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第 14 章 思考题及习题 14 参考答案


一、填空


1.环境对单片机控制系统的干扰一般都是以          形式进入系统的,干扰窜入单片机


系统的渠道主要有三条,分别是                                 


答:脉冲,空间干扰,供电系统干扰,过程通道干扰

2.在每块印刷版的电源与地之间并接            。即            的电解电容和一个


的电容,以消除                   中的            所造成的干扰。


答:退耦电容,5~10μF,~μF,直流电源,地线,脉冲电流


3.采用        可以将单片机与前向、后向以及其他部分切断电路的联系,能有效地防止


干扰从        进入单片机。


答:光电耦合器,过程通道


4.光电耦合的主要优点是能有效抑制      以及各种        ,从而使过程通道上的


大大提高。


答:尖峰脉冲,噪声干扰,信噪比


5.常见的软件滤波中的算术平均滤波法:一般适用于具有        的信号的滤波;滑动平


均滤波法:对        有良好的抑制作用,但对偶然出现的        的抑制作用差;中位值滤


波法:能有效地克服因        的波动干扰。对               等变化缓慢的被测参数能收


到良好的滤波效果。但对               等快速变化的参数一般不宜采用此法;去极值平


均值滤波法对消除由于        而引起的误差较为有效。


答:随机干扰,周期性干扰,脉冲性干扰,偶然因素引起,温度,液位,流量,速度,脉冲干扰

6.绘制印刷线路板时,所有线路尽量沿            铺设,尽量避免沿            铺设。


答:直流地,交流地

二、判断对错


1.不要在印制板中留下无用的空白铜箔层,因为它们可以充当发射天线或接收天线,可把就近它们接地。

2.双面布线的印制板,应使双面的线条尽量平行,以减少磁场耦合,有利于抑制干扰。

3.电源线布线除了尽量加粗导体宽度外,采取使电源线、地线的走向与数据传递的方向一致,将有助于增强抗噪声能力。

4.指令冗余措施可以减少程序乱飞的次数,使其很快纳入程序轨道,可保证程序在失控期间不干坏事,保证程序纳入正常轨道。

三、简答

1.为什么要在每块的电源与地之间并接退耦电容加几个退耦电容 电容量选多大为适宜答:在每块印刷电路板的电源输入端跨接的电容应为一个 10~100μF 的大容量电解电容


(如体积允许,电容量大一些更好)和一个~μF 的非电解电容。用于去除干扰中的高频干扰和低频干扰,并接大电容为了去掉低频干扰成分,并接小电容为了去掉高频干扰部分。

2.在单片机应用系统中,应在什么位置进行光电隔离?

答:消除或减弱过程通道的干扰主要采用光电隔离技术。所谓光电隔离是采用光电耦合器可以将单片机与前向、后向以及其他部分切断电路的联系,能有效地防止干扰从过程通道进入单片机(见图 14-3)。

3.具有较大电感量的元件或设备,诸如继电器、电动机、电磁阀等, 在其断电时,应采用什么措施来抑制其反电势?


答:对于单片机应用系统中的具有较大电感量的元件或设备,诸如继电器、电动机、电磁阀等。当电感回路的电流被切断时,会产生很大的反电势而形成噪声干扰。这种反电势甚至可能击穿电路中晶体管之类的器件,反电势形成的噪声干扰能产生电磁场,对单片机应用系统中的其它电路产生干扰。如果通过电感线圈的是直流电流,可采用如下措施加以抑制:

(1)可在线圈两端并联二极管和稳压管,如图 14-10 (a) 所示。在稳定工作时,并联支路被二极管 D 阻断而不起作用;当三极管 T 由通道变为截止时,在电感线圈两端产生反电势 e。此电势可在并联支路中流通,因此 e 的幅值被限制在稳压管 DZ 的工作电压范围之 内,并被很快消耗掉,从而抑制了反电势的干扰。使用时 DZ 的工作电压应选择得比外加电源高些。

如果把稳压管换为电阻,同样可以达到抑制反电势的目的,如图 14-10(b)所示,因此也适用于直流驱动线圈的电路。在这个电路中,电阻的阻值范围可以从几欧姆到几十欧姆。阻值太小,反电势衰减得慢;而阻值太大又会增大反电势的幅值。

(2)反电势抑制电路也可由电阻和电容组成,如图 14-11 所示。适当选择 R、C 参数,也能获得较好的耗能效果。这种电路不仅适用于交流驱动的线圈,也适用于直流驱动的线 圈。

(3)反电势抑制电路不但可以接在线圈的两端,也可以接在开关的两端,例如继电器,接触器等部件在操作时,开关会产生较大的火花,必须利用 RC 电路加以吸收,如图图 14-12 所示,一般 R 取 1~2KΩ,C 取~μF。

4.为什么要将所有的单片机应用系统中的模拟地和数字地分别相连,然后仅在一点上相连接?


答:数字地通常有很大的噪声而且电平的跳跃会造成很大的电流尖峰,对模拟地有较大的影响,会引起模拟电路产生误差。所以正确的接法是,必须将所有的模拟地和数字地分别相连,然后模拟(公共)地与数字(公共)地仅在一点上相连接,且地线应尽量加粗,见图 14-9。

在 ADC 和 DAC 电路中,尤其要注意地线的正确连接,否则会引起 ADC 和 DAC 转换结果的误差。由于 ADC、DAC 芯片都提供了相应独立的模拟地和数字地引脚,一定要把模拟地引脚和数字地引脚尽可能短的相连。然后再与模拟地尽可能短的连接。

5.如何在单片机应用系统中实现电源去耦和集成芯片去耦?


答:(1)电源去耦

已在简答的 1 题中介绍,就是在印刷电路板的电源输入端跨接退耦电容。跨接的电容应为一个 10~100μF 的大容量电解电容(如体积允许,电容量大一些更好)和一个~μF的非电解电容。

(2)集成芯片去耦


每个集成芯片都应安置一个 μF 的瓷片去耦电容,去耦电容必须安装在本集成芯片的 Vcc 和 GND 线之间,否则便失去了抗干扰作用。 如遇到印刷电路板空隙小装不下时,可每 4~10 个芯片安置一个 1~10μF 高频阻抗特别小的钽电容器。对于抗噪声能力弱,关断电流大的器件和 ROM、RAM 存储器,应在芯片的电源线 Vcc 和地线(GND)间接入去耦的瓷片电容。

6.为什么在印制版的设计中, 不要在印制板中留下无用的空白铜箔层,走线不要有分支?


答:(1)在印制板中留下无用的空白铜箔层,可充当发射天线或接收天线,可把就近它们接地。(2)走线不要有分支,可避免在线路条在传输高频信号导致反射干扰或发生谐波干扰。

7.什么是指令冗余、软件陷阱?


答:(1)指令冗余:当单片机系统受干扰时,程序可能会产生“乱飞”。当乱飞到某双字节指令,若取指令时刻落在操作数上,误将操作数当作操作码,程序有可能出错。若乱

飞到三字节指令,出错概率更大,这时可在双字节指令和三字节指令后插入两个字节以上的 NOP 指令,可保护其后的指令不被拆散,这称为指令冗余。

(2)软件陷阱:就是一条引导指令“LJMP ERP”,强行将乱飞的程序引向一个指定的地址入口标号“ERP”,在那里有一段专门对程序出错进行处理的程序。为加强其捕捉效

果,一般还在它前面加两条 NOP 指令。