電子電路的抗干擾技術(shù)ppt課件

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3 5屏蔽 接地 浮置與其他干擾抑制技術(shù)3 6電源變壓器與工頻干擾3 7通過(guò)布線減小干擾3 8軟件抗干擾技術(shù)思考與練習(xí)題 第三講電子電路的抗干擾技術(shù) 二 1 3 5 2接地技術(shù) 1 接地的概念和目的 在電子測(cè)量系統(tǒng)中 地的含義包括兩種 一是代表一個(gè)系統(tǒng)或一個(gè)電路的等電位參考點(diǎn) 接地的目的是為系統(tǒng)或電路的各部分提供一個(gè)穩(wěn)定的基準(zhǔn)電位 并以低的阻抗為信號(hào)電流回流到信號(hào)源提供通路 這種地又稱(chēng)為信號(hào)地 顯然 沒(méi)有信號(hào)地 系統(tǒng)或電路是無(wú)法工作的 二是指地球的大地 系統(tǒng)或電路的某些部分需要與該地連接 接地的目的是為電氣設(shè)備提供一個(gè)保護(hù)接地 或者是滿(mǎn)足靜電屏蔽的需要 2 2 電子測(cè)量系統(tǒng)中的多種地線 1 保護(hù)地線 為了安全起見(jiàn) 作為三相四線制電源電網(wǎng)的零線 電氣設(shè)備的機(jī)殼 底盤(pán)以及避雷針等都需要接大地 對(duì)于單相電 為了保證用電的安全性 也應(yīng)采用具有保護(hù)接地線的單相三線制配電方式 圖3 12是220V 三線制交流配電原理圖 火線 上裝有熔斷絲 保護(hù)地線應(yīng)與設(shè)備外殼相連 當(dāng)電流超過(guò)容限時(shí) 熔斷絲切斷電源 但不管漏電流大小或熔斷絲是否熔斷 用電設(shè)備外殼始終保持地電位 從而保障了人身安全 3 圖3 12單相三線制配電原理圖 4 2 信號(hào)地線 電子測(cè)量系統(tǒng)中的地線除特別說(shuō)明是接大地的以外 一般都是指作為電信號(hào)的基準(zhǔn)電位的信號(hào)地線 信號(hào)地線又可分為兩種 模擬地和數(shù)字地 模擬地是模擬信號(hào)的零電位公共線 因?yàn)槟M信號(hào)一般較弱 所以對(duì)模擬地要求較高 數(shù)字地是數(shù)字信號(hào)的零電位公共線 5 由于數(shù)字信號(hào)一般較強(qiáng) 故對(duì)數(shù)字地要求可低些 但由于數(shù)字信號(hào)處于脈沖工作狀態(tài) 動(dòng)態(tài)脈沖電流在雜散的接地阻抗上產(chǎn)生的干擾電壓 即使尚未達(dá)到足以影響數(shù)字電路正常工作的程度 但對(duì)于微弱的模擬信號(hào)來(lái)說(shuō) 往往已成為嚴(yán)重的干擾源 為了避免模擬地與數(shù)字地之間的相互干擾 二者應(yīng)分別設(shè)置 6 3 信號(hào)源地線 信號(hào)源地線是傳感器本身的零電位基準(zhǔn)公共線 傳感器可看做是測(cè)量裝置的信號(hào)源 通常傳感器安裝在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng) 而顯示 記錄等測(cè)量裝置則安裝在離現(xiàn)場(chǎng)有一定距離的控制室內(nèi) 在接地要求上二者不同 7 4 負(fù)載地線 負(fù)載的電流一般較前級(jí)信號(hào)大得多 負(fù)載地線上的電流在地線中產(chǎn)生的干擾作用也大 因此負(fù)載地線和放大器的信號(hào)地線也有不同的要求 有時(shí)二者在電氣上是相互絕緣的 它們之間通過(guò)磁耦合或光耦合傳輸信號(hào) 在電子測(cè)量系統(tǒng)中 上述四種地線應(yīng)分別設(shè)置 在電位需要連通時(shí) 可選擇合適位置做一點(diǎn)相連 以消除各地線之間的干擾 8 3 電路一點(diǎn)接地原則 1 單級(jí)放大電路的一點(diǎn)接地 如圖3 13 a 所示 單級(jí)選頻放大器的原理電路上有7個(gè)線端需要接地 如果只從原理圖的要求進(jìn)行接線 則這7個(gè)線端可以接在接地母線任意不同位置 這樣 不同接地點(diǎn)間的電位差就有可能成為這級(jí)電路的干擾信號(hào) 因此 應(yīng)采用圖3 13 b 所示的一點(diǎn)接地方式 9 圖3 13單級(jí)電路的一點(diǎn)接地 a 多點(diǎn)接地方式 b 一點(diǎn)接地方式 10 2 多級(jí)電路的一點(diǎn)接地圖3 14 a 所示的多級(jí)電路利用一段公用地線后 再在一點(diǎn)接地 它雖然避免了多點(diǎn)接地可能產(chǎn)生的干擾 但是在這段公用地線上卻存在著A B C三點(diǎn)不同的對(duì)地電位差 其中UA I1 I2 I3 R1 UB UA I2 I3 R2 UC UB I3R3 11 圖3 14多級(jí)電路的一點(diǎn)接地 a 一點(diǎn)接地的串聯(lián)方式 b 一點(diǎn)接地的并聯(lián)方式 12 當(dāng)各級(jí)電平相差不大時(shí) 這種接地方式還勉強(qiáng)可以使用 如果各電路的電平相差很大時(shí) 就不能使用 因?yàn)楦唠娖诫娐穼?huì)產(chǎn)生較大的地電流并干擾到低電平電路 這種利用一段公用地線多級(jí)接地方式的優(yōu)點(diǎn)是布線簡(jiǎn)便 因此常應(yīng)用在級(jí)數(shù)不多 各級(jí)電平相差不大以及抗干擾能力較強(qiáng)的數(shù)字電路 在使用這種接地方式時(shí)還應(yīng)注意把低電平的電路放在距接地點(diǎn)最近的地方 因?yàn)樵擖c(diǎn)最接近于地電位 13 3 放大器與信號(hào)源的接地圖3 15 a 為放大器與信號(hào)源的兩點(diǎn)接地方式 其中Us為信號(hào)源電壓 Rs為信號(hào)源內(nèi)阻 Rc為引線電阻 對(duì)于微弱信號(hào)的放大電路 信號(hào)源地與放大器地之間存在著地電阻RG 當(dāng)某種干擾電流流過(guò)此電阻時(shí) 就會(huì)形成共模干擾UG 其等效電路如圖3 15 b 所示 14 圖3 15放大器與信號(hào)源的接地方式 a 放大器與信號(hào)源兩點(diǎn)接地 b 兩點(diǎn)接地等效電路 c 一點(diǎn)接地等效電路 15 16 3 5 3浮置技術(shù) 浮置又稱(chēng)浮空 浮接 它指的是電子測(cè)量系統(tǒng)的輸入信號(hào)放大器公共線 即模擬信號(hào)地 不接機(jī)殼或大地 對(duì)于被浮置的測(cè)量系統(tǒng) 測(cè)量電路與機(jī)殼或大地之間無(wú)直流聯(lián)系 17 圖3 16浮置的溫度測(cè)量系統(tǒng) 18 圖3 16所示的溫度測(cè)量系統(tǒng)中 其前置放大器通過(guò)三個(gè)變壓器與外界聯(lián)系 B1是輸出變壓器 B2是反饋?zhàn)儔浩?B3是電源變壓器 前置放大器的兩個(gè)輸入端子均不接外殼和屏蔽層 也不接大地 兩層屏蔽之間互相絕緣 外層屏蔽接大地 內(nèi)層屏蔽延伸到信號(hào)源處接地 從圖中可明顯看出 采用浮置后地電位差所造成的干擾電流大大減小 而且該電流為容性漏電流 19 3 5 4平衡電路 平衡電路又稱(chēng)為對(duì)稱(chēng)電路 它是指雙線電路中的兩根導(dǎo)線與連接到這兩根導(dǎo)線的所有電路對(duì)地或?qū)ζ渌麑?dǎo)線電路結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng) 對(duì)應(yīng)阻抗相等 例如 電橋和差分放大器就屬于平衡電路 采用平衡電路可以使對(duì)稱(chēng)電路結(jié)構(gòu)所拾撿的噪聲相等 并可以在負(fù)載上自行抵消 20 圖3 17最簡(jiǎn)單的平衡電路 21 圖3 17所示電路是最簡(jiǎn)單的平衡電路 UN1 UN2為噪聲電壓源 Us1 Us2為信號(hào)源 兩個(gè)噪聲源所產(chǎn)生的噪聲電流為IN1 IN2 兩個(gè)信號(hào)源產(chǎn)生的信號(hào)電流為Is 由電路原理圖可求出在負(fù)載上產(chǎn)生的總電壓為 3 15 22 在一個(gè)不平衡系統(tǒng)中 電路的信號(hào)傳輸部分可采用兩個(gè)變壓器而使其變得平衡 其原理如圖3 18所示 因?yàn)殚L(zhǎng)導(dǎo)線最易拾撿噪聲 所以這種方法對(duì)于信號(hào)傳輸電路在噪聲抑制上是很有用的 同時(shí) 變壓器還能斷開(kāi)地環(huán)路 因此能消除負(fù)載與信號(hào)源之間由于地電位差所造成的噪聲干擾 23 圖3 18用兩個(gè)變壓器使傳輸線平衡 a 不平衡系統(tǒng) b 平衡傳輸系統(tǒng) 24 3 5 5濾波器 1 RC濾波器 當(dāng)信號(hào)源為熱電偶 應(yīng)變片等信號(hào)變化緩慢的傳感器時(shí) 利用小體積 低成本的無(wú)源RC低通濾波器將對(duì)串模干擾有較好的抑制效果 對(duì)稱(chēng)的RC低通濾波器電路如圖3 19所示 25 圖3 19串模干擾信號(hào)濾波器 a 單級(jí)RC濾波器與放大器的連接 b 二級(jí)RC濾波器 26 2 直流電源輸出端的濾波器 直流供電的儀表 其直流電源往往被幾個(gè)電路共用 因此 為了減弱經(jīng)共用電源內(nèi)阻在各電路之間形成的噪聲耦合 對(duì)直流電源輸出端還需加裝濾波器 圖3 20 a b 是濾除高 低頻成分干擾的兩種濾波器 27 圖3 20高 低頻干擾電壓濾波器 28 3 退耦濾波器 當(dāng)一個(gè)直流電源對(duì)幾個(gè)電路同時(shí)供電時(shí) 為了避免通過(guò)電源內(nèi)阻造成幾個(gè)電路之間互相干擾 應(yīng)在每個(gè)電路的直流進(jìn)線與地線之間加裝退耦濾波器 圖3 21是RC和LC退耦濾波器的應(yīng)用方法示意圖 應(yīng)注意 LC濾波器有一個(gè)諧振頻率 其值為 3 16 應(yīng)將這個(gè)諧振頻率取在電路的通頻帶之外 在諧振頻率時(shí) 濾波器的增益與阻尼系數(shù) 成反比 LC濾波器的阻尼系數(shù) 3 17 式中 R是電感線圈的等效電阻 為了將諧振時(shí)的增益限制在2dB以下 應(yīng)取 0 5 29 圖3 21電源退耦濾波器 a RC退耦濾波器 b LC退耦濾波器 30 4 交流電源進(jìn)線端的對(duì)稱(chēng)濾波器 任何使用交流電源的電子測(cè)量?jī)x表 經(jīng)電源線傳導(dǎo)耦合到測(cè)量電路中的干擾 都會(huì)對(duì)儀表工作造成影響 為此 在交流電源進(jìn)線端子間加裝濾波器是十分必要的 31 3 5 6光電耦合器 光耦合器是由發(fā)光二極管和光敏三極管封裝在一個(gè)管殼內(nèi)組成的 發(fā)光二極管兩端為信號(hào)輸入端 光敏三極管的集電極和發(fā)射極作為光耦合器的輸出端 它們之間的信號(hào)傳輸是靠發(fā)光二極管在信號(hào)電壓的控制下發(fā)光 傳送給光敏三極管來(lái)完成的 輸入信號(hào)和輸出信號(hào)二者之間在電氣上是絕緣的 32 圖3 22用于斷開(kāi)地環(huán)路的光耦合器 33 見(jiàn)圖3 22 由于兩個(gè)電路之間采用光束來(lái)耦合 因此能把兩個(gè)電路的地電位隔離開(kāi) 兩個(gè)電路的地電位即使不同也不會(huì)造成干擾 光耦合對(duì)數(shù)字電路很適用 但在模擬電路中需應(yīng)用光反饋技術(shù) 以解決光耦合器特性的非線性問(wèn)題 34 3 5 7脈沖電路的噪聲抑制技術(shù) 1 脈沖電路被干擾的一般情況 對(duì)于脈沖電路來(lái)說(shuō) 理想的信號(hào)波形應(yīng)具有以下特征 幅度一定 重復(fù)周期或脈沖寬度一定 波形無(wú)畸變 不寄生其他非工作信號(hào)波形 沒(méi)有相位偏移 零電平基準(zhǔn)線保持不變 35 實(shí)際電路中 由于各種各樣的電路條件及傳輸過(guò)程中各種干擾因素的影響 上述理想條件并不是都能滿(mǎn)足 例如 當(dāng)脈沖信號(hào)通過(guò)電容時(shí)就失去了直流分量 零電平可能要偏離基準(zhǔn)線 電路的時(shí)間常數(shù)不合適將使脈沖波形發(fā)生畸變 信號(hào)如通過(guò)電感將產(chǎn)生相移 且隨頻率變化 在包含頻率極寬的脈沖波形中 其每個(gè)頻率的相移大小各不相同 故會(huì)發(fā)生波形畸變 總之 信號(hào)的畸變是引起脈沖電路工作異常的重要因素之一 也是區(qū)別于模擬電路的重要特征 36 圖3 23常見(jiàn)的脈沖干擾波形 a 原波形 b 嚴(yán)重振鈴 c 混入了模擬干擾 d 高頻寄生振蕩 e 垂度過(guò)大 f 共模干擾 g 尖峰干擾 37 2 脈沖電路的噪聲抑制技術(shù) 1 脈沖干擾隔離門(mén) 脈沖干擾隔離門(mén)利用硅二極管的正向壓降對(duì)幅度較小的干擾脈沖加以阻擋 而讓幅度較大的脈沖信號(hào)順利通過(guò) 圖3 24給出了脈沖隔離門(mén)的原理電路 圖中二極管應(yīng)選用開(kāi)關(guān)管 38 圖3 24脈沖隔離門(mén) 39 2 削波器 當(dāng)噪聲電壓低于脈沖的波峰值時(shí) 也可使用圖3 25所示的削波器 該削波器只讓高于電壓E的脈沖信號(hào)通過(guò) 而低于電壓E的干擾脈沖則被削掉 圖3 25削波器 a 原理圖 b 波形圖 40 3 積分電路 在脈沖電路中為了抑制窄脈沖型的噪聲干擾 使用積分電路是最有效的 當(dāng)脈沖電路以脈沖前沿的相位作為信息傳輸時(shí) 通常用微分電路取出前沿相位 但是 如果有噪聲脈沖存在 其寬度即使很小也會(huì)出現(xiàn)在輸出端 如果使用積分電路 則脈沖寬度大的信號(hào)輸出大而脈沖寬度小的噪聲脈沖輸出小 所以能將噪聲脈沖干擾濾除掉 圖3 26以波形圖的形式說(shuō)明了用積分電路消除干擾脈沖的原理 41 圖3 26用積分電路消除干擾脈沖 a 混有干擾的脈沖信號(hào) b 微分電路的輸出波形 c 積分電路的輸出波形 42 3 6電源變壓器與工頻干擾 3 6 1電源變壓器的屏蔽措施1 電源變壓器原 副邊繞組之間加入單層靜電屏蔽后的漏電流分析 圖3 27帶靜電屏蔽的變壓器等效電路 43 3 6 2電源濾波器的構(gòu)造及抗干擾特性任何使用交流電源的電子測(cè)量系統(tǒng) 經(jīng)電源線傳導(dǎo)耦合到測(cè)量電路中的干擾 都會(huì)對(duì)系統(tǒng)工作造成影響 為此 在交流電源進(jìn)線端子間加裝濾波器是十分必要的 在電源和負(fù)載之間插入交流電源濾波器之后可以將幾千赫茲至幾十兆赫茲范圍內(nèi)的電磁干擾衰減到幾十分之一 交流電源濾波器有不同的構(gòu)造 因此也有不同的抗干擾特性 44 圖3 31是幾種常用的電源濾波器的結(jié)構(gòu)原理圖 圖 a 是高頻旁路電容濾波器 可以濾除電源中的高頻串模干擾 圖 b 是并接在電源輸入兩端的兩個(gè)串聯(lián)旁路電容 電容間的連接點(diǎn)接地 這種濾波器可以濾除電源的共模干擾 圖 c 所示的濾波器電路中 C1 C2對(duì)濾除共模干擾起作用 而C3對(duì)濾除串模干擾起作用 圖 d 是濾除電源串模干擾的濾波器 L1 L2對(duì)于高頻干擾源來(lái)說(shuō)是高阻抗 C為低阻抗 圖 e 是濾出共模干擾的濾波器 圖3 31各種電源濾波器的構(gòu)成 45 圖3 32是對(duì)串模干擾和共模干擾均有濾除效果的電源濾波器 100 H電感 0 1 F電容組成高頻濾波器 能吸收從電源線傳導(dǎo)進(jìn)來(lái)的中短波段的高頻噪聲干擾 圖中兩只對(duì)稱(chēng)的5mH電感是由繞在同一只鐵芯兩側(cè) 匝數(shù)相等的電感繞組構(gòu)成的 稱(chēng)為共模電感 或抗共模干擾扼流圈 由于電源的進(jìn)線側(cè)至負(fù)載的往返電流在鐵芯中產(chǎn)生的磁通方向相反 互相抵消 因而不起電感的作用 對(duì)50Hz的大負(fù)載電流阻抗很小 但對(duì)于電源相線和中性線同時(shí)存在的大小相等 相位相同的共模噪聲干擾來(lái)說(shuō) 是一個(gè)較大的電感 它呈高阻抗 所以對(duì)共模噪聲干擾有良好的抑制作用 圖中的10 F電容能吸收因電源波形畸變而產(chǎn)生的諧波干擾 圖中的壓敏電阻R能吸收因雷擊等引起的浪涌電壓干擾 46 圖3 32交流電源濾波器電路 47 3 6 3鐵氧體磁珠濾波器及浪涌吸收器 1 鐵氧體磁珠濾波器 在穩(wěn)壓電源的直流輸出端接一個(gè)電源濾波器 能有效地抑制電源干擾 但是當(dāng)輸出直流電流很大時(shí) 如數(shù)十安培乃至數(shù)百安培時(shí) 濾波器中的抗共模干擾扼流圈勢(shì)必要做得很大 特別是線圈的線要粗 鐵芯截面積要大 給制作和安裝帶來(lái)很大的麻煩 在這種場(chǎng)合下 鐵氧體磁珠可以作為濾波器使用 鐵氧體磁珠是一個(gè)對(duì)高頻有很大的損耗 而對(duì)低頻及直流幾乎沒(méi)有損耗的元件 它對(duì)1MHz以上的干擾有顯著的衰減作用 磁珠可根據(jù)需要做成大型的或小型的 小型的孔徑為1mm左右 可以直接穿在銅線 電阻 晶體管等引線上面 起濾波作用 鐵氧體磁珠可分為電阻性的和電感性的兩種 一般用電感性的磁珠作為濾波器 這種磁珠的等效電路為一個(gè)電阻和一個(gè)電感的串聯(lián) 磁珠的阻抗與頻率之間有如下關(guān)系 48 3 19 式中 R為磁珠的等效電阻 L為等效電感 由于磁珠的電阻R使電感的Q值下降 而成為低Q值電路 這對(duì)磁珠作為寬頻帶有效的扼流圈是十分重要的 當(dāng)用一個(gè)磁珠還不足以衰減干擾時(shí) 可用幾個(gè)串聯(lián)在一起 在直流大電流時(shí)要注意選擇磁珠的規(guī)格 不要引起磁珠的磁飽和 49 2 浪涌吸收器 在電源電路中用浪涌吸收器 以吸收電源中的各種浪涌脈沖干擾 這也是抑制電源干擾的有效措施之一 浪涌吸收器的主要特點(diǎn)是其電流 電壓關(guān)系很特殊 電流的增加和減少 使電阻值也發(fā)生相應(yīng)變化 所以 浪涌吸收器也常稱(chēng)為變阻器 其伏安特性曲線如圖3 33所示 若一旦擊穿 其兩端的壓降迅速降低 電流迅速增加 浪涌吸收器的主要技術(shù)指標(biāo)有擊穿電壓 浪涌電流及導(dǎo)通電壓 50 圖3 33浪涌吸收器的伏安特性曲線 51 3 7通過(guò)布線減小干擾1 強(qiáng)弱信號(hào)分開(kāi)布線2 交直流線路分開(kāi)布線3 高低壓線路分開(kāi)走線4 減小線路的環(huán)路面積5 導(dǎo)線和元件的固定6 印刷電路板的設(shè)計(jì) 52 較差 較好 53 很好 較好 較差 54 3 7 1印刷電路板的設(shè)計(jì) 一 印刷電路板基板的選擇 55 56 二 印刷電路的分布電容及載流量 57 分布電容大 分布電容跟單面接近 58 3 7 3印刷線路板的布線設(shè)計(jì) 1 走線呈直線狀 切忌往返交錯(cuò) 較好 較差 59 2 盡量減小布線的分布電容 這與接地電阻應(yīng)小相矛盾 a 采用隔離走線b 采用短接線 跳線 60 C 采用屏蔽線或屏蔽板d 集成電路用隔離地線和電源線 61 3 接地線應(yīng)隨著接地點(diǎn)的增加而不斷加寬 盡量減小接地電阻 4 絕對(duì)避免印刷銅箔形成環(huán)路 以減小對(duì)噪聲信號(hào)的接收 5 從安全角度考慮 電源回路的銅箔應(yīng)能承受電路的最大電流值 高頻電路和高壓電路在拐彎處不應(yīng)開(kāi)成尖角 以避免高壓打火或高頻寄生振蕩 印制條狀銅箔間的距離不可太小 62 63 64 65 66 3 8軟件抗干擾技術(shù) 3 8 1數(shù)字濾波技術(shù)在信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)中均含有各種噪聲和干擾 它們來(lái)自被測(cè)信號(hào)本身 傳感器 外界干擾等 為了進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量 必須消除被測(cè)信號(hào)中的噪聲和干擾 噪聲有兩大類(lèi) 一類(lèi)為周期性的 另一類(lèi)為不規(guī)則的 前者的典型代表為50Hz的工頻干擾 對(duì)于這類(lèi)信號(hào) 可以采用前幾節(jié)介紹的抗干擾措施 對(duì)于不規(guī)則的隨機(jī)干擾 可以用數(shù)字濾波方法予以削弱或?yàn)V除 所謂數(shù)字濾波 就是通過(guò)一定的計(jì)算或判斷程序減少干擾在有用信號(hào)中的比重 因此它實(shí)質(zhì)上是一種程序?yàn)V波 數(shù)字濾波克服了模擬濾波器的不足 與模擬濾波器相比 它有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn) 67 1 數(shù)字濾波是用程序?qū)崿F(xiàn)的 不需要增加硬件設(shè)備 所以可靠性高 穩(wěn)定性好 2 數(shù)字濾波可以對(duì)頻率很低 如0 01Hz 的信號(hào)實(shí)現(xiàn)濾波 克服了模擬濾波器的缺陷 3 數(shù)字濾波器可以根據(jù)信號(hào)的不同 采用不同的濾波方法或?yàn)V波參數(shù) 具有靈活 方便 功能強(qiáng)的特點(diǎn) 68 1 常用的數(shù)字濾波方法 1 算術(shù)平均值濾波法 算術(shù)平均值濾波法是在采樣點(diǎn)連續(xù)采樣數(shù)次并相加 然后取算術(shù)平均值作為本次采樣值的方法 這種方法可以減小系統(tǒng)的隨機(jī)干擾對(duì)采樣結(jié)果的影響 采樣次數(shù)取3 5次即可 69 2 限幅濾波法 由于大的隨機(jī)干擾或傳感器的不穩(wěn)定 使得采樣數(shù)據(jù)偏離實(shí)際值太遠(yuǎn) 為此采用上 下限限幅 即 3 20 而且采用限速 亦稱(chēng)限制變化率 即 3 21 70 3 中值濾波法 中值濾波法的原理是對(duì)被測(cè)參數(shù)連續(xù)采樣m m為大于等于3的奇數(shù) 次 并按大小順序排列 再取中間值作為本次采樣的有效數(shù)據(jù) 中值濾波法和平均值濾波法結(jié)合起來(lái)使用 濾波效果會(huì)更好 即在每個(gè)采樣周期 先用中值濾波法得到m個(gè)濾波值 再對(duì)這m個(gè)濾波值進(jìn)行算術(shù)平均 得到可用的被測(cè)參數(shù) 71 4 慣性濾波法 慣性濾波法實(shí)際上是用軟件方法代替硬件RC濾波器 也就是利用軟件完成低通濾波器的算法 以上討論了四種數(shù)字濾波方法 在實(shí)際應(yīng)用中 究竟選取哪一種數(shù)字濾波方法 應(yīng)視具體情況而定 一般來(lái)說(shuō) 算術(shù)平均值濾波法適用于周期性干擾 中值濾波法和限幅濾波法適用于偶然的脈沖干擾 慣性濾波法適用于高頻及低頻的干擾信號(hào) 針對(duì)不同的測(cè)量對(duì)象 有時(shí)還會(huì)同時(shí)采用幾種濾波方法 比如先用中值濾波法或限幅濾波法 然后再用算術(shù)平均值濾波法 總之 應(yīng)用恰當(dāng)?shù)臄?shù)字濾波方法 可以有效地濾除和減小各種干擾和噪聲 72 2 數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)方法 數(shù)字濾波器實(shí)際上是通過(guò)一定的計(jì)算機(jī)程序?qū)Σ蓸訑?shù)據(jù)進(jìn)行處理 來(lái)實(shí)現(xiàn)上述濾波方法的 下面以匯編語(yǔ)言編寫(xiě)的MCS 51系列單片機(jī)中值數(shù)字濾波子程序?yàn)槔?說(shuō)明其設(shè)計(jì)方法 中值數(shù)字濾波子程序的功能是對(duì)被測(cè)信號(hào)連續(xù)采樣三次 從中選擇中間值作為有效信號(hào) 將連續(xù)采樣的三個(gè)數(shù)據(jù)分別存入R1 R2 R3寄存器 最后得到的結(jié)果存入R0寄存器 73 程序清單如下 ZZLB PUSHPSW 將PSW和累加器A進(jìn)棧保護(hù)PUSHACCMOVA R1 將第一次采樣的數(shù)據(jù)放于ACLRCSUBBA R2JNCZZLB1 第一次采樣的數(shù)據(jù)大于第二次的 則轉(zhuǎn)ZZLB1MOVA R1XCHA R2 將第一次和第二次采樣的數(shù)據(jù)互換MOVR1 AZZLB1 MOVA R3CLRCSUBBA R1JNCZZLB3 第三次采樣的數(shù)據(jù)大于前二次的 則轉(zhuǎn)ZZLB3 74 MOVA R3CLRCSUBBA R2JNCZZLB4MOVA R2MOVR0 AZZLB2 POPACCPOPPSWRETZZLB3 MOVA R1MOVR0 AAJMPZZLB2ZZLB4 MOVA R3MOVR0 AAJMPZZLB2 75 3 8 2指令冗余技術(shù) 當(dāng)CPU受到干擾后 往往會(huì)將一些操作數(shù)當(dāng)作指令碼來(lái)執(zhí)行 引起程序混亂 當(dāng)程序 跑飛 到某一單字節(jié)指令上時(shí) 便自動(dòng)納入正軌 當(dāng)程序 跑飛 到某一雙字節(jié)指令上時(shí) 有可能落到其操作數(shù)上 從而繼續(xù)出錯(cuò) 當(dāng)程序 跑飛 到三字節(jié)指令上時(shí) 因它有兩個(gè)操作數(shù) 繼續(xù)出錯(cuò)的機(jī)會(huì)就更大 因此在程序設(shè)計(jì)中應(yīng)多采用單字節(jié)指令 并在關(guān)鍵的地方人為地插入一些單字節(jié)指令 NOP 或?qū)⒂行巫止?jié)指令重復(fù)書(shū)寫(xiě) 這便是指令冗余 指令冗余無(wú)疑會(huì)降低系統(tǒng)的效率 但在絕大多數(shù)情況下 CPU還不至于忙到不能多執(zhí)行幾條指令的程度 所以這種方法仍被廣泛采用 76 在一些對(duì)程序流向起決定作用的指令之前插入兩條NOP指令 以保證 跑飛 的程序迅速納入正確軌道 在某些對(duì)系統(tǒng)工作狀態(tài)重要的指令前也可插入NOP指令 以保證正確執(zhí)行 指令冗余技術(shù)可以減少程序 跑飛 的次數(shù) 但這并不能保證在失控期間不破壞系統(tǒng) 更不能保證程序納入正常軌道后就太平無(wú)事 解決這個(gè)問(wèn)題必須采用軟件陷阱技術(shù) 77 3 8 3軟件陷阱技術(shù) 指令冗余技術(shù)使 跑飛 的程序安定下來(lái)是有條件的 首先 跑飛 的程序必須落到程序區(qū) 其次 必須執(zhí)行到冗余指令 所謂軟件陷阱 就是用一條引導(dǎo)指令 強(qiáng)行將捕獲的程序引向一個(gè)指定的地址 在那里有一段專(zhuān)門(mén)對(duì)程序出錯(cuò)進(jìn)行處理的程序 如果把這段程序的入口標(biāo)號(hào)設(shè)為ERR 則軟件陷阱即為一條無(wú)條件轉(zhuǎn)移指令 為了加強(qiáng)其捕捉效果 一般還在它前面加上兩條NOP指令 因此軟件陷阱由三條指令組成 NOP NOP LJMPERR 78 軟件陷阱一般安排在程序中的四個(gè)地方 未使用的中斷矢量區(qū) 未使用的大片EPROM空間 表格和程序區(qū) 由于軟件陷阱都安排在正常程序執(zhí)行不到的地方 故不影響程序的執(zhí)行效率 在當(dāng)前EPROM容量足夠的條件下 還是應(yīng)該多安排一些 79 思考與練習(xí)題 1 什么是電子測(cè)量系統(tǒng)的 干擾 與 抑制 抑制 的措施是什么 2 按產(chǎn)生干擾的物理原因 通?？蓪⒏蓴_分成哪幾類(lèi) 分別采取什么抑制措施 3 電磁干擾竄入系統(tǒng)的耦合方式主要有哪幾種 試舉例說(shuō)明 4 形成干擾的三要素是什么 研究它們的目的是什么 5 什么是共模干擾 串模干擾和共模干擾抑制比 6 屏蔽有哪幾類(lèi) 各有何特點(diǎn) 80 7 在電子技術(shù)中的 接地 概念是什么 一般有哪幾種地線 一點(diǎn)接地與多點(diǎn)接地各有什么特點(diǎn) 8 常用的脈沖干擾抑制技術(shù)有哪些 其原理是什么 9 什么是浮置技術(shù) 試通過(guò)實(shí)例加以說(shuō)明 10 常用的交流電源濾波器有哪些 各有何特點(diǎn) 81