单片机应用系统抗干扰技术

第一章 可靠性与抗干扰技术概述

1. 1 研究抗干扰技术的重要性

1. 2 可靠性概念

一. 可靠性定义及定量描述

二. 系统的可靠性模型

1. 3 微机测控系统可靠性设计任务与方法

一. 可靠性设计任务

二. 可靠性设计一般方法

1. 4 电磁兼容性设计及常用术语

一. 电磁兼容性设计及内容

二. 电磁兼容性标准

三. 常用名词术语

1. 5 干扰的分类

一. 按噪声产生的原因分类

二. 按噪声传导模式分类

三. 按噪声波形及性质分类

1. 6 干扰的耦合方式

一. 直接耦合方式

二. 公共阻抗耦合方式

三. 电容耦合方式

四. 电磁感应耦合方式

五. 辐射耦合方式

六. 漏电耦合方式

1. 7 单片机测控系统可靠性设计的主要途径

第二章 常用元件可靠性能与选择

2. 1 元件的失效特性

一. 元件的失效规律

二. 元件的失效形式

2. 2 元件的失效机理

一. 温度影响

二. 湿度影响

三. 电压影响

四. 振动. 冲击影响

2. 3 元件的选择与降额设计

一. 元件的选择准则

二. 元件的降额设计

2. 4 电阻器性能比较及应用

一. 电阻器的噪声与频率特性

二. 电阻器的选择

三. 电阻器使用的注意事项

四. 电阻器的型号命名及标称阻值

2. 5 电容器特性及应用

一. 电容器的等效电路

二. 电容器的种类及选用

三. 电容器使用注意事项

四. 电容器的型号及容量表示法

2. 6 数字集成电路特性与型号

一. 噪声容限与抗干扰能力

二. 施密特集成电路的噪声容限

三. TTL数字集成电路的抗干扰性能

四. CMOS数字集成电路的抗干扰性能

五. CMOS电路使用中注意事项

六. 集成门电路系列型号

2. 7 高速CMOS 54／74HC系列接口设计

一. 54／74HC系列芯片的特点

二. 74HC与TTL接口

三. 74HC与CPU. 单片机的接口

2. 8 半导体器件的选择

2. 9 元器件的装配工艺对可靠性影响

第三章 硬件抗干扰技术原理与方法

3. 1 无源滤波器

一. 电容滤波器

二. 电感滤波器

三. RC低通滤波器

四. LC低通滤波器

五. 低通滤波器的结构选择

六. 低通滤波器的平衡结构与串联形式

七. 双T滤波器

3. 2 有源滤波器

一. 一阶低通有源滤波器

二. 二阶低通有源滤波器

三. 单片集成电路滤波器

3. 3 去耦电路

一. 尖峰电流的形成原理

二. 去耦电容的配置

3. 4 屏蔽技术与双绞线传输

一. 屏蔽的一殷原理

二. 双绞线和金属屏蔽线的使用

3. 5 隔离技术

一. 光电隔离

二. 继电器隔离

三. 变压器隔离

四. 布线隔离

3. 6 接地技术

一. 概 述

二. 安全接地

三. 工作接地

四. 屏蔽接地

五. 微机测控系统的接地技术

3. 7 反射波干扰及抑制

一. 反射波干扰分析

二. 数字电路中反射干扰的抑制

3. 8 静电放电干扰及其抑制

3. 9 漏电干扰的防止措施

第四章 主机单元配置与抗干扰技术

4. 1 单片机主机单元组成特点

一. 8051／8751最小应用系统

二. 8031最小应用系统

三. 低功耗单片机最小应用系统

4. 2 总线的可靠性设计

一. 总线驱动器

二. 总线的负载平衡

三. 总线上拉电阻的配置

4. 3 芯片配置与抗干扰

一. 去耦电容配置

二. 数字输入端的噪声抑制

三. 数字电路不用端的处理

四. 存储器的布线

4. 4 译码电路的可靠性分析

一. 过渡干扰与译码选通

二. 译码方式与抗干扰

4. 5 时钟电路配置

4. 6 复位电路设计

一. 复位电路RC参数的选择

二. 复位电路的可靠性与抗干扰分析

三. I/O接口芯片的延时复位

4. 7 单片机系统的中断保护问题

一. MCS—51单片机的中断机构

二. 常用的几种中断保护措施

4. 8 RAM数据掉电保护

一. 数据掉电保护基本电路

二. 采用软件冗余措施

三. EEPROM的数据保护

4. 9 TL7705构成的掉电保护电路

一. TL7705的工作原理

二. TL7705的典型应用

4. 10 微处理器监控器MAX690A/MAX692A

一. 工作原理

二. 与单片机接口电路

4. 11 微处理器监控器MAX703—709/813L

一. 组成及功能

二. 典型应用

4. 12 微处理器监控器MAX791

一. 工作原理

二. MAX791与8031接口

第五章 测量单元配置与抗干扰技术

5. 1 概 述

5. 2 集成运算放大器

—. AD OP一07

二. AD517

5. 3 测量放大器及抗干扰分析

一. 测量放大器的工作原理

二. 单片集成测量放大器AD521

三. 单片集成测量放大器AD522

四. 测量放大器的抗共模干扰能力

五. 测量放大器的技术指标及其选用

5. 4 具有放大. 滤波. 激励功能的模块2B30／2B31

一. 性能特点

二. 引脚与结构框图

三. 使用要点

四. 典型应用

5. 5 隔离放大器

一. AD210三端隔离放大器

二. AD290三端隔离放大器

5. 6 电压／电流变换电路

一. V／I转换电路

二. 集成V／I变换器XTR101

三. 集成V／I变换器XTR110

5. 7 电流／电压变换电路

5. 8 传感器线性化处理及零点调整

一. 传感器线性化硬件校正电路

二. 传感器线性化软件处理

三. 数字式线性转换

四. 零位误差的校正方法

5. 9 实用线性光电耦合放大器

5. 10 外部噪声源的干扰及其抑制

5. 11 输入信号串模干扰的抑制

5. 12 输入信号共模干扰的抑制

5. 13 仪器仪表的接地噪声

5. 14 集成运放的保护措施

一. 输入端的保护电路

二. 输出端的保护电路

三. 输入电路的屏蔽保护

5. 15 传感器供电电源的配置及抗干扰

一. 传感器供电电源的扰动补偿

二. 单片集成精密电压芯片

三. A／D转换器芯片提供基准电压

5. 16 提高传感器输出信号综合精度的方法

一. 系统的组成与分析

二. 串联数字校正

三. 校正数字测定

第六章 D／A. A／D单元配置与抗干扰技术

6. 1 概 述

一. 模拟量输入通道的结构

二. 模拟量输出通道的结构

三. A／D转换中的混叠噪声与量化噪声

四. D／A. A／D转换器的干扰源

6. 2 D／A转换原理与误差分析

一. T型电阻D／A转换器及误差分析

二. 典型D／A转换芯片nAcl232应用设计举例

三. DAC加法器及基准电源的精度要求

四. 功A转换器的尖峰干扰

6. 3 D／A转换器的技术参数和测量

一. D／A转换器的主要参数

二. D／A转换器参数的测量方法

三. DAC精度校准与测试举例

6. 4 A／D转换器原理与抗干扰性能

一. 逐次比较式ADC原理

二. 余数反馈比较式ADC原理

三. 双积分ADC原理

四. V／FADC原理

五. —式ADC原理

6. 5 典型ADC与单片机接口举例

一. 逐次比较式AD574A

二. 余数反馈比较式AD7884

三. 双积分式5G14433

四. V/F式AD652

五. —式AD7703

6. 6 A／D转换器的主要参数与测试

一. A／D转换器的主要参数

二. A／D转换器参数的测量方法

三. ADC校准举例

6. 7 采样保持电路与抗干扰措施

一. 采样保持器参数

二. 采样保持器集成芯片AD582

三. 采样保持器的抗干扰措施

6. 8 多路模拟开关与抗干措施

—. CD4051

二. AD7501

三. 多路开关配置与抗干扰技术

6. 9 数据采集系统的综合误差计算

一. 设计要求

二. 系统转换时间

三. 系统转换精度

6. 10 A／D. D／A的光电隔离接口技术

一. 概 述

二. 8031与D／A的光电接口电路

6. 11 工频干扰及其抑制措施

一. 干扰信号分析

二. 工频干扰的抑制措施

6. 12 D/A. A／D转换器的电源. 接地与布线

第七章 数字信号传编通道的抗干扰措施

7. 1 数字信号负逻辑传输方式

7. 2 提高数字信号的电压等级

7. 3 数字输入信号的RC阻容滤波

一. RC滤波原理

二. RC滤波器的选用

7. 4 提高输入端的门限电压

7. 5 输入开关触点抖动干扰的抑制方法

一. 软件延时法

二. 在触点两端并联RC元件

三. 利用整形电路消除抖动影响

7. 6 信号线间窜扰及其抑制

一. 线间窜扰分析

二. 线间窜扰的抑制

7. 7 信号线的选择

一. 信号线型式的选择

二. 信号线截面的选择

三. 单股导线的阻抗分析

7. 8 信号线的敷设

第八章 功率接口与抗干扰技术

8. 1 输出控制功率接口电路

一. 继电器输出驱动接口

二. 继电器一接触器输出驱动电路

三. 光电耦合器一晶闸管输出驱动电路

四. 脉冲变压器一晶闸管输出电路

8. 2 感性负载电路噪声抑制

一. 抑制直流感性负载瞬变噪声的方法

二. 抑制交流感性负载瞬变噪声的方法

三. 利用昌闸管抑制感性负载的瞬变噪声

8. 3 晶闸管变流装置的干扰和抑制措施

一. 晶闸管变流装置电气干扰分析

二. 晶闸管变流装置的抗干扰措施

8. 4 晶闸管过零触发的几种方式

一. 利用集成运放或比较器产生过零脉冲

二. 直接从单相电网取出过零脉冲

三. 直接从三相电网取出过零脉冲

8. 5 光控晶闸管输出光藕合器

一. GD—L光控耦合器特性

二. 典型应用

8. 6 固态继电器原理及应用

一. 固态继电器的原理和结构

二. 固态继电器的主要性能特点

三. SSR应用图例

四. 使用固态继电器注意事项

第九章 键盘／显示单元配置与抗干扰技术

9. 1 键盘接口抗干扰问题

9. 2 LED显示器的构造与特点

9. 3 LED显示接口及抗干扰措施

一. LED静态显示接口及抗干扰

二. LED动态显示接口及抗干扰

9. 4 液晶显示器的构造与特点

一. 液晶显示器的基本结构及工作原理

二. 液晶显示器的特点

三. 液晶显示器主要参数

9. 5 液晶显示器的驱动方式与接口

一. 静态驱动方式与接口实例

二. 动态驱动方式与接口实例

9. 6 LCD注意事项及同LED比较

一. LCD使用中异常现象及注意事项

二. LCD与LED的比较

第十章 电源的干扰与抑制

10. 1 电源干扰类型及锅合途径

一. 电源干扰的类型

二. 电源干扰的锅合途径

三. 电源抗干扰的基本方法

10. 2 交流稳压器

10. 3 压敏电阻器原理及应用

一. ZnO压敏电阻的电气参数

二. ZnO压敏电阻器的型号

三. 压敏电阻的选择

四. 压敏电阻的接线方式

五. 压敏电阻器的使用注意事项

10. 4 瞬变电压抑制器TVS特性及应用

一. TVS的特性及主要参数

二. TVS的选用原则

三. TVS的典型应用

四. TVS与压敏电阻的比较

10. 5 交流电源滤波器

一. 电容滤波器

二. 电感电容滤波器

三. 多级电源滤波器

四. 双绕组扼流圈的应用

五. 安装滤波器的注意事项

10. 6 电源变压器的屏蔽与隔离

10. 7 交流电源的供电抗干扰方案

一. 交流电源配电方式

二. 交流电源抗干扰综合方案

10. 8 供电直流侧抑制干扰措施

一. 整流电路的高频滤波

二. 串联型直流稳压电源配置与抗干扰

三. 集成稳压器使用中的保护

四. 集成稳压电源的分散与附加配置

10. 9 开关电源干扰的抑制措施

一. 开关噪声的分类

二. 开关电源噪声的抑制措施

10. 10 微机用不间断电源UPS

第十一章 软件抗干扰原理与方法

11. 1 概 述

一. 测控系统软件的基本要求

二. 软件抗干扰的一般方法

11. 2 指令冗余技术

一. NOP的使用

二. 重要指令冗余

11. 3 软件陷阱技术

一. 软件陷阱

二. 软件陷阱的安排

11. 4 “看门狗”技术

一. 硬件“看门狗”电路

二. 软件“看门狗”技术

三. 软硬件结合的“看门狗”技术

11. 5 故障自动恢复处理程序

一. 上电标志设定

二. RAM中数据冗余保护与纠错

三. 软件复位与中断激活标志

四. 程序失控后恢复运行的方法

11. 6 数字滤波

一. 程序判断滤波法

二. 中位值滤波法

三. 算术平均滤波法

四. 递推平均滤波法

五. 防脉冲干扰平均值滤波法

六. 一阶滞后滤波法

11. 7 干扰避开法

11. 8 开关量输入／输出软件抗干扰设计

一. 开关量输入软件抗干扰措施

二. 开关量输出软件抗干扰措施

11. 9 编写软件的其他注意事项

第十二章 印刷电路板抗干扰措施

12. 1 印制板导线的特性阻抗

12. 2 抑制电源线和地线阻抗噪声

一. 地线设计

二. 配置去耦电容方法

三. 电源线的布置

12. 3 高速电路的导线条形状和布局

12. 4 印制板辐射噪声及其抑制

12. 5 印制板电路的布线方式

一. 印制板的布线原则

二. 微机自动布线注意问题

12. 6 印制板的尺寸和器件布置

12. 7 印制板的安装方法和板间配线

参考文献