单片机应用系统抗干扰技术PDF电子书下载

第一章 可靠性与抗干扰技术概述 1

1．1 研究抗干扰技术的重要性 1

1．2 可靠性概念 2

一、可靠性定义及定量描述 2

二、系统的可靠性模型 4

1．3 微机测控系统可靠性设计任务与方法 12

一、可靠性设计任务 12

二、可靠性设计一般方法 12

一、电磁兼容性设计及内容 15

1．4 电磁兼容性设计及常用术语 15

二、电磁兼容性标准 16

三、常用名词术语 18

1．5 干扰的分类 20

一、按噪声产生的原因分类 20

二、按噪声传导模式分类 20

三、按噪声波形及性质分类 21

1．6 干扰的耦合方式 22

一、直接耦合方式 23

二、公共阻抗耦合方式 23

三、电容耦合方式 23

五、辐射耦合方式 24

四、电磁感应耦合方式 24

六、漏电耦合方式 25

1．7 单片机测控系统可靠性设计的主要途径 25

第二章 常用元件可靠性能与选择 27

2．1 元件的失效特性 27

一、元件的失效规律 27

二、元件的失效形式 27

2．2 元件的失效机理 28

一、温度影响 28

三、电压影响 29

四、振动、冲击影响 29

二、湿度影响 29

2．3 元件的选择与降额设计 30

一、元件的选择准则 30

二、元件的降额设计 30

2．4 电阻器性能比较及应用 31

一、电阻器的噪声与频率特性 31

二、电阻器的选择 32

三、电阻器使用的注意事项 34

四、电阻器的型号命名及标称阻值 34

2．5 电容器特性及应用 35

一、电容器的等效电路 35

二、电容器的种类及选用 36

四、电容器的型号及容量表示法 38

三、电容器使用注意事项 38

2．6 数字集成电路特性与型号 40

一、噪声容限与抗干扰能力 40

二、施密特集成电路的噪声容限 42

三、TTL数字集成电路的抗干扰性能 43

四、CMOS数字集成电路的抗干扰性能 44

五、CMOS电路使用中注意事项 46

六、集成门电路系列型号 46

2．7 高速CMOS54/74HC系列接口设计 48

一、54/74HC系列芯片的特点 48

2．8 半导体器件的选择 50

二、74HC与TTL接口 50

三、74HC与CPU、单片机的接口 50

2．9 元器件的装配工艺对可靠性影响 51

第三章 硬件抗干扰技术原理与方法 52

3．1 无源滤波器 52

一、电容滤波器 53

二、电感滤波器 53

三、RC低通滤波器 54

四、LC低通滤波器 56

五、低通滤波器的结构选择 58

六、低通滤波器的平衡结构与串联形式 58

七、双T滤波器 60

3．2 有源滤波器 61

一、一阶低通有源滤波器 62

二、二阶低通有源滤波器 62

三、单片集成电路滤波器 64

3．3 去耦电路 67

一、尖峰电流的形成原理 67

二、去耦电容的配置 68

3．4 屏蔽技术与双绞线传输 69

一、屏蔽的一般原理 69

二、双绞线和金属屏蔽线的使用 72

一、光电隔离 77

3．5 隔离技术 77

二、继电器隔离 80

三、变压器隔离 81

四、布线隔离 82

3．6 接地技术 83

一、概述 83

二、安全接地 84

三、工作接地 86

四、屏蔽接地 87

五、微机测控系统的接地技术 88

3．7 反射波干扰及抑制 91

一、反射波干扰分析 92

二、数字电路中反射干扰的抑制 96

3．8 静电放电干扰及其抑制 98

3．9 漏电干扰的防止措施 100

第四章 主机单元配置与抗干扰技术 101

4．1 单片机主机单元组成特点 101

一、8051/875l最小应用系统 101

二、8031最小应用系统 102

三、低功耗单片机最小应用系统 102

4．2 总线的可靠性设计 106

一、总线驱动器 106

二、总线的负载乎衡 106

三、总线上拉电阻的配置 107

4．3 芯片配置与抗干扰 108

一、去耦电容配置 108

二、数字输入端的噪声抑制 109

三、数字电路不用端的处理 110

四、存储器的布线 110

4．4 译码电路的可靠性分析 111

一、过渡干扰与译码选通 112

二、译码方式与抗干扰 114

4．5 时钟电路配置 115

4．6 复位电路设计 115

一、复位电路RC参数的选择 115

二、复位电路的可靠性与抗干扰分析 116

三、I/O接口芯片的延时复位 119

4．7 单片机系统的中断保护问题 119

一、MCS-51单片机的中断机构 119

二、常用的几种中断保护措施 119

4．8 RAM数据掉电保护 121

一、数据掉电保护基本电路 121

二、采用软件冗余措施 122

三、EEPROM的数据保护 122

4．9 TL7705构成的掉电保护电路 123

一、TL7705工作原理 124

二、TL7705的典型应用 124

4．10 微处理器监控器MAX690A/MAX692A 125

一、工作原理 126

二、与单片机接口电路 128

4．11 微处理器监控器MAX703～709/813L 129

一、组成及功能 129

二、典型应用 132

4．12 微处理器监控器MAX791 133

一、工作原理 134

二、MAX791与8031接口 136

第五章 测量单元配置与抗干扰技术 138

5．1 概述 138

一、ADOP-07 139

5．2 集成运算放大器 139

二、AD517 141

5．3 测量放大器及抗干扰分析 141

一、测量放大器的工作原理 142

二、单片集成测量放大器AD521 143

三、单片集成测量放大器AD522 145

四、测量放大器的抗共模干扰能力 146

五、测量放大器的技术指标及选用 147

5．4 具有放大、滤波、激励功能的模块2830/2831 147

一、性能特点 148

二、引脚与结构框图 149

三、使用要点 150

四、典型应用 154

5．5 隔离放大器 155

一、AD210三端隔离放大器 155

二、AD290三端隔离放大器 156

5．6 电压/电流变换电路 158

一、V/I转换电路 158

二、集成V/Ⅰ变换器XTR101 159

三、集成V/Ⅱ变换器XTR110 162

5．7 电流/电压变换电路 164

5．8 传感器线性化处理及零点调整 165

一、传感器线性化硬件校正电路 166

二、传感器线性化软件处理 168

三、数字式线性转换 172

四、零位误差的校正方法 173

5．9 实用线性光电耦合放大器 173

5．10 外部噪声源的干扰及其抑制 174

5．11 输入信号串模干扰的抑制 175

5．12 输入信号共模干扰的抑制 176

5．13 仪器仪表的接地噪声 178

5．14 集成运放的保护措施 179

一、输入端的保护电路 179

三、输入电路的屏蔽保护 180

二、输出端的保护电路 180

5．15 传感器供电电源的配置及抗干扰 181

一、传感器供电电源的扰动补偿 181

二、单片集成精密电压芯片 184

三、A/D转换器芯片提供基准电压 185

5．16 提高传感器输出信号综合精度的方法 185

一、系统的组成与分析 185

二、串联数字校正 187

三、校正数字测定 188

第六章 D/A、A/D单元配置与抗干扰技术 190

6．1 概述 190

一、模拟量输入通道的结构 190

三、A/D转换中的混叠噪声与量化噪声 191

二、模拟量输出通道的结构 191

四、D/A、A/D转换器的干扰源 193

6．2 D/A转换原理与误差分析 195

一、T型电阻D/A转换器及误差分析 195

二、典型D/A转换芯片DACl232应用设计举例 198

三、DAC加法器及基准电源的精度要求 200

四、D/A转换器的尖峰干扰 201

6．3 D/A转换器的技术参数和测量 202

一、D/A转换器的主要参数 202

二、D/A转换器参数的测量方法 204

三、DAC精度校准与测试举例 207

6．4 A/D转换器的原理与抗干扰性能 208

一、逐次比较式ADC原理 208

二、余数反馈比较式ADC原理 209

三、双积分ADC原理 211

四、V/FADC原理 212

五、∑—△式ADC原理 214

6．5 典型ADC与单片机接口举例 218

一、逐次比较式AD574A 218

二、余数反馈比较式AD7884 221

三、双积分式5G14433 226

四、V/F式AD652 229

五、∑—△式AD7703 234

一、A/D转换器的主要参数 240

6．6 A/D转换器的主要参数与测试 240

二、A/D转换器参数的测量方法 241

三、ADC校准举例 243

6．7 采样保持电路与抗干扰措施 244

一、采样保持器参数 244

二、采样保持器集成芯片AD582 245

三、采样保持器的抗干扰措施 246

一、CD4051 247

二、AD7501 247

6．8 多路模拟开关与抗干措施 247

三、多路开关配置与抗干扰技术 249

6．9 数据采集系统的综合误差计算 251

一、设计要求 251

二、系统转换时间 251

三、系统转换精度 252

6．10 A/D、D/A的光电隔离接口技术 254

一、概述 254

二、8031与D/A的光电接口电路 254

6．11 工频干扰及其抑制措施 256

一、干扰信号分析 256

二、工频干扰的抑制措施 257

6．12 D/A、A/D转换器的电源、接地与布线 259

7．1 数字信号负逻辑传输方式 260

第七章 数字信号传输通道的抗干扰措施 260

7．2 提高数字信号的电压等级 261

7．3 数字输入信号的RC阻容滤波 261

一、RC滤波原理 261

二、RC滤波器的选用 262

7．4 提高输入端的门限电压 263

7．5 输入开关触点抖动干扰的抑制方法 264

一、软件延时法 264

二、在触点两端并联RC元件 265

三、利用整形电路消除抖动影响 265

一、线间串扰分析 266

7．6 信号线间串扰及其抑制 266

二、线间串扰的抑制 270

7．7 信号线的选择 271

一、信号线型式的选择 271

二、信号线截面的选择 272

三、单股导线的阻抗分析 272

7．8 信号线的敷设 273

第八章 功率接口与抗干扰技术 275

8．1 输出控制功率接口电路 275

一、继电器输出驱动接口 275

三、光电耦合器一晶闸管输出驱动电路 276

二、继电器一接触器输出驱动电路 276

四、脉冲变压器一晶闸管输出电路 277

8．2 感生负载电路噪声抑制 278

一、抑制直流感性负载瞬变噪声的方法 278

二、抑制交流感性负载瞬变噪声的方法 281

三、利用晶闸管抑制感性负载的瞬变噪声 284

8．3 晶闸管变流装置的干扰和抑制措施 285

一、晶闸管变流装置电气干扰分析 285

二、晶闸管变流装置的抗干扰措施 286

一、利用集成运放或比较器产生过零脉冲 288

二、直接从单相电网取出过零脉冲 288

8．4 晶闸管过零触发的几种方式 288

三、直接从三相电网取出过零脉冲 289

8．5 光控晶闸管输出光耦合器 289

一、GD-L光控耦合器特性 290

二、典型应用 291

8．6 固态继电器原理及应用 292

一、固态继电器的原理和结构 292

二、固态继电器的主要性能特点 294

三、SSR应用图例 295

四、使用固态继电器注意事项 295

第九章 键盘/显示单元配置与抗干扰技术 297

9．1 键盘接口抗干扰问题 297

9．2 LED显示器的构造与特点 299

一、LED静态显示接口及抗干扰 300

9．3 LED显示接口及抗干扰措施 300

二、LED动态显示接口及抗干扰 304

9．4 液晶显示器的构造与特点 306

一、液晶显示器的基本结构及工作原理 306

二、液晶显示器的特点 308

三、液晶显示器主要参数 308

9．5 液晶显示器的驱动方式与接口 308

一、静态驱动方式与接口实例 309

二、动态驱动方式与接口实例 311

一、LCD使用中异常现象及注意事项 319

9．6 LCD注意事项及同LED比较 319

二、LCD与LED的比较 320

第十章 电源的干扰与抑制 321

10．1 电源干扰类型及耦合途径 321

一、电源干扰的类型 321

二、电源干扰的耦合途径 321

三、电源抗干扰的基本方法 322

10．2 交流稳压器 323

10．3 压敏电阻器原理及应用 324

一、ZnO压敏电阻的电气参数 325

二、ZnO压敏电阻器的型号 326

三、压敏电阻的选择 327

四、压敏电阻的接线方式 329

五、压敏电阻器的使用注意事项 329

10．4 瞬变电压抑制器TVS特性及应用 330

一、TVS的特性及主要参数 330

二、TVS的选用原则 331

三、TVS的典型应用 331

四、TVS与压敏电阻的比较 331

10．5 交流电源滤波器 333

四、双绕组扼流圈的应用 334

三、多级电源滤波器 334

二、电感电容滤波器 334

一、电容滤波器 334

五、安装滤波器的注意事项 335

10．6 电源变压器的屏蔽与隔离 335

10．7 交流电源的供电抗干扰方案 337

一、交流电源配电方式 337

二、交流电源抗干扰综合方案 337

10．8 供电直流侧抑制干扰措施 338

一、整流电路的高频滤波 338

二、串联型直流稳压电源配置与抗干扰 339

三、集成稳压器使用中的保护 340

四、集成稳压电源的分散与附加配置 341

一、开关噪声的分类 342

10．9 开关电源干扰的抑制措施 342

二、开关电源噪声的抑制措施 343

10．10 微机用不间断电源UPS 344

第十一章 软件抗干扰原理与方法 347

11．1 概述 347

一、测控系统软件的基本要求 347

二、软件抗干扰的一般方法 347

11．2 指令冗余技术 348

二、重要指令冗余 349

11．3 软件陷阱技术 349

一、NOP的使用 349

二、软件陷阱的安排 350

11．4 “看门狗”技术 353

一、硬件“看门狗”电路 353

二、软件“看门狗”技术 355

三、软硬件结合的“看门狗”技术 357

11．5 故障自动恢复处理程序 359

一、上电标志设定 360

二、RAM中数据冗余保护与纠错 362

三、软件复位与中断激活标志 363

四、程序失控后恢复运行的方法 363

11．6 数字滤波 364

二、中位值滤波法 365

一、程序判断滤波法 365

三、算术平均滤波法 367

四、递推平均滤波法 368

五、防脉冲干扰平均值滤波法 369

六、一阶滞后滤波法 371

11．7 干扰避开法 372

11．8 开关量输入/输出软件抗干扰设计 374

一、开关量输入软件抗干扰措施 374

二、开关量输出软件抗干扰措施 374

11．9 编写软件的其他注意事项 375

12．1 印制板导线的特性阻抗 376

第十二章 印刷电路板抗干扰措施 376

12．2 抑制电源线和地线阻抗噪声 377

一、地线设计 377

二、配置去耦电容方法 378

三、电源线的布置 379

12．3 高速电路的导线条形状和布局 381

12．4 印制板辐射噪声及其抑制 381

12．5 印制板电路的布线方式 382

一、印制板的布线原则 382

二、微机自动布线注意问题 383

12．6 印制板的尺寸和器件布置 383

12．7 印制板的安装方法和板间配线 384

参考文献 385