毕业论文 单片机系统可靠性设计(4)

单端输入 双端输入 图1-11 串模干扰 共模干扰 单端输入 双端输入

1.6.2 过程通道干扰的抑制

光电隔离是由光电耦合器来完成的。光电耦合器的结构如图所示。

图1-12 光电隔离基本配置

光电耦合器的几个特点：

1) 输入和输出在电气上是隔离的。

2) 光电耦合器的光电耦合部分不会受到外界光的干扰。

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第1章 单片机概念及可靠性技术的发展

3) 光电耦合器的输入阻抗很低(一般为100Ω~1KΩ)，而干扰源内阻一般都很大(105~106Ω)。按分压原理，传送到光电耦合器输入端的干扰电压就变得很小了。 4) 光电耦合器的发光二极管只有通过一定的电流才发光，因此，即使电压幅值高的干扰，若没有足够的能量，也不能使二极管发光，显然，干扰就被抑制掉了。 5) 输入回路与输出回路之间分布电容极小，因此，在回路中，一端的干扰很难通过光电耦合器馈送到另一端去。 1.6.3 反射波干扰的抑制

影响反射波干扰的因素有两个：其一是信号频率，传输信号频率越高，越容易产生反射波干扰，因此在满足系统功能的前提下，尽量降低传输信号的频率；其二是传输线的阻抗，合理配置传输线的阻抗，可以抑制反射波干扰或大大削弱反射次数。 a.始终串联阻抗匹配

终端并联阻抗匹配

b.终端并联阻抗匹配

第3章 单片机硬件可靠性设计思想及设计

c. 终端并联隔直阻抗匹配

图 1-13 阻抗匹配的方法 1.7 可靠性设计思想

根据可靠性理论和人机工程学原理，任何单片机系统都可以划分为人、硬件、软件、环境 + 个子系统，其中，硬件是单片机系统的基础，软件则是单片机系统的灵魂；硬件、软件必须适应人和环境的要求。因此，单片机系统可靠性设计的思路

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主要以故障为核心，根据人—环境特性，分别从硬件、软件两个方面展开避

d.

终端钳位二极管匹配

图 1-14 终端钳位二极管匹配

1.7空间干扰的抑制

这种方案的特点是将电子部件外围附加保护屏蔽层，且与机壳浮空；信号采用三线传输方式，即屏蔽电缆中的两根芯线和电缆屏蔽外皮线；机壳接地。图中信号线的屏蔽外皮A点接附加保护屏蔽层的G点，但不接机壳B。假设系统采用差动测量放大器，信号源信号采用双芯信号屏蔽线传送，r3为电缆屏蔽外皮的电阻，Z3为附加保护屏蔽层相对机壳的绝缘电阻，Z1、Z2为二信号线对保护层的阻抗，则有

in

Ur3r1Z2?r2Z1?[]?UcmZ3(r1?Z1)(r2?Z2)

显然，只要增大附加保护屏蔽层对机壳的绝缘电阻，减小相应的分布电容，则有r3/Z3远远小于1，干扰电压Uin可显著减小。 1.8 单片机系统的接地技术

接地技术对单片机系统是极为重要的，不恰当的接地会造成极其严重的干扰，而正确接地却是单片机系统抑制干扰的重要手段。接地的目的有两个，一是保护单片机、电器设备和操作人员的安全。二是为了抑制干扰，使单片机工作稳定。通常接地可分为工作接地和保护接地两大类。保护接地主要是为了避免操作人员因设备的绝缘损坏或下降时遭受触电危险和保证设备的安全。而工作接地则主要是为了保证单片机系统稳定可靠地运行，防止地环路引起的干扰。 在单片机系统中，大致有交流地、系统地、安全地、数字地(逻辑地)和模拟地等几种。 1）. 交流接地

交流地是单片机交流供电电源地，即动力线地。 2）.系统接地

是指信号回路的基准导体(如控制电源的零电位)。 3）. 安全接地

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第1章 单片机概念及可靠性技术的发展

其目的是使设备机壳与大地等电位，以避免机壳带电而影响人身及设备安全。通常安全地又称为保护地或机壳地。 4）.数字接地

作为单片机系统中各种数字电路的零电位，应该与模拟地分开，避免模拟信号受数字脉冲的干扰。 5）.模拟接地

作为传感器、变送器、放大器、A/D转换器和D/A转换器中模拟地的零电位。 在单片机系统中一般应该遵循如下的接地原则: a. 数字地与模拟地要分开。 b.单点接地与多点接地的选择。

c.传感器、变送器和放大器等通常采用屏蔽罩，而信号的传送往往使用屏蔽线。对于这些屏蔽层的接地要十分谨慎，应该遵循单点接地原则。 d.接地线要尽量加粗。

e.在交流地上任意两点之间，往往很容易就有几伏至几十伏的电位差存在。另外，交流地也很容易带来各种干扰。因此，交流地绝对不允许与其他几种地相连，而且交流电源变压器的绝缘 性能要好，绝对避免漏电现象。

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第2章 单片机Whatchdog技术

第2章 单片机Watchdog技术

2.1 单片机Watchdog技术概述

“看门狗”技术就是不断监视程序循环运行时间，若发现时间超过已知的循环设定时间，则认为系统陷入了“死循环”，然后强迫程序返回到0000H入口，在0000H处安排一段出错处理程序，使系统运行纳入正轨。WDT可以由硬件实现，也可以由软件实现。

MCS-51单片机的片内没有监视定时器(WDT)，但可利用片内定时器与中断程序，或者片外定时器与中断程序来作为WDT。这种方法要求定时器的定时时间稍大于主程序正常运行一个循环的时间，若程序正常运行时间为T，则定时器的定时时间应为1.1T

2.2 单稳态型Watchdog电路

用双可再触发单稳态多谐振荡器74LS123构成的“看门狗”电路如下图所示。

图2-1 单稳态“看门狗”电路

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