫8.2.2共模干擾的抑制抑制方法：有變壓器隔離、光電隔離與浮地屏蔽等三種措施。圖8-9共模干擾鏈接動畫8.2.2共模干擾的抑制抑制方法：有變壓器隔離、1．變壓器隔離鏈接動畫圖8-10變壓器隔離1．變壓器隔離鏈接動畫圖8-10變壓器隔離2．光電隔離鏈接動畫鏈接動畫圖光電耦合隔離器的數字信號隔離2．光電隔離鏈接動畫鏈接動畫圖光電耦合隔離器的數字信號鏈接動畫鏈接動畫鏈接動畫鏈接動畫鏈接動畫3．浮地屏蔽圖浮地輸入雙層屏蔽放大電路鏈接動畫3．浮地屏蔽圖浮地輸入雙層屏蔽放大電路主要內容：

1．波阻抗的測量

2．終端阻抗匹配

3．始端阻抗匹配8.2.3長線傳輸干擾的抑制8.2.3長線傳輸干擾的抑制1．波阻抗的測量1．波阻抗的測量2．終端阻抗匹配。圖終端阻抗匹配2．終端阻抗匹配圖終端阻抗匹配3．始端阻抗匹配圖始端阻抗匹配3．始端阻抗匹配圖始端阻抗匹配8.2.4信號線的選擇與敷設

屏蔽結構干擾衰減比屏蔽效果（dB）備注銅網（密度85%）103：140.3電纜的可撓性好，適合近距離使用銅帶迭卷（密度90%）376：151.5帶有焊藥，易接地，通用性好鋁聚酯樹脂帶迭卷6610：176.4應使用電纜溝，抗干擾效果最好1．信號線的選擇8.2.4信號線的選擇與敷設干擾衰減比屏蔽效果（dB）2．信號線的敷設信號線的敷設要注意以下事項：（1）模擬信號線與數字信號線不能合用同一根電纜，要絕對避免信號線與電源線合用同一根電纜。（2）屏蔽信號線的屏蔽層要一端接地，同時要避免多點接地。（3）信號線的敷設要盡量遠離干擾源，如避免敷設在大容量變壓器、電動機等電器設備的附近。電力線容量信號線和電力線之間的最少間距（cm）電壓（V）電流（A）12510122505018440200245000800482．信號線的敷設信號線和電力線之間的最少間距（cm）電壓（V（4）信號電纜與電源電纜必須分開，并盡量避免平行敷設。（4）信號電纜與電源電纜必須分開，并盡量避免平行敷設。8.2.5電源系統的抗干擾

計算機控制系統一般是由交流電網供電，電網電壓與頻率的波動將直接影響到控制系統的可靠性與穩定性。電源的干擾是計算機控制系統的一個主要干擾，抑制這種干擾的主要從以下2個方面考慮：

1．交流電源系統

2．直流電源系統8.2.5電源系統的抗干擾計算機控制系統一般是由交1．交流電源系統1．交流電源系統措施：措施：掉電保護電路掉電保護電路2．直流電源系統（1）交流電源變壓器的屏蔽（2）采用直流開關電源（3）采用DC-DC變換器（4）為每塊電路板設立獨立的直流電源（5）集成電路塊的VCC加旁路電容2．直流電源系統計算機控制系統中的地線：數字地系統地交流地模擬地保護地8.2.6接地系統的抗干擾計算機控制系統中的地線：8.2.6接地系統的抗干擾接地處理

1．單點接地與多點接地圖單點接地方式接地處理圖單點接地方式2．分別回流法單點接地圖單點回流法接地方式2．分別回流法單點接地圖單點回流法接地方式3．輸入系統的接地圖輸入系統接地方式3．輸入系統的接地圖輸入系統接地方式圖放大器公共端接屏蔽罩圖放大器公共端接屏蔽罩

設計印制線路板應遵守下列原則，以免系統內部地線產生干擾。（1）TTL，CMOS器件的地線要呈輻射狀，不能形成環形。（2）印制線路板上的地線要根據通過的電流大小決定其寬度，不要小于3mm，在可能的情況下，地線越寬越好。（3）旁路電容的地線不能長，應盡量縮短。（4）大電流的零電位地線應盡量寬，而且必須和小信號的地分開。4．印制線路板的地線分布設計印制線路板應遵守下列原則，以免系統內部地線5．主機系統的接地

圖全機一點接地(1)全機一點接地5．主機系統的接地圖全機一點接地(1)全機一點(2)外殼接地機芯浮空(2)外殼接地機芯浮空（3）多機系統的接地

圖全機一點接地（3）多機系統的接地圖全機一點接地

8.3軟件抗干擾措施

引言

8.3.1指令冗余技術

8.3.2軟件陷阱技術8.3軟件抗干擾措施引言引言

在控制系統的輸入輸出通道中，采用數字濾波方法，即采用某種計算方法對通道的信號進行數字處理，以削弱或濾除干擾噪聲而對于那些可能穿過通道而進入CPU的干擾，可采取指令冗余、軟件陷阱以及程序運行監視等措施來使CPU恢復正常工作。引言要解決的問題－－程序跑飛解決方法－－采用指令冗余技術原則－－在對程序流向起決定作用的指令之前以及影響系統工作狀態的重要指令之前都應插入兩、三條NOP指令，還可以每隔一定數目的指令插入NOP指令，以保證跑飛的程序迅速納入正確軌道。優點-指令冗余技術可以減少程序出現錯誤跳轉的次 數8.3.1指令冗余技術要解決的問題－－程序跑飛8.3.1指令冗余技術軟件陷阱－－在非程序區設置攔截措施，使程序進入陷阱，即通過一條引導指令，強行將跑飛的程序引向一個指定的地址， 舉例－－若我們把這段程序的入口標號稱為ERROR的話，軟件陷阱即為一條JMPERROR指令。軟件陷阱是由3條指令構成：

NOP NOP JMPERROR

8.3.2軟件陷阱技術軟件陷阱－－在非程序區設置攔截措施，使程序進入陷阱，即通過一8.4程序運行監視系統8.4.1WatchdogTimer工作原理8.4.2WatchdogTimer實現方法8.4程序運行監視系統8.4.1WatchdogTi鏈接動畫8.4.1WatchdogTimer工作原理鏈接動畫8.4.1WatchdogTimer工作原理8.4.2WatchdogTimer實現方法鏈接動畫8.4.2WatchdogTimer實現方法鏈接動畫思考題

1．簡述干擾的來源與傳播途徑。2．串模干擾的成因是什么？如何抑制串模干擾？3．共模干擾的成因是什么？如何抑制共模干擾？4．結合圖8-11，分析說明利用光耦隔離器的開關特性也可以應用在模擬量輸入或輸出通道中。5．在計算機控制系統中，敷設信號線時應注意哪些問題？6．在計算機控制系統中，大致有哪幾種地？最終如何接地？7．結合圖8-30，簡述程序運行監視系統的工作原理。思考題1．簡述干擾的來源與傳播途徑。第八章抗干擾技術

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引言8.1干擾的來源與傳播途徑8.2硬件抗干擾措施8.3軟件抗干擾措施8.4程序運行監視系統

思考題本章主要內容引言

計算機控制系統的被控變量分布在生產現場的各個角落，因而計算機是處于干擾頻繁的惡劣環境中，干擾是有用信號以外的噪聲，這些干擾會影響系統的測控精度，降低系統的可靠性，甚至導致系統的運行混亂，造成生產事故。但干擾是客觀存在的，所以，人們必須研究干擾，以采取相應的抗干擾措施。本章主要討論干擾的來源、傳播途經及抗干擾的措。引言引言8.1干擾的來源與傳播途徑8.1.1干擾的來源8.1.2干擾的傳播途徑8.1干擾的來源與傳播途徑8.1.1干擾的來源

8.1.1干擾的來源1、外部干擾鏈接動畫8.1.1干擾的來源1、外部干擾鏈接動畫2、內部干擾--由系統的結構布局、制造工藝所引入的。鏈接動畫2、內部干擾--由系統的結構布局、制造工藝所引鏈接動畫8.1.2干擾的傳播途徑

鏈接動畫1．靜電耦合－干擾傳播的途徑主要有三種：靜電耦合，磁場耦合，公共阻抗耦合。8.1.2干擾的傳播途徑鏈接動畫1．靜電耦合－干鏈接動畫2．磁場耦合－鏈接動畫2．磁場耦合－3．公共阻抗耦合鏈接動畫3．公共阻抗耦合鏈接動畫8.2硬件抗干擾措施

引言8.2.1串模干擾的抑制8.2.2共模干擾的抑制8.2.3長線傳輸干擾的抑制8.2.4信號線的選擇與敷設8.2.5電源系統的抗干擾8.2.6接地系統的抗干擾

8.2硬件抗干擾措施引言引言

了解了干擾的來源與傳播途徑，我們就可以采取相應的抗干擾措施。在硬件抗干擾措施中，除了按照干擾的三種主要作用方式——串模、共模及長線傳輸干擾來分別考慮外，還要從布線、電源、接地等方面考慮。引言了解了干擾的來源與傳播途徑，我鏈接動畫8.2.1串模干擾的抑制圖8-6串模干擾鏈接動畫8.2.1串模干擾的抑制圖8-6串模干擾1．雙絞線做信號引線雙絞線抗干擾原因－－外界電磁場會在雙絞線相鄰的小環路上形成 相反方向的感應電勢，從而互相抵消減弱干擾 作用。應用場合－－可用來傳輸模擬信號和數字信號，用于點對點連接和多點連接 應用場合，傳輸距離為幾公里，數據傳輸速率可達2Mbps抑制效果（不同節距而言）：節距(mm)干擾衰減比屏蔽效果1001412375711375011214125141143平行線1101．雙絞線做信號引線雙絞線抗干擾原因－－外界電磁場會在雙絞線2．引入濾波電路硬件濾波器分類－－低通、高通、帶通等濾波器。低通濾波器－適用干擾頻率比被測信號頻率高；高通濾波器－干擾頻率比被測信號頻率低；帶通濾波器－干擾頻率落在被測信號頻率的兩側；實現電路－－采用電阻R、電容C、電感L等構成濾波器；2．引入濾波電路鏈接動畫鏈接動畫鏈接動畫8.2.2共模干擾的抑制抑制方法：有變壓器隔離、光電隔離與浮地屏蔽等三種措施。圖8-9共模干擾鏈接動畫8.2.2共模干擾的抑制抑制方法：有變壓器隔離、1．變壓器隔離鏈接動畫圖8-10變壓器隔離1．變壓器隔離鏈接動畫圖8-10變壓器隔離2．光電隔離鏈接動畫鏈接動畫圖光電耦合隔離器的數字信號隔離2．光電隔離鏈接動畫鏈接動畫圖光電耦合隔離器的數字信號鏈接動畫鏈接動畫鏈接動畫鏈接動畫鏈接動畫3．浮地屏蔽圖浮地輸入雙層屏蔽放大電路鏈接動畫3．浮地屏蔽圖浮地輸入雙層屏蔽放大電路主要內容：

1．波阻抗的測量

2．終端阻抗匹配

3．始端阻抗匹配8.2.3長線傳輸干擾的抑制8.2.3長線傳輸干擾的抑制1．波阻抗的測量1．波阻抗的測量2．終端阻抗匹配。圖終端阻抗匹配2．終端阻抗匹配圖終端阻抗匹配3．始端阻抗匹配圖始端阻抗匹配3．始端阻抗匹配圖始端阻抗匹配8.2.4信號線的選擇與敷設

屏蔽結構干擾衰減比屏蔽效果（dB）備注銅網（密度85%）103：140.3電纜的可撓性好，適合近距離使用銅帶迭卷（密度90%）376：151.5帶有焊藥，易接地，通用性好鋁聚酯樹脂帶迭卷6610：176.4應使用電纜溝，抗干擾效果最好1．信號線的選擇8.2.4信號線的選擇與敷設干擾衰減比屏蔽效果（dB）2．信號線的敷設信號線的敷設要注意以下事項：（1）模擬信號線與數字信號線不能合用同一根電纜，要絕對避免信號線與電源線合用同一根電纜。（2）屏蔽信號線的屏蔽層要一端接地，同時要避免多點接地。（3）信號線的敷設要盡量遠離干擾源，如避免敷設在大容量變壓器、電動機等電器設備的附近。電力線容量信號線和電力線之間的最少間距（cm）電壓（V）電流（A）12510122505018440200245000800482．信號線的敷設信號線和電力線之間的最少間距（cm）電壓（V（4）信號電纜與電源電纜必須分開，并盡量避免平行敷設。（4）信號電纜與電源電纜必須分開，并盡量避免平行敷設。8.2.5電源系統的抗干擾

計算機控制系統一般是由交流電網供電，電網電壓與頻率的波動將直接影響到控制系統的可靠性與穩定性。電源的干擾是計算機控制系統的一個主要干擾，抑制這種干擾的主要從以下2個方面考慮：

1．交流電源系統

2．直流電源系統8.2.5電源系統的抗干擾計算機控制系統一般是由交1．交流電源系統1．交流電源系統措施：措施：掉電保護電路掉電保護電路2．直流電源系統（1）交流電源變壓器的屏蔽（2）采用直流開關電源（3）采用DC-DC變換器（4）為每塊電路板設立獨立的直流電源（5）集成電路塊的VCC加旁路電容2．直流電源系統計算機控制系統中的地線：數字地系統地交流地模擬地保護地8.2.6接地系統的抗干擾計算機控制系統中的地線：8.2.6接地系統的抗干擾接地處理

1．單點接地與多點接地圖單點接地方式接地處理圖單點接地方式2．分別回流法單點接地圖單點回流法接地方式2．分別回流法單點接地圖單點回流法接地方式3．輸入系統的接地圖輸入系統接地方式3．輸入系統的接地圖輸入系統接地方式圖放大器公共端接屏蔽罩圖放大器公共端接屏蔽罩

設計印制線路板應遵守下列原則，以免系統內部地線產生干擾。（1）TTL，CMOS器件的地線要呈輻射狀，不能形成環形。（2）印制線路板上的地線要根據通過的電流大小決定其寬度，不要小于3mm，在可能的情況下，地線越寬越好。（3）旁路電容的地線不能長，應盡量縮短。（4）大電流的零電位地線應盡量寬，而且必須和小信號的地分開。4．印制線路板的地線分布設計印制線路板應遵守下列原則，以免系統內部地線5．主機系統的接地

圖全機一點接地(1)全機一點接地5．主機系統的接地圖全機一點接地(1)全機一點(2)外殼接地機芯浮空(2)外殼接地機芯浮空（3）多機系統的接地

圖全機一點接地（3）多機系統的接地圖全機一點接地

8.3軟件抗干擾措施

引言

8.3.1指令冗余技術

8.3.2軟件陷阱技術8.3軟件抗干擾措施引言引言

在控制系統的輸入輸出通道中，采用數字濾波方法，即采用某種計算方法對通道的信號進行數字處理，