電子稱儀表處理方法

電磁干擾源所產(chǎn)生的干擾信號(hào)在一些特定的情況下（比如在一些電磁環(huán)境比較惡劣的情況下）是無(wú)法完全消除的，最終將會(huì)進(jìn)入CPU處理的的核心單元，這樣在一些大規(guī)模集成電路常常會(huì)受到干擾，導(dǎo)致不能正常工作或在錯(cuò)誤狀態(tài)下工作。特別是像RAM這種利用雙穩(wěn)態(tài)進(jìn)行存儲(chǔ)的器件，往往會(huì)在強(qiáng)干擾下發(fā)生翻轉(zhuǎn)，使原來(lái)存儲(chǔ)的“0”變?yōu)椤?”，或者“1”變?yōu)椤?”；一些串行傳輸?shù)臅r(shí)序及數(shù)據(jù)會(huì)因干擾而發(fā)生改變；更嚴(yán)重的會(huì)破壞一些重要的數(shù)據(jù)參數(shù)等；造成的后果往往是很?chē)?yán)重的。在這種情況下軟件設(shè)計(jì)的好壞直接影響到整個(gè)系統(tǒng)的抗干擾能力的高低。 ⑴ 程序會(huì)因?yàn)殡姶鸥蓴_大致會(huì)一下幾種情況：①程序跑飛。 這種情況是最常見(jiàn)的干擾結(jié)果，一般來(lái)說(shuō)有一個(gè)好的復(fù)位系統(tǒng)或軟件幀測(cè)系統(tǒng)即可，對(duì)整個(gè)運(yùn)行系統(tǒng)的不會(huì)產(chǎn)生太大的影響。 ②死循環(huán)或不正常程序代碼運(yùn)行。 當(dāng)然這種死循環(huán)和不正常程序代碼并非設(shè)計(jì)人員有意寫(xiě)入的，我們知道程序的指令是由字節(jié)組成的，有的是單字節(jié)指令而有的是多字節(jié)指令，當(dāng)干擾產(chǎn)生后使得PC指針發(fā)生變化，從而使原來(lái)的程序代碼發(fā)生了重組產(chǎn)生了不可預(yù)測(cè)的可執(zhí)行的程序代碼，那么，這種錯(cuò)誤是致命的，它會(huì)有可能會(huì)去修改重要的數(shù)據(jù)參數(shù)，有可能產(chǎn)生不可預(yù)測(cè)的控制輸出等一系列錯(cuò)誤狀態(tài)。 ⑵ 對(duì)重要參數(shù)儲(chǔ)存的措施一般情況下，我們可以采用錯(cuò)誤檢測(cè)與糾正來(lái)有效地減少或避免這種情況的出現(xiàn)。根據(jù)檢錯(cuò)、糾錯(cuò)的原理，主要思想是在數(shù)據(jù)寫(xiě)入時(shí)，根據(jù)寫(xiě)入的數(shù)據(jù)生成一定位數(shù)的校驗(yàn)碼，與相應(yīng)的數(shù)據(jù)一起保存起來(lái)；當(dāng)讀出時(shí)，同時(shí)也將校驗(yàn)碼讀出，進(jìn)行判決。如果出現(xiàn)一位錯(cuò)誤則自動(dòng)糾正，將正確的數(shù)據(jù)送出，并同時(shí)將改正以后的數(shù)據(jù)回寫(xiě)覆蓋原來(lái)錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)；如果出現(xiàn)兩位錯(cuò)誤則產(chǎn)生中斷報(bào)告，通知CPU進(jìn)行異常處理。所有這一切動(dòng)作都是靠軟件設(shè)計(jì)自動(dòng)完成的，具有實(shí)時(shí)性和自動(dòng)完成的特點(diǎn)。通過(guò)這樣的設(shè)計(jì)，能大大提高系統(tǒng)的抗干擾能力，從而提高系統(tǒng)的可靠性。 檢錯(cuò)與糾錯(cuò)原理： 首先來(lái)看看檢錯(cuò)和糾錯(cuò)的基本原理。進(jìn)行差錯(cuò)控制的基本思想是在信息碼組中以一定規(guī)則加入不同方式的冗余碼，以便在信息讀出的時(shí)候依靠多余的監(jiān)督碼或校碼碼來(lái)發(fā)現(xiàn)或自動(dòng)糾正錯(cuò)誤。 針對(duì)誤碼發(fā)生的特點(diǎn)，即錯(cuò)誤發(fā)生的隨機(jī)性和小概率性，它幾乎總是隨機(jī)地影響某個(gè)字節(jié)中的某一位（bit），因此，如果能夠設(shè)計(jì)自動(dòng)糾正一位錯(cuò)誤，而檢查兩位錯(cuò)誤的編碼方式。就可以大大提高系統(tǒng)的可靠性。 （3） 對(duì)RAM和FLASH(ROM)的檢測(cè)在編制程序時(shí)我們最好是寫(xiě)入一些檢測(cè)程序來(lái)測(cè)試RAM和FLASH(ROM)的數(shù)據(jù)代碼，看有無(wú)發(fā)生錯(cuò)誤，一旦發(fā)生要立即糾正，糾正不了的要及時(shí)給出錯(cuò)誤指示，以便用戶去處理。 另外，在編制程序時(shí)加入程序冗余是不可缺少的。在一定的地方加入三條或三條以上NOP指令對(duì)程序的重組有著很有效防止作用。同時(shí)，在程序的運(yùn)行狀態(tài)中要引入標(biāo)志數(shù)據(jù)和檢測(cè)狀態(tài)，從而及時(shí)發(fā)現(xiàn)和糾正錯(cuò)誤產(chǎn)生。

儀表電磁兼容性(EMC)是一項(xiàng)重要指標(biāo)，它包含系統(tǒng)的發(fā)射和敏感度兩方面的問(wèn)題。如果一個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)符條件合下面三個(gè)條件，則該系統(tǒng)是電磁兼容的：

1． 對(duì)其他系統(tǒng)不產(chǎn)生干擾；

2． 對(duì)其他系統(tǒng)的發(fā)射不敏感；

3． 對(duì)系統(tǒng)本身不產(chǎn)生干擾；

假若干擾不能完全消除，但也要使干擾減少到最小。干擾的產(chǎn)生不是直接的（通過(guò)導(dǎo)體、公共阻抗耦合等），就是間接的（通過(guò)串?dāng)_或輻射耦合）。電磁干擾的產(chǎn)生是通過(guò)導(dǎo)體和通過(guò)輻射，很多磁電發(fā)射源、如光照、繼電器、DC電機(jī)和日光燈都可以引起干擾；AC電源線、互連電纜、金屬電纜和子系統(tǒng)的內(nèi)部電路也都可能產(chǎn)生輻射或接收到不希望的信號(hào)。在高速單片機(jī)系統(tǒng)中，時(shí)鐘電路通常是寬帶噪聲的最大產(chǎn)生源，這些電路可產(chǎn)生高達(dá)300MHz的諧波失真，在系統(tǒng)中應(yīng)該把他們?nèi)サ簟?

另外，在單片機(jī)系統(tǒng)中最容易受影響的是復(fù)位線，中斷線和控制線。

1． 干擾的耦合方式

（1） 傳導(dǎo)性EMI

一種最明顯而往往被忽略的能引起電路中噪聲的路徑是經(jīng)過(guò)導(dǎo)體。一條穿過(guò)噪聲環(huán)境的導(dǎo)線可檢拾噪聲并把噪聲送到其他電路引起干擾。設(shè)計(jì)人員必須避免導(dǎo)線檢拾噪聲和在噪聲引起干擾前用去耦辦法去除噪聲。最普通的例子是噪聲通過(guò)電源進(jìn)入電路。若電源本身或連接到電源的其他電路是干擾源，則在電源線進(jìn)入電路之前必須對(duì)其去耦。

（2）

當(dāng)來(lái)自兩個(gè)不同電路的電流流經(jīng)一個(gè)公共阻抗時(shí)就會(huì)產(chǎn)生共阻抗耦合。阻抗上的壓降由兩個(gè)電路決定，來(lái)自兩個(gè)電路的地電流流過(guò)共地阻抗。電路a的地電位被電流b調(diào)制，噪聲信號(hào)或DC補(bǔ)償經(jīng)共地阻抗從電路b耦合到電路a。

（3）輻射耦合 經(jīng)輻射的耦合通稱串?dāng)_。串?dāng)_發(fā)生在電流流經(jīng)導(dǎo)體時(shí)產(chǎn)生電磁場(chǎng)，而電磁場(chǎng)在鄰近的導(dǎo)體中感應(yīng)瞬態(tài)電流。

（4） 輻射發(fā)射 輻射發(fā)射有兩種基本類型；差分模式(DM)和共模(CM)。共模輻射或單極天線輻射是由無(wú)意的壓降引起的，它使電路中所有地連接抬高到系統(tǒng)電地位之上。就電場(chǎng)大小而言，CM輻射是比DM輻射更為嚴(yán)重的問(wèn)題。為使CM輻射最小，必須用切合實(shí)際的設(shè)計(jì)使共模電流降到零。

2． 影響EMC的因數(shù)

（1）電壓。電源電壓越高，意味著電壓振幅越大，發(fā)射就更多，而低電源電壓影響敏感度。 （2）頻率。高頻產(chǎn)生更多的發(fā)射，周期性信號(hào)產(chǎn)生更多的發(fā)射。在高頻單片機(jī)系統(tǒng)中，當(dāng)器件開(kāi)關(guān)時(shí)產(chǎn)生電流尖峰信號(hào)；在模擬系統(tǒng)中，當(dāng)負(fù)載電流變化時(shí)產(chǎn)生電流尖峰信號(hào)。 （3）接地。在所有EMC問(wèn)題中，主要問(wèn)題是不適當(dāng)?shù)慕拥匾鸬?。有三種信號(hào)接地方法：?jiǎn)吸c(diǎn)、多點(diǎn)和混合。在頻率低于1MHz時(shí)，可采用單點(diǎn)接地方法，但不適宜高頻；在高頻應(yīng)用中，最好采用多點(diǎn)接地?；旌辖拥厥堑皖l用單點(diǎn)接地，而高頻用多點(diǎn)接地的方法。地線布局是關(guān)鍵，高頻數(shù)字電路和低電平模擬電路的接地電路絕不能混合。 （4）PCB設(shè)計(jì)。適當(dāng)?shù)挠∷㈦娐钒澹≒CB）布線對(duì)防止EMI是至關(guān)重要的。 （5）電源去耦。 當(dāng)器件開(kāi)關(guān)時(shí)，在電源線上會(huì)產(chǎn)生瞬態(tài)電流，必須衰減和濾掉這些瞬態(tài)電流。來(lái)自高di/dt源的瞬態(tài)電流導(dǎo)致地和線跡“發(fā)射”電壓，高di/dt產(chǎn)生大范圍的高頻電流，激勵(lì)部件和線纜輻射。流經(jīng)導(dǎo)線的電流變化和電感會(huì)導(dǎo)致壓降，減小電感或電流隨時(shí)間的變化可使該壓降最小。

對(duì)于拌和站電磁環(huán)境比較惡劣的情況下，一些大規(guī)模集成電路常常會(huì)受到干擾，導(dǎo)致不能正常工作或在錯(cuò)誤狀態(tài)下運(yùn)行，造成的后果往往是很?chē)?yán)重的。因此對(duì)抗干擾性能的了解是稱量?jī)x表選型的關(guān)鍵。