基于多點網(wǎng)絡的水廠自動監(jiān)控系統(tǒng)設計Design of MPI Based Automatic Monitoring and Control System in Water Works劉 美 俊(湖南工程學院，湘潭411101)摘要針對水廠工作水泵多、現(xiàn)場離控制站距離遠的特點，提出了一種基于MPI多點網(wǎng)絡的自動監(jiān)控系統(tǒng)的設計方法，分析了系統(tǒng)的工作原理，介紹了系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的采集與處理、主站與從站的通信原理以及系統(tǒng)軟件的設計。由于這種系統(tǒng)的主、從站PLC之間采用MPI網(wǎng)絡通信，具有運行可靠、性能價格比高的特點，所以適用于中小規(guī)模水廠的分布式監(jiān)控場合。關鍵詞多點網(wǎng)絡主站從站監(jiān)控系統(tǒng)Abstract Ina ccordancew ithth efe atuersof w aterw orks,i. e. ，manyp umpsin o perationa ndth ep umps， farfor mt hec ontrolst ation,th em ethodo fdesigninga na utomati(〕monitoringa ndc ontorlsy stemb asedo nM PIis p resented.Th eo perationalpr incipleo fth esy stemi san alyzed,th ed atac olection,data processing; communication between master station and slave station as wel as design and system software are discussed. Because MPI network communicationis used among master station, slave stations and PLC, the system is reliable and high cost-efective. It is， suitable for smal and mediumsized water works for distrbuted monitoring and control.Keywords MPI Masterst ation Slaves tation Monitoringa ndc ontorlsy stem 自來 水 廠 的自動控制系統(tǒng)一般分為兩大部分，一對組態(tài)硬件要求較高，投資較大。相對而言，MPI網(wǎng)是水源地深水泵的工作控制，一是水廠區(qū)變頻恒壓供絡速度可達187.5 M bps，通過一級中繼器傳輸距離可水控制，兩部分的實際距離通常都比較遠。某廠水源達Ikm 。根據(jù)水廠的具體情況，確定以MPI方式組地有3臺深井泵給水廠區(qū)的蓄水池供水。水廠區(qū)的成網(wǎng)絡，主站PLC為S7-300系列的CPU3121FM，從任務是對水池的水進行消毒處理后，通過加壓泵向管站為S7-200系列的CPU222。這樣既滿足了系統(tǒng)要路恒壓供水。選用Siemens公司的S7系列可編程控求，又相對于Profibus網(wǎng)絡節(jié)省了三分之一的成本，制器(PLC)和上位機組成實時數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控系統(tǒng)， 這種分布式監(jiān)控系統(tǒng)具有較高的性能價格比。系統(tǒng)對深水泵進行遠程控制，對供水泵采用變頻器進行恒中PLC的物理層采用RS - 485接口，網(wǎng)絡延伸選用壓控制以保證整個水廠的電機設備安全、可靠地運帶防雷保護的中繼器，使系統(tǒng)的安全運行得到了保行。證。MPI網(wǎng)絡的拓撲結構如圖1所示。1 多點網(wǎng)絡(NWI)監(jiān)控系統(tǒng)的組成Sie me ns 公司S7系列PLC通常有MP」多點網(wǎng)絡與Profibus現(xiàn)場總線網(wǎng)絡兩種組網(wǎng)方式。Profibus現(xiàn)場總線的應用目前較為普遍，通用性較好，它由Profibus一DP, Profibus一FMS, Profibus一PA組成。Profibus - DP型用于分散外設間的數(shù)據(jù)傳輸，傳輸速率為9.6kbps一12Mbps，主要用于現(xiàn)場控制器與分散1/0之間的通信，可滿足交直流調速系統(tǒng)快速響應的時間要求，特別適合于加工自動化領域的應用;Profibus - FMS主要解決車間級通信問題，完成中等傳輸速度的循環(huán)或非循環(huán)數(shù)據(jù)交換任務，適用于紡織、樓宇自動化、可編程控制器、低壓開關等;Profibus - PA型采用了OSI模型的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層，適用于過程自動化的總線類型。
標簽： 多點 網(wǎng)絡 系統(tǒng)設計 自動監(jiān)控
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微處理器及微型計算機的發(fā)展概況 第一代微處理器是以Intel公司1971年推出的4004，4040為代表的四位微處理機。 第二代微處理機（1973年~1977年），典型代表有：Intel 公司的8080、8085；Motorola公司的M6800以及Zlog公司的Z80。 第三代微處理機 第三代微機是以16位機為代表，基本上是在第二代微機的基礎上發(fā)展起來的。其中Intel公司的8088。8086是在8085的基礎發(fā)展起來的；M68000是Motorola公司在M6800 的基礎發(fā)展起來的； 第四代微處理機 以Intel公司1984年10月推出的80386CPU和1989年4月推出的80486CPU為代表， 第五代微處理機的發(fā)展更加迅猛，1993年3月被命名為PENTIUM的微處理機面世，98年PENTIUM 2又被推向市場。 INTEL CPU 發(fā)展歷史Intel第一塊CPU 4004,4位主理器,主頻108kHz,運算速度0.06MIPs(Million Instructions Per Second, 每秒百萬條指令),集成晶體管2,300個,10微米制造工藝,最大尋址內存640 bytes,生產曰期1971年11月. 8085,8位主理器,主頻5M,運算速度0.37MIPs,集成晶體管6,500個,3微米制造工藝,最大尋址內存64KB,生產曰期1976年 8086,16位主理器,主頻4.77/8/10MHZ,運算速度0.75MIPs,集成晶體管29,000個,3微米制造工藝,最大尋址內存1MB,生產曰期1978年6月. 80486DX,DX2,DX4,32位主理器,主頻25/33/50/66/75/100MHZ,總線頻率33/50/66MHZ,運算速度20~60MIPs,集成晶體管1.2M個,1微米制造工藝,168針PGA,最大尋址內存4GB,緩存8/16/32/64KB,生產曰期1989年4月 Celeron一代, 主頻266/300MHZ(266/300MHz w/o L2 cache, Covington芯心 (Klamath based),300A/333/366/400/433/466/500/533MHz w/128kB L2 cache, Mendocino核心 (Deschutes-based), 總線頻率66MHz,0.25微米制造工藝,生產曰期1998年4月) Pentium 4 (478針),至今分為三種核心:Willamette核心(主頻1.5G起,FSB400MHZ,0.18微米制造工藝),Northwood核心(主頻1.6G~3.0G,FSB533MHZ,0.13微米制造工藝, 二級緩存512K),Prescott核心(主頻2.8G起,FSB800MHZ,0.09微米制造工藝,1M二級緩存,13條全新指令集SSE3),生產曰期2001年7月. 更大的緩存、更高的頻率、 超級流水線、分支預測、亂序執(zhí)行超線程技術 微型計算機組成結構單片機簡介單片機即單片機微型計算機，是將計算機主機(CPU、 內存和I/O接口)集成在一小塊硅片上的微型機。 三、計算機編程語言的發(fā)展概況 機器語言 機器語言就是0，1碼語言，是計算機唯一能理解并直接執(zhí)行的語言。匯編語言 用一些助記符號代替用0，1碼描述的某種機器的指令系統(tǒng)，匯編語言就是在此基礎上完善起來的。高級語言 BASIC，PASCAL，C語言等等。用高級語言編寫的程序稱源程序，它們必須通過編譯或解釋，連接等步驟才能被計算機處理。 面向對象語言 C++，Java等編程語言是面向對象的語言。 1.3 微型計算機中信息的表示及運算基礎（一） 十進制ND有十個數(shù)碼：0～9，逢十進一。 例 1234.5=1×103 +2×102 +3×101 +4×100 +5×10-1加權展開式以10稱為基數(shù)，各位系數(shù)為0～9，10i為權。 一般表達式：ND= dn-1×10n-1+dn-2×10n-2 +…+d0×100 +d-1×10-1+… （二） 二進制NB兩個數(shù)碼：0、1, 逢二進一。 例 1101.101=1×23+1×22+0×21+1×20+1×2-1+1×2-3 加權展開式以2為基數(shù)，各位系數(shù)為0、1， 2i為權。 一般表達式： NB = bn-1×2n-1 + bn-2×2n-2 +…+b0×20 +b-1×2-1+… （三）十六進制NH十六個數(shù)碼0～9、A～F，逢十六進一。 例：DFC.8=13×162 +15×161 +12×160 +8×16-1 展開式以十六為基數(shù)，各位系數(shù)為0～9，A～F，16i為權。 一般表達式： NH= hn-1×16n-1+ hn-2×16n-2+…+ h0×160+ h-1×16-1+… 二、不同進位計數(shù)制之間的轉換 （二）二進制與十六進制數(shù)之間的轉換 24=16 ，四位二進制數(shù)對應一位十六進制數(shù)。舉例：（三）十進制數(shù)轉換成二、十六進制數(shù)整數(shù)、小數(shù)分別轉換 1.整數(shù)轉換法“除基取余”：十進制整數(shù)不斷除以轉換進制基數(shù)，直至商為0。每除一次取一個余數(shù)，從低位排向高位。舉例： 2. 小數(shù)轉換法“乘基取整”：用轉換進制的基數(shù)乘以小數(shù)部分，直至小數(shù)為0或達到轉換精度要求的位數(shù)。每乘一次取一次整數(shù)，從最高位排到最低位。舉例： 三、帶符號數(shù)的表示方法 機器數(shù)：機器中數(shù)的表示形式。真值： 機器數(shù)所代表的實際數(shù)值。舉例:一個8位機器數(shù)與它的真值對應關系如下： 真值： X1=+84=+1010100B X2=-84= -1010100B 機器數(shù)：[X1]機= 01010100 [X2]機= 11010100(二)原碼、反碼、補碼最高位為符號位，0表示 “+”，1表示“－”。 數(shù)值位與真值數(shù)值位相同。 例 8位原碼機器數(shù)： 真值： x1 = +1010100B x2 =－ 1010100B 機器數(shù)： [x1]原 = 01010100 [x2]原 = 11010100原碼表示簡單直觀,但0的表示不唯一，加減運算復雜。 正數(shù)的反碼與原碼表示相同。 負數(shù)反碼符號位為 1，數(shù)值位為原碼數(shù)值各位取反。 例 8位反碼機器數(shù)： x= +4： [x]原= 00000100 [x]反= 00000100 x= -4： [x]原= 10000100 [x]反= 111110113、補碼（Two’s Complement）正數(shù)的補碼表示與原碼相同。 負數(shù)補碼等于2n－abs（x）8位機器數(shù)表示的真值四、 二進制編碼例：求十進制數(shù)876的BCD碼 876= 1000 0111 0110 BCD 876= 36CH = 1101101100B 2、字符編碼 美國標準信息交換碼ASCII碼，用于計算 機與計算機、計算機與外設之間傳遞信息。 3、漢字編碼 “國家標準信息交換用漢字編碼”（GB2312-80標準），簡稱國標碼。 用兩個七位二進制數(shù)編碼表示一個漢字 例如“巧”字的代碼是39H、41H漢字內碼例如“巧”字的代碼是0B9H、0C1H1·4 運算基礎 一、二進制數(shù)的運算加法規(guī)則：“逢2進1” 減法規(guī)則：“借1當2” 乘法規(guī)則：“逢0出0，全1出1”二、二—十進制數(shù)的加、減運算 BCD數(shù)的運算規(guī)則 循十進制數(shù)的運算規(guī)則“逢10進1”。但計算機在進行這種運算時會出現(xiàn)潛在的錯誤。為了解決BCD數(shù)的運算問題，采取調整運算結果的措施：即“加六修正”和“減六修正”例：10001000(BCD)+01101001(BCD) =000101010111(BCD) 1 0 0 0 1 0 0 0 ＋ 0 1 1 0 1 0 0 1 1 1 1 1 0 0 0 1 ＋ 0 1 1 0 0 1 1 0 ……調整 1 0 1 0 1 0 1 1 1 進位 例： 10001000(BCD)－ 01101001(BCD)= 00011001(BCD) 1 0 0 0 1 0 0 0 － 0 1 1 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 1 1 1 － 0 1 1 0 ……調整 0 0 0 1 1 0 0 1 三、 帶符號二進制數(shù)的運算 1.5 幾個重要的數(shù)字邏輯電路編碼器譯碼器計數(shù)器微機自動工作的條件程序指令順序存放自動跟蹤指令執(zhí)行1.6 微機基本結構微機結構各部分組成連接方式1、以CPU為中心的雙總線結構；2、以內存為中心的雙總線結構；3、單總線結構CPU結構管腳特點 1、多功能；2、分時復用內部結構 1、控制; 2、運算; 3、寄存器; 4、地址程序計數(shù)器堆棧定義 1、定義；2、管理；3、堆棧形式
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基于半導體集成技術的突飛猛進的發(fā)展各種類型的單片機正日新月異的涌向市場為單片機技術的應用人員提供了極大的方便INTEL公司在MCS48系列的基礎上推出高性能的MCS51系列八位單片機而今三十二位單片機又以其強大的片內功能提供給應用者無論是那一種位數(shù)的單片機也無論是那一種系列的單片機都為新產品的開發(fā)應用系統(tǒng)的研制智能控制器的研究高新技術的應用創(chuàng)造了極其有力的硬件環(huán)境當前可以說由于世界各生產廠家生產通用型以及衍生出的五花八門的系列及型號的單片機使其單片機技術的應用已達到了無孔不入的地步當初面向工業(yè)控制功能的單片機現(xiàn)已遠遠超出了原設計者的想像然而占全球單片機銷量60%65%左右的八位單片機仍是當前應用的主流就國內應用實踐而言使用單片機數(shù)量最大的是八位單片機應用范圍最廣的是八位單片機八位單片機仍具有時代的魅力INTEL公司推出的高性能MCS51系列八位單片機一投入市場里很快被使用者所歡迎隨著時間的推移世界各生產單片機的公司看好MCS51系列八位單片機的強勁趨勢在八位單片機的設計上紛紛向51系列八位單片機內核靠攏PHILIPS公司首先購買了8051內核的使用權并在此基礎上增加具有自身特點的I2C總線PHILIPS公司并推出一系列高性能具有快閃存儲器的標準的80C51派生型八位機單片機很方便的多次在線編程為用戶帶來極大方便ATMEL公司通過技術交換取得了80C31內核的使用權生產出AT89C系列單片機SIEMENS公司SABC5系列八位單片機C500CPU與80C51完全兼容臺灣WINBOND公司生產的W78系列八位單片機南韓LG半導體公司生產GMS90/97系列八位單片機也都與標準的8051兼容由北京集成電路設計中心設計的BT/AT89C51也與MCS51系列八位單片機在指令系統(tǒng)和引腳上完全兼容總部位于美國德克薩斯州的美國Cygnal公司是1999年3月成立的一家新興的半導體公司公司專業(yè)從事混合信號片上系統(tǒng)單片機的設計與制造公司看好了八位單片機的市場前景至目前更新了原51單片機結構設計了具有自主產權的CIP-51內核使得51單片機煥發(fā)了新的生命力其運行速度高達每秒25MIPS現(xiàn)已設計并為市場提供了29個品種的C8051F系列片上系統(tǒng)單片機預計今年年內還將完成20多個新的片上系統(tǒng)單片機的設計經(jīng)過3年的穩(wěn)步發(fā)展已成長為半導體業(yè)界一顆耀眼的新星Cygnal C8051F系列單片機由沈陽新華龍電子有限公司于2001年引進中國大陸并于11月2001嵌入式系統(tǒng)及單片機國際學術交流會暨產品展示會上首次亮相受到與會者的極大關注
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具有梯形反電動勢的永磁同步電動機通常被稱為無刷直流電動機，它具有結構簡單、體積小、重量輕、效率高、高功率密度、啟動扭矩大、慣量小和響應快等其它種類直流電機無法比擬的特性。采用電子換向器替代了傳統(tǒng)直流電動機的機械換向裝置，從而克服了電刷和換向器所引起的噪聲、火花、電磁干擾、壽命短等一系列弊病。由于無刷直流電動機既具備交流電動機的結構簡單、運行可靠、維護方便等一系列優(yōu)點，又具 有直流電動機的運行效率高、無勵磁損耗以及調速性能好等諸多優(yōu)點，故其在在家用消費類產品（空調、冰箱、洗衣機）和IT周邊產品（打印機、軟驅、硬驅）中得到廣泛的應用。 C8051F單片機是美國Silabs公司推出的一種與51系列單片機內核兼容的單片機，具有高速、高性能、高集成度。以C8051F020為例，具有如下特點： C8051F020片上系統(tǒng)單片機片內資源： 一、模塊外設 (1)逐次逼近型8路12位ADC0 轉換速率最大100ksps 可編程增益放大器PGA 溫度傳感器 (2)8路8位ADC1輸入與P1口復用 轉換速率500ksps 可編程增益放大器PGA (3)兩個12 位DAC (4)兩個模擬電壓比較器 (5)電壓基準內部提供2.43V 外部基準可輸入 (6)精確的VDD監(jiān)視器 二、高速8051微控制器內核 流水線式指令結構速度可達25MIPS 22個矢量中斷源 三、存儲器 片內4352字節(jié)數(shù)據(jù)RAM 64KBFlash程序存儲器可作非易失性存儲
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在C8051F系列單片機中集成有多通道8位、10位、12位或16位的SAR型ADC，能夠滿足大多數(shù)數(shù)據(jù)采集的應用需求；集成跟蹤和保持電路；集成模擬多路復用器(AMUX)。 采樣頻率從100ksps到1Msps。 片內溫度傳感器可直接配置到ADC的輸入端。 C8051F04x系列集成可編程增益放大器(PGA)和高電壓差分放大器(HVDA)，可接受60V的差動模擬電壓輸入。 集成越限檢測器，可監(jiān)視模擬量的變化范圍，越限能產生中斷。 C8051F06x系列集成DMA接口，提高對轉換結果的讀取效率。 ADC轉換啟動方式：軟件設置寄存器位啟動；定時器溢出啟動；外部管腳信號啟動。
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自制89C51單片機實驗電路板 學習單片機離不開實驗，以往單片機的實驗往往依賴于仿真機和單片機學習系統(tǒng)，價格昂貴，初學者很難配備。近年來，隨著FLASH型單片機的廣泛應用，采用軟件模擬加寫片驗證成為一種經(jīng)濟實用的實驗方法，以AT89C51單片機為例，其價格不足￥10RMB，而擦、寫次數(shù)可以有1000次，一塊芯片即可做上千次的實驗。目前，流行的單片機開發(fā)軟件Keil可以免費獲得用于學習的EVAL版；編程器價格并不昂貴，專門用于寫89C51類芯片的編程器價格更低廉（不足百元），而且編程器也是以后開發(fā)單片機所必備的工具；相比之下，用于實驗的電路板制作比較麻煩，用萬用板搭接，只能做些很簡單的電路，稍復雜的電路一般要用到雙面板，而業(yè)余條件下是很難自制雙面板的，而且實驗電路板主要是用于學習，學完了，也就沒有什么使用價值了，所以很多人希望能夠廉價地獲得。作者在多年單片機教學（包括從事網(wǎng)絡教學）的基礎上，開發(fā)了一塊有較多功能但使用單面板的單片機實驗板，適于業(yè)余愛好者自制。這塊實驗板采用89C51為主芯片，板上安裝了5位數(shù)碼管，8個發(fā)光二極管，四個按鈕開關，一個簡單的音響電路，一個用于計數(shù)實驗的振蕩器，At24CXXX類芯片插座，X5045芯片插座，RS232串行接口等。使用這塊實驗板可以進行流水燈、人機界面程序設計、音響、中斷、計數(shù)器等基本編程練習，還可以學習I2C接口芯片使用、SPI接口芯片使用、與PC機進行串行通訊等目前較為流行的技術。圖1是該實驗板的電路原理圖，從圖中可以看出，該實驗板由若干塊集成電路和一些阻容元件等組成，下面我們就分別介紹。1、發(fā)光二極管接口主芯片（U1）的P1端口接了8個發(fā)光二極管，這些發(fā)光二極管的負極接到P1端口各引腳，而正極則通過一個排電阻（標號為JP4，阻值為470毆）接到正電源端，這樣，這些發(fā)光二極管亮的條件就U1的P1口相引的引腳為低電平，即如果P1口某引腳輸出為0，相應的燈亮，如果輸出為1，相應的燈滅。例：MOV P1，#0FH該行程序將使發(fā)光二極管L1-L4熄滅，而L5-L8點亮。2、數(shù)碼管接口U1的P0口和P2口的部份引腳構成了5位LED數(shù)碼管驅動電路，這里LED數(shù)碼管采用了共陽型，共陽型數(shù)碼管的筆段（即對應abcdefgh）引腳是二極管的負極，所有二極管的正極連在一起，構成公共端，即片選端，對于這種數(shù)碼管的驅動，要求在片選端提供電流，為此，使用了PNP型三極管作為片選端的驅動，共使用5只三極管，所有三極管的發(fā)射極連在一起，接到正電源端，它們的基極則分別連到P2.0⋯P2.4，這樣，當P2.0⋯P2.4中某引腳輸出是高電平時，三極管不導通，不能給相應位的數(shù)碼管供電，該位數(shù)碼管的所有筆段都不亮，反之，如果某引腳是低電平時，三極管導通，可以給相應的數(shù)碼管供電，該位數(shù)碼管是否點亮，點亮哪些筆段，取決于這些筆段引腳是高或低電平。從圖圖1 共陽型數(shù)LED顯示器.....
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單片機應用系統(tǒng)抗干擾技術:第1章 電磁干擾控制基礎. 1.1 電磁干擾的基本概念1 1.1.1 噪聲與干擾1 1.1.2 電磁干擾的形成因素2 1.1.3 干擾的分類2 1.2 電磁兼容性3 1.2.1 電磁兼容性定義3 1.2.2 電磁兼容性設計3 1.2.3 電磁兼容性常用術語4 1.2.4 電磁兼容性標準6 1.3 差模干擾和共模干擾8 1.3.1 差模干擾8 1.3.2 共模干擾9 1.4 電磁耦合的等效模型9 1.4.1 集中參數(shù)模型9 1.4.2 分布參數(shù)模型10 1.4.3 電磁波輻射模型11 1.5 電磁干擾的耦合途徑14 1.5.1 傳導耦合14 1.5.2 感應耦合（近場耦合）15 .1.5.3 電磁輻射耦合（遠場耦合）15 1.6 單片機應用系統(tǒng)電磁干擾控制的一般方法16 第2章 數(shù)字信號耦合與傳輸機理 2.1 數(shù)字信號與電磁干擾18 2.1.1 數(shù)字信號的開關速度與頻譜18 2.1.2 開關暫態(tài)電源尖峰電流噪聲22 2.1.3 開關暫態(tài)接地反沖噪聲24 2.1.4 高速數(shù)字電路的EMI特點25 2.2 導線阻抗與線間耦合27 2.2.1 導體交直流電阻的計算27 2.2.2 導體電感量的計算29 2.2.3 導體電容量的計算31 2.2.4 電感耦合分析32 2.2.5 電容耦合分析35 2.3 信號的長線傳輸36 2.3.1 長線傳輸過程的數(shù)學描述36 2.3.2 均勻傳輸線特性40 2.3.3 傳輸線特性阻抗計算42 2.3.4 傳輸線特性阻抗的重復性與阻抗匹配44 2.4 數(shù)字信號傳輸過程中的畸變45 2.4.1 信號傳輸?shù)娜肷浠?5 2.4.2 信號傳輸?shù)姆瓷浠?6 2.5 信號傳輸畸變的抑制措施49 2.5.1 最大傳輸線長度的計算49 2.5.2 端點的阻抗匹配50 2.6 數(shù)字信號的輻射52 2.6.1 差模輻射52 2.6.2 共模輻射55 2.6.3 差模和共模輻射比較57 第3章 常用元件的可靠性能與選擇 3.1 元件的選擇與降額設計59 3.1.1 元件的選擇準則59 3.1.2 元件的降額設計59 3.2 電阻器60 3.2.1 電阻器的等效電路60 3.2.2 電阻器的內部噪聲60 3.2.3 電阻器的溫度特性61 3.2.4 電阻器的分類與主要參數(shù)62 3.2.5 電阻器的正確選用66 3.3 電容器67 3.3.1 電容器的等效電路67 3.3.2 電容器的種類與型號68 3.3.3 電容器的標志方法70 3.3.4 電容器引腳的電感量71 3.3.5 電容器的正確選用71 3.3.6 電容器使用注意事項73 3.4 電感器73 3.4.1 電感器的等效電路74 3.4.2 電感器使用的注意事項74 3.5 數(shù)字集成電路的抗干擾性能75 3.5.1 噪聲容限與抗干擾能力75 3.5.2 施密特集成電路的噪聲容限77 3.5.3 TTL數(shù)字集成電路的抗干擾性能78 3.5.4 CMOS數(shù)字集成電路的抗干擾性能79 3.5.5 CMOS電路使用中注意事項80 3.5.6 集成門電路系列型號81 3.6 高速CMOS 54/74HC系列接口設計83 3.6.1 54/74HC 系列芯片特點83 3.6.2 74HC與TTL接口85 3.6.3 74HC與單片機接口85 3.7 元器件的裝配工藝對可靠性的影響86 第4章 電磁干擾硬件控制技術 4.1 屏蔽技術88 4.1.1 電場屏蔽88 4.1.2 磁場屏蔽89 4.1.3 電磁場屏蔽91 4.1.4 屏蔽損耗的計算92 4.1.5 屏蔽體屏蔽效能的計算99 4.1.6 屏蔽箱的設計100 4.1.7 電磁泄漏的抑制措施102 4.1.8 電纜屏蔽層的屏蔽原理108 4.1.9 屏蔽與接地113 4.1.10 屏蔽設計要點113 4.2 接地技術114 4.2.1 概述114 4.2.2 安全接地115 4.2.3 工作接地117 4.2.4 接地系統(tǒng)的布局119 4.2.5 接地裝置和接地電阻120 4.2.6 地環(huán)路問題121 4.2.7 浮地方式122 4.2.8 電纜屏蔽層接地123 4.3 濾波技術126 4.3.1 濾波器概述127 4.3.2 無源濾波器130 4.3.3 有源濾波器138 4.3.4 鐵氧體抗干擾磁珠143 4.3.5 貫通濾波器146 4.3.6 電纜線濾波連接器149 4.3.7 PCB板濾波器件154 4.4 隔離技術155 4.4.1 光電隔離156 4.4.2 繼電器隔離160 4.4.3 變壓器隔離 161 4.4.4 布線隔離161 4.4.5 共模扼流圈162 4.5 電路平衡結構164 4.5.1 雙絞線在平衡電路中的使用164 4.5.2 同軸電纜的平衡結構165 4.5.3 差分放大器165 4.6 雙絞線的抗干擾原理及應用166 4.6.1 雙絞線的抗干擾原理166 4.6.2 雙絞線的應用168 4.7 信號線間的串擾及抑制169 4.7.1 線間串擾分析169 4.7.2 線間串擾的抑制173 4.8 信號線的選擇與敷設174 4.8.1 信號線型式的選擇174 4.8.2 信號線截面的選擇175 4.8.3 單股導線的阻抗分析175 4.8.4 信號線的敷設176 4.9 漏電干擾的防止措施177 4.10 抑制數(shù)字信號噪聲常用硬件措施177 4.10.1 數(shù)字信號負傳輸方式178 4.10.2 提高數(shù)字信號的電壓等級178 4.10.3 數(shù)字輸入信號的RC阻容濾波179 4.10.4 提高輸入端的門限電壓181 4.10.5 輸入開關觸點抖動干擾的抑制方法181 4.10.6 提高器件的驅動能力184 4.11 靜電放電干擾及其抑制184 第5章 主機單元配置與抗干擾設計 5.1 單片機主機單元組成特點186 5.1.1 80C51最小應用系統(tǒng)186 5.1.2 低功耗單片機最小應用系統(tǒng)187 5.2 總線的可靠性設計191 5.2.1 總線驅動器191 5.2.2 總線的負載平衡192 5.2.3 總線上拉電阻的配置192 5.3 芯片配置與抗干擾193 5.3.1去耦電容配置194 5.3.2 數(shù)字輸入端的噪聲抑制194 5.3.3 數(shù)字電路不用端的處理195 5.3.4 存儲器的布線196 5.4 譯碼電路的可靠性分析197 5.4.1 過渡干擾與譯碼選通197 5.4.2 譯碼方式與抗干擾200 5.5 時鐘電路配置200 5.6 復位電路設計201 5.6.1 復位電路RC參數(shù)的選擇201 5.6.2 復位電路的可靠性與抗干擾分析202 5.6.3 I/O接口芯片的延時復位205 5.7 單片機系統(tǒng)的中斷保護問題205 5.7.1 80C51單片機的中斷機構205 5.7.2 常用的幾種中斷保護措施205 5.8 RAM數(shù)據(jù)掉電保護207 5.8.1 片內RAM數(shù)據(jù)保護207 5.8.2 利用雙片選的外RAM數(shù)據(jù)保護207 5.8.3 利用DS1210實現(xiàn)外RAM數(shù)據(jù)保護208 5.8.4 2 KB非易失性隨機存儲器DS1220AB/AD211 5.9 看門狗技術215 5.9.1 由單穩(wěn)態(tài)電路實現(xiàn)看門狗電路216 5.9.2 利用單片機片內定時器實現(xiàn)軟件看門狗217 5.9.3 軟硬件結合的看門狗技術219 5.9.4 單片機內配置看門狗電路221 5.10 微處理器監(jiān)控器223 5.10.1 微處理器監(jiān)控器MAX703～709/813L223 5.10.2 微處理器監(jiān)控器MAX791227 5.10.3 微處理器監(jiān)控器MAX807231 5.10.4 微處理器監(jiān)控器MAX690A/MAX692A234 5.10.5 微處理器監(jiān)控器MAX691A/MAX693A238 5.10.6 帶備份電池的微處理器監(jiān)控器MAX1691242 5.11 串行E2PROM X25045245 第6章 測量單元配置與抗干擾設計 6.1 概述255 6.2 模擬信號放大器256 6.2.1 集成運算放大器256 6.2.2 測量放大器組成原理260 6.2.3 單片集成測量放大器AD521263 6.2.4 單片集成測量放大器AD522265 6.2.5 單片集成測量放大器AD526266 6.2.6 單片集成測量放大器AD620270 6.2.7 單片集成測量放大器AD623274 6.2.8 單片集成測量放大器AD624276 6.2.9 單片集成測量放大器AD625278 6.2.10 單片集成測量放大器AD626281 6.3 電壓/電流變換器（V/I）283 6.3.1 V/I變換電路..283 6.3.2 集成V/I變換器XTR101284 6.3.3 集成V/I變換器XTR110289 6.3.4 集成V/I變換器AD693292 6.3.5 集成V/I變換器AD694299 6.4 電流/電壓變換器（I/V）302 6.4.1 I/V變換電路302 6.4.2 RCV420型I/V變換器303 6.5 具有放大、濾波、激勵功能的模塊2B30/2B31305 6.6 模擬信號隔離放大器313 6.6.1 隔離放大器ISO100313 6.6.2 隔離放大器ISO120316 6.6.3 隔離放大器ISO122319 6.6.4 隔離放大器ISO130323 6.6.5 隔離放大器ISO212P326 6.6.6 由兩片VFC320組成的隔離放大器329 6.6.7 由兩光耦組成的實用線性隔離放大器333 6.7 數(shù)字電位器及其應用336 6.7.1 非易失性數(shù)字電位器x9221336 6.7.2 非易失性數(shù)字電位器x9241343 6.8 傳感器供電電源的配置及抗干擾346 6.8.1 傳感器供電電源的擾動補償347 6.8.2 單片集成精密電壓芯片349 6.8.3 A/D轉換器芯片提供基準電壓350 6.9 測量單元噪聲抑制措施351 6.9.1 外部噪聲源的干擾及其抑制351 6.9.2 輸入信號串模干擾的抑制352 6.9.3 輸入信號共模干擾的抑制353 6.9.4 儀器儀表的接地噪聲355 第7章 D/A、A/D單元配置與抗干擾設計 7.1 D/A、A/D轉換器的干擾源357 7.2 D/A轉換原理及抗干擾分析358 7.2.1 T型電阻D/A轉換器359 7.2.2 基準電源精度要求361 7.2.3 D/A轉換器的尖峰干擾362 7.3 典型D/A轉換器與單片機接口363 7.3.1 并行12位D/A轉換器AD667363 7.3.2 串行12位D/A轉換器MAX5154370 7.4 D/A轉換器與單片機的光電接口電路377 7.5 A/D轉換器原理與抗干擾性能378 7.5.1 逐次比較式ADC原理378 7.5.2 余數(shù)反饋比較式ADC原理378 7.5.3 雙積分ADC原理380 7.5.4 V/F ADC原理382 7.5.5 ∑Δ式ADC原理384 7.6 典型A/D轉換器與單片機接口387 7.6.18 位并行逐次比較式MAX 118387 7.6.28 通道12位A/D轉換器MAX 197394 7.6.3 雙積分式A/D轉換器5G14433399 7.6.4 V/F轉換器AD 652在A/D轉換器中的應用403 7.7 采樣保持電路與抗干擾措施408 7.8 多路模擬開關與抗干擾措施412 7.8.1 CD4051412 7.8.2 AD7501413 7.8.3 多路開關配置與抗干擾技術413 7.9 D/A、A/D轉換器的電源、接地與布線416 7.10 精密基準電壓電路與噪聲抑制416 7.10.1 基準電壓電路原理417 7.10.2 引腳可編程精密基準電壓源AD584418 7.10.3 埋入式齊納二極管基準AD588420 7.10.4 低漂移電壓基準MAX676/MAX677/MAX678422 7.10.5 低功率低漂移電壓基準MAX873/MAX875/MAX876424 7.10.6 MC1403/MC1403A、MC1503精密電壓基準電路430 第8章 功率接口與抗干擾設計 8.1 功率驅動元件432 8.1.1 74系列功率集成電路432 8.1.2 75系列功率集成電路433 8.1.3 MOC系列光耦合過零觸發(fā)雙向晶閘管驅動器435 8.2 輸出控制功率接口電路438 8.2.1 繼電器輸出驅動接口438 8.2.2 繼電器—接觸器輸出驅動電路439 8.2.3 光電耦合器—晶閘管輸出驅動電路439 8.2.4 脈沖變壓器—晶閘管輸出電路440 8.2.5 單片機與大功率單相負載的接口電路441 8.2.6 單片機與大功率三相負載間的接口電路442 8.3 感性負載電路噪聲的抑制442 8.3.1 交直流感性負載瞬變噪聲的抑制方法442 8.3.2 晶閘管過零觸發(fā)的幾種形式445 8.3.3 利用晶閘管抑制感性負載的瞬變噪聲447 8.4 晶閘管變流裝置的干擾和抑制措施448 8.4.1 晶閘管變流裝置電氣干擾分析448 8.4.2 晶閘管變流裝置的抗干擾措施449 8.5 固態(tài)繼電器451 8.5.1 固態(tài)繼電器的原理和結構451 8.5.2 主要參數(shù)與選用452 8.5.3 交流固態(tài)繼電器的使用454 第9章 人機對話單元配置與抗干擾設計 9.1 鍵盤接口抗干擾問題456 9.2 LED顯示器的構造與特點458 9.3 LED的驅動方式459 9.3.1 采用限流電阻的驅動方式459 9.3.2 采用LM317的驅動方式460 9.3.3 串聯(lián)二極管壓降驅動方式462 9.4 典型鍵盤/顯示器接口芯片與單片機接口463 9.4.1 8位LED驅動器ICM 7218B463 9.4.2 串行LED顯示驅動器MAX 7219468 9.4.3 并行鍵盤/顯示器專用芯片8279482 9.4.4 串行鍵盤/顯示器專用芯片HD 7279A492 9.5 LED顯示接口的抗干擾措施502 9.5.1 LED靜態(tài)顯示接口的抗干擾502 9.5.2 LED動態(tài)顯示接口的抗干擾506 9.6 打印機接口與抗干擾技術508 9.6.1 并行打印機標準接口信號508 9.6.2 打印機與單片機接口電路509 9.6.3 打印機電磁干擾的防護設計510 9.6.4 提高數(shù)據(jù)傳輸可靠性的措施512 第10章 供電電源的配置與抗干擾設計 10.1 電源干擾問題概述513 10.1.1 電源干擾的類型513 10.1.2 電源干擾的耦合途徑514 10.1.3 電源的共模和差模干擾515 10.1.4 電源抗干擾的基本方法516 10.2 EMI電源濾波器517 10.2.1 實用低通電容濾波器518 10.2.2 雙繞組扼流圈的應用518 10.3 EMI濾波器模塊519 10.3.1 濾波器模塊基礎知識519 10.3.2 電源濾波器模塊521 10.3.3 防雷濾波器模塊531 10.3.4 脈沖群抑制模塊532 10.4 瞬變干擾吸收器件532 10.4.1 金屬氧化物壓敏電阻（MOV）533 10.4.2 瞬變電壓抑制器（TVS）537 10.5 電源變壓器的屏蔽與隔離552 10.6 交流電源的供電抗干擾方案553 10.6.1 交流電源配電方式553 10.6.2 交流電源抗干擾綜合方案555 10.7 供電直流側抑制干擾措施555 10.7.1 整流電路的高頻濾波555 10.7.2 串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源配置與抗干擾556 10.7.3 集成穩(wěn)壓器使用中的保護557 10.8 開關電源干擾的抑制措施559 10.8.1 開關噪聲的分類559 10.8.2 開關電源噪聲的抑制措施560 10.9 微機用不間斷電源UPS561 10.10 采用晶閘管無觸點開關消除瞬態(tài)干擾設計方案564 第11章 印制電路板的抗干擾設計 11.1 印制電路板用覆銅板566 11.1.1 覆銅板材料566 11.1.2 覆銅板分類568 11.1.3 覆銅板的標準與電性能571 11.1.4 覆銅板的主要特點和應用583 11.2 印制板布線設計基礎585 11.2.1 印制板導線的阻抗計算585 11.2.2 PCB布線結構和特性阻抗計算587 11.2.3 信號在印制板上的傳播速度589 11.3 地線和電源線的布線設計590 11.3.1 降低接地阻抗的設計590 11.3.2 減小電源線阻抗的方法591 11.4 信號線的布線原則592 11.4.1 信號傳輸線的尺寸控制592 11.4.2 線間串擾控制592 11.4.3 輻射干擾的抑制593 11.4.4 反射干擾的抑制594 11.4.5 微機自動布線注意問題594 11.5 配置去耦電容的方法594 11.5.1 電源去耦595 11.5.2 集成芯片去耦595 11.6 芯片的選用與器件布局596 11.6.1 芯片選用指南596 11.6.2 器件的布局597 11.6.3 時鐘電路的布置598 11.7 多層印制電路板599 11.7.1 多層印制板的結構與特點599 11.7.2 多層印制板的布局方案600 11.7.3 20H原則605 11.8 印制電路板的安裝和板間配線606 第12章 軟件抗干擾原理與方法 12.1 概述607 12.1.1 測控系統(tǒng)軟件的基本要求607 12.1.2 軟件抗干擾一般方法607 12.2 指令冗余技術608 12.2.1 NOP的使用609 12.2.2 重要指令冗余609 12.3 軟件陷阱技術609 12.3.1 軟件陷阱609 12.3.2 軟件陷阱的安排610 12.4 故障自動恢復處理程序613 12.4.1 上電標志設定614 12.4.2 RAM中數(shù)據(jù)冗余保護與糾錯616 12.4.3 軟件復位與中斷激活標志617 12.4.4 程序失控后恢復運行的方法618 12.5 數(shù)字濾波619 12.5.1 程序判斷濾波法620 12.5.2 中位值濾波法620 12.5.3 算術平均濾波法621 12.5.4 遞推平均濾波法623 12.5.5 防脈沖干擾平均值濾波法624 12.5.6 一階滯后濾波法626 12.6 干擾避開法627 12.7 開關量輸入/輸出軟件抗干擾設計629 12.7.1 開關量輸入軟件抗干擾措施629 12.7.2 開關量輸出軟件抗干擾措施629 12.8 編寫軟件的其他注意事項630 附錄 電磁兼容器件選購信息632
標簽： 單片機 應用系統(tǒng) 抗干擾技術
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為了減少電力電子裝置對電網(wǎng)引起的諧波污染,在變頻器接入電網(wǎng)之前加入PFC電路是一種趨勢。討論了基于TMS320LF2407的全數(shù)字控制的單相PFC電路的工作原理,并由此得到了主電路參數(shù)的選取原則;建立了單相Boost型數(shù)字PFC的小信號動態(tài)模型,并分析了基于該模型的數(shù)字控制設計方法,給出了設計軟件流程;最后搭建了一臺樣機,在實際電路中實現(xiàn)了數(shù)字控制的單相PFC,并得到了較好的實驗結果。
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