單片機系統常用軟件抗干擾措施:可靠性設計是一項系統工程，單片機系統的可靠性必須從軟件、硬件以及結構設計等方面全面考慮。硬件系統的可靠性設計是單片機系統可靠性的根本，而軟件系統的可靠性設計起到抑制外來干擾的作用。軟件系統的可靠性設計的主要方法有：開機自檢、軟件陷阱(進行程序“跑飛”檢測)、設置程序運行狀態標記、輸出端口刷新、輸入多次采樣、軟件“看門狗”等。通過軟件系統的可靠性設計，達到最大限度地降低干擾對系統工作的影響，確保單片機及時發現因干擾導致程序出現的錯誤，并使系統恢復到正常工作狀態或及時報警的目的。一、開機自檢開機后首先對單片機系統的硬件及軟件狀態進行檢測，一旦發現不正常，就進行相應的處理。開機自檢程序通常包括對RAM、ROM、I/O口狀態等的檢測。1 檢測RAM檢查RAM讀寫是否正常，實際操作是向RAM單元寫“00H”，讀出也應為“00H”，再向其寫“FFH”，讀出也應為“FFH”。如果RAM單元讀寫出錯，應給出RAM出錯提示(聲光或其它形式)，等待處理。2 檢查ROM單元的內容對ROM單元的檢測主要是檢查ROM單元的內容的校驗和。所謂ROM的校驗和是將ROM的內容逐一相加后得到一個數值，該值便稱校驗和。ROM單元存儲的是程序、常數和表格。一旦程序編寫完成，ROM中的內容就確定了，其校驗和也就是唯一的。若ROM校驗和出錯，應給出ROM出錯提示(聲光或其它形式)，等待處理。3 檢查I/O口狀態首先確定系統的I/O口在待機狀態應處的狀態，然后檢測單片機的I/O口在待機狀態下的狀態是否正常(如是否有短路或開路現象等)。若不正常，應給出出錯提示(聲光或其它形式)，等待處理。4 其它接口電路檢測除了對上述單片機內部資源進行檢測外，對系統中的其它接口電路，比如擴展的E2PROM、A/D轉換電路等，又如數字測溫儀中的555單穩測溫電路，均應通過軟件進行檢測，確定是否有故障。只有各項檢查均正常，程序方能繼續執行，否則應提示出錯。
上傳時間： 2013-11-02
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基于P87 C591的CAN總線系統智能節點設計Design of CAN System Intelligent Node Based on P87C591 給出了基于帶CAN控制器的單片8位微控制器P87C591的智能節點的硬件電路及軟件結構，詳細介紹了設計中的難點及實現過程中應注意的問題。關鍵詞:CAN總線;智能節點 Abstract:A h ardc ircuita nds oftw arec onfigurationo fth ei ntelligentnode based on a microcontroller with CAN controller P87C591 arepresented.E speciallyt hec ruxi nd esigninga ndt hep roblemst hatshould be paid attention in realizing are discussed in details.Keyw ords:C AN;in telligentn ode CA N 總線 是德國Bosch從20世紀80年代初為解決現代汽車中眾多的控制與測試儀器之間的數據交換而開發的一種串行數據通信協議，它是一種多主總線，通信介質可以是雙絞線、同軸電纜或光導纖維。由于CAN總線具有較強的糾錯能力，支持差分收發，因而適合高噪聲環境。并具有較遠的傳輸距離，適用于許多領域的分布式測控系統。目前已在工業自動化、建筑物環境控制、醫療設備等許多領域得到廣泛的應用。CAN已成為國際標準化組織IS011898標準。
上傳時間： 2013-10-30
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第6章 定時與計數技術6.1 概 述1.定時 定義：提供的時間基準。 分類：內部定時、外部定時。2.計數 定時與計數本質上是一致的。 計數的信號隨機，定時的信號具有周期性。3.應用分時系統切換任務的時間基準、測速、計數6.1.2 定時方法1.軟件定時 通過軟件指令周期方法定時，如執行循環程序。 增加CPU負擔，通用性差，一般用于短延時。2.不可編程硬件定時 采用中小規模IC構成。 不增加CPU負擔，成本低，定時值不可改變。3.可編程硬件定時 采用可編程計數器完成，軟件可改變計數值。 可編程定時/計數器：實質上定時和計數本質上都是脈沖計數器，定時計的是內部基準時鐘源產生的脈沖，計數是計外部脈沖。6.1.3 定時/計數器基本原理1.內部邏輯CPU接口： 片選、低端地址線、讀寫控制線、數據線外設接口： 時鐘、控制、輸出內部邏輯： 端口地址譯碼器、各種寄存器2.工作過程 設初值、控制（計數）、輸出
上傳時間： 2013-11-07
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微型計算機課程設計論文—通用微機發聲程序的匯編設計 本文講述了在微型計算機中利用可編程時間間隔定時器的通用發聲程序設計，重點講述了程序的發聲原理，節拍的產生，按節拍改變的動畫程序原理，并以設計一個簡單的樂曲評分程序為引子，分析程序設計的細節。關鍵字：微機 8253 通用發聲程序 動畫技術 直接寫屏 1. 可編程時間間隔定時器8253在通用個人計算機中，有一個可編程時間間隔定時器8253，它能夠根據程序提供的計數值和工作方式,產生各種形狀和各種頻率的計數/定時脈沖,提供給系統各個部件使用。本設計是利用計算機控制發聲的原理,編寫演奏樂曲的程序。 在8253/54定時器內部有3個獨立工作的計數器:計數器0,計數器1和計數器2,每個計數器都分配有一個斷口地址,分別為40H,41H和42H.8253/54內部還有一個公用的控制寄存器,端地址為43H.端口地址輸入到8253/54的CS,AL,A0端,分別對3個計數器和控制器尋址. 對8353/54編程時,先要設定控制字,以選擇計數器,確定工作方式和計數值的格式.每計數器由三個引腳與外部聯系,見教材第320頁圖9-1.CLK為時鐘輸入端,GATE為門控信號輸入端,OUT為計數/定時信號輸入端.每個計數器中包含一個16位計數寄存器,這個計數器時以倒計數的方式計數的,也就是說,從計數初值逐次減1,直到減為0為止. 8253/54的三個計數器是分別編程的,在對任一個計數器編程時,必須首先講控制字節寫入控制寄存器.控制字的作用是告訴8253/54選擇哪個計數器工作,要求輸出什么樣的脈沖波形.另外,對8253/54的初始化工作還包括,向選定的計數器輸入一個計數初值,因為這個計數值可以是8為的,也可以是16為的,而8253/5的數據總線是8位的,所以要用兩條輸出指令來寫入初值.下面給出8253/54初始化程序段的一個例子,將計數器2設定為方式3,(關于計數器的工作方式參閱教材第325—330頁)計數初值為65536. MOV AL,10110110B ;選擇計數器2,按方式3工作,計數值是二進制格式 OUT 43H,AL ; j將控制字送入控制寄存器 MOV AL,0 ;計數初值為0 OUT 42H,AL ;將計數初值的低字節送入計數器2 OUT 42H,AL ;將計數初值的高字節送入計數器2 在IBM PC中8253/54的三個時鐘端CLK0,CLK1和CLK2的輸入頻率都是1.1931817MHZ. PC機上的大多數I/O都是由主板上的8255(或8255A)可編程序外圍接口芯片(PPI)管理的.關于8255A的結構和工作原理及應用舉例參閱教材第340—373頁.教材第364頁的”PC/XT機中的揚聲器接口電路”一節介紹了揚聲器的驅動原理,并給出了通用發聲程序.本設計正是基于這個原理,通過編程,控制加到揚聲器上的信號的頻率,奏出樂曲的.2．發聲程序的設計下面是能產生頻率為f的通用發聲程序:MOV AL, 10110110B ;8253控制字:通道2,先寫低字節,后寫高字節 ;方式3,二進制計數OUT 43H, AL ;寫入控制字MOV DX, 0012H ;被除數高位MOV AX, 35DEH ;被除數低位 DIV ID ;求計數初值n,結果在AX中OUT 42H, AL ;送出低8位MOV AL, AHOUT 42H,AL ;送出高8位IN AL, 61H ;讀入8255A端口B的內容MOV AH, AL ;保護B口的原狀態OR AL, 03H ;使B口后兩位置1,其余位保留OUT 61H,AL ;接通揚聲器,使它發聲
上傳時間： 2013-10-17
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通用的多電源總線，如VME、VXI 和PCI 總線，都可提供功率有限的3.3V、5V 和±12V（或±24V）電源，如果在這些系統中添加設備（如插卡等），則需要額外的3.3V或5V電源，這個電源通常由負載較輕的-12V電源提供。圖1 電路，將-12V 電壓升壓到15.3V（相對于-12V 電壓），進而得到3.3V 的電源電壓，輸出電流可達300mA。Q2 將3.3V 電壓轉換成適當的電壓（-10.75V）反饋給IC1 的FB 引腳，PWM 升壓控制器可提供1W 的輸出功率，轉換效率為83%。整個電路大約占6.25Cm2的線路板尺寸，適用于依靠臺式PC機電源供電，需要提供1W輸出功率的應用，這種應用中，由于-12V總線電壓限制在1.2W以內，因此需要保證高于83%的轉換效率。由于限流電阻（RSENSE）將峰值電流限制在120mA，N 溝道MOSFET（Q1）可選用廉價的邏輯電平驅動型場效應管，R1、R2 設置輸出電壓（3.3V 或5V）。IC1 平衡端（Pin5）的反饋電壓高于PGND引腳（Pin7）1.25V，因此：VFB = -12V + 1.25V = - 10.75V選擇電阻R1后，可確定：I2 = 1.25V / R1 = 1.25V / 12.1kΩ = 103μA可由下式確定R2：R2 = （VOUT - VBE）/ I2 =（3.3V - 0.7V）/ 103μA = 25.2 kΩ圖1 中，IC1 的開關頻率允許通過外部電阻設置，頻率范圍為100kHz 至500kHz，有利于RF、數據采集模塊等產品的設計。當選擇較高的開關頻率時，能夠保證較高的轉換效率，并可選用較小的電感和電容。為避免電流倒流，可在電路中增加一個與R1串聯的二極管。
上傳時間： 2013-10-17
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九.輸入/輸出保護為了支持多任務，80386不僅要有效地實現任務隔離，而且還要有效地控制各任務的輸入/輸出，避免輸入/輸出沖突。本文將介紹輸入輸出保護。 這里下載本文源代碼。 <一>輸入/輸出保護80386采用I/O特權級IPOL和I/O許可位圖的方法來控制輸入/輸出，實現輸入/輸出保護。 1.I/O敏感指令輸入輸出特權級(I/O Privilege Level)規定了可以執行所有與I/O相關的指令和訪問I/O空間中所有地址的最外層特權級。IOPL的值在如下圖所示的標志寄存器中。 標 志寄存器 BIT31—BIT18 BIT17 BIT16 BIT15 BIT14 BIT13—BIT12 BIT11 BIT10 BIT9 BIT8 BIT7 BIT6 BIT5 BIT4 BIT3 BIT2 BIT1 BIT0 00000000000000 VM RF 0 NT IOPL OF DF IF TF SF ZF 0 AF 0 PF 1 CF I/O許可位圖規定了I/O空間中的哪些地址可以由在任何特權級執行的程序所訪問。I/O許可位圖在任務狀態段TSS中。 I/O敏感指令 指令 功能 保護方式下的執行條件 CLI 清除EFLAGS中的IF位 CPL<=IOPL STI 設置EFLAGS中的IF位 CPL<=IOPL IN 從I/O地址讀出數據 CPL<=IOPL或I/O位圖許可 INS 從I/O地址讀出字符串 CPL<=IOPL或I/O位圖許可 OUT 向I/O地址寫數據 CPL<=IOPL或I/O位圖許可 OUTS 向I/O地址寫字符串 CPL<=IOPL或I/O位圖許可 上表所列指令稱為I/O敏感指令，由于這些指令與I/O有關，并且只有在滿足所列條件時才可以執行，所以把它們稱為I/O敏感指令。從表中可見，當前特權級不在I/O特權級外層時，可以正常執行所列的全部I/O敏感指令；當特權級在I/O特權級外層時，執行CLI和STI指令將引起通用保護異常，而其它四條指令是否能夠被執行要根據訪問的I/O地址及I/O許可位圖情況而定(在下面論述)，如果條件不滿足而執行，那么將引起出錯碼為0的通用保護異常。 由于每個任務使用各自的EFLAGS值和擁有自己的TSS，所以每個任務可以有不同的IOPL，并且可以定義不同的I/O許可位圖。注意，這些I/O敏感指令在實模式下總是可執行的。 2.I/O許可位圖如果只用IOPL限制I/O指令的執行是很不方便的，不能滿足實際要求需要。因為這樣做會使得在特權級3執行的應用程序要么可訪問所有I/O地址，要么不可訪問所有I/O地址。實際需要與此剛好相反，只允許任務甲的應用程序訪問部分I/O地址，只允許任務乙的應用程序訪問另一部分I/O地址，以避免任務甲和任務乙在訪問I/O地址時發生沖突，從而避免任務甲和任務乙使用使用獨享設備時發生沖突。 因此，在IOPL的基礎上又采用了I/O許可位圖。I/O許可位圖由二進制位串組成。位串中的每一位依次對應一個I/O地址，位串的第0位對應I/O地址0，位串的第n位對應I/O地址n。如果位串中的第位為0，那么對應的I/O地址m可以由在任何特權級執行的程序訪問；否則對應的I/O地址m只能由在IOPL特權級或更內層特權級執行的程序訪問。如果在I/O外層特權級執行的程序訪問位串中位值為1的位所對應的I/O地址，那么將引起通用保護異常。 I/O地址空間按字節進行編址。一條I/O指令最多可涉及四個I/O地址。在需要根據I/O位圖決定是否可訪問I/O地址的情況下，當一條I/O指令涉及多個I/O地址時，只有這多個I/O地址所對應的I/O許可位圖中的位都為0時，該I/O指令才能被正常執行，如果對應位中任一位為1，就會引起通用保護異常。 80386支持的I/O地址空間大小是64K，所以構成I/O許可位圖的二進制位串最大長度是64K個位，即位圖的有效部分最大為8K字節。一個任務實際需要使用的I/O許可位圖大小通常要遠小于這個數目。 當前任務使用的I/O許可位圖存儲在當前任務TSS中低端的64K字節內。I/O許可位圖總以字節為單位存儲，所以位串所含的位數總被認為是8的倍數。從前文中所述的TSS格式可見，TSS內偏移66H的字確定I/O許可位圖的開始偏移。由于I/O許可位圖最長可達8K字節，所以開始偏移應小于56K，但必須大于等于104，因為TSS中前104字節為TSS的固定格式，用于保存任務的狀態。 1.I/O訪問許可檢查細節保護模式下處理器在執行I/O指令時進行許可檢查的細節如下所示。 (1)若CPL<=IOPL，則直接轉步驟(8)；(2)取得I/O位圖開始偏移；(3)計算I/O地址對應位所在字節在I/O許可位圖內的偏移；(4)計算位偏移以形成屏蔽碼值，即計算I/O地址對應位在字節中的第幾位；(5)把字節偏移加上位圖開始偏移，再加1，所得值與TSS界限比較，若越界，則產生出錯碼為0的通用保護故障；(6)若不越界，則從位圖中讀對應字節及下一個字節；(7)把讀出的兩個字節與屏蔽碼進行與運算，若結果不為0表示檢查未通過，則產生出錯碼為0的通用保護故障；(8)進行I/O訪問。設某一任務的TSS段如下： TSSSEG SEGMENT PARA USE16 TSS <> ;TSS低端固定格式部分 DB 8 DUP(0) ;對應I/O端口00H—3FH DB 10000000B ;對應I/O端口40H—47H DB 01100000B ;對用I/O端口48H—4FH DB 8182 DUP(0ffH) ;對應I/O端口50H—0FFFFH DB 0FFH ;位圖結束字節TSSLen = $TSSSEG ENDS 再假設IOPL=1，CPL=3。那么如下I/O指令有些能正常執行，有些會引起通用保護異常： in al,21h ;(1)正常執行 in al,47h ;(2)引起異常 out 20h,al ;(3)正常實行 out 4eh,al ;(4)引起異常 in al,20h ;(5)正常執行 out 20h,eax ;(6)正常執行 out 4ch,ax ;(7)引起異常 in ax,46h ;(8)引起異常 in eax,42h ;(9)正常執行 由上述I/O許可檢查的細節可見，不論是否必要，當進行許可位檢查時，80386總是從I/O許可位圖中讀取兩個字節。目的是為了盡快地執行I/O許可檢查。一方面，常常要讀取I/O許可位圖的兩個字節。例如，上面的第(8)條指令要對I/O位圖中的兩個位進行檢查，其低位是某個字節的最高位，高位是下一個字節的最低位。可見即使只要檢查兩個位，也可能需要讀取兩個字節。另一方面，最多檢查四個連續的位，即最多也只需讀取兩個字節。所以每次要讀取兩個字節。這也是在判別是否越界時再加1的原因。為此，為了避免在讀取I/O許可位圖的最高字節時產生越界，必須在I/O許可位圖的最后填加一個全1的字節，即0FFH。此全1的字節應填加在最后一個位圖字節之后，TSS界限范圍之前，即讓填加的全1字節在TSS界限之內。 I/O許可位圖開始偏移加8K所得的值與TSS界限值二者中較小的值決定I/O許可位圖的末端。當TSS的界限大于I/O許可位圖開始偏移加8K時，I/O許可位圖的有效部分就有8K字節，I/O許可檢查全部根據全部根據該位圖進行。當TSS的界限不大于I/O許可位圖開始偏移加8K時，I/O許可位圖有效部分就不到8K字節，于是對較小I/O地址訪問的許可檢查根據位圖進行，而對較大I/O地址訪問的許可檢查總被認為不可訪問而引起通用保護故障。因為這時會發生字節越界而引起通用保護異常，所以在這種情況下，可認為不足的I/O許可位圖的高端部分全為1。利用這個特點，可大大節約TSS中I/O許可位圖占用的存儲單元，也就大大減小了TSS段的長度。 <二>重要標志保護輸入輸出的保護與存儲在標志寄存器EFLAGS中的IOPL密切相關，顯然不能允許隨便地改變IOPL，否則就不能有效地實現輸入輸出保護。類似地，對EFLAGS中的IF位也必須加以保護，否則CLI和STI作為敏感指令對待是無意義的。此外，EFLAGS中的VM位決定著處理器是否按虛擬8086方式工作。 80386對EFLAGS中的這三個字段的處理比較特殊，只有在較高特權級執行的程序才能執行IRET、POPF、CLI和STI等指令改變它們。下表列出了不同特權級下對這三個字段的處理情況。 不同特權級對標志寄存器特殊字段的處理 特權級 VM標志字段 IOPL標志字段 IF標志字段 CPL=0 可變(初POPF指令外) 可變 可變 0 不變 不變 可變 CPL>IOPL 不變 不變 不變 從表中可見，只有在特權級0執行的程序才可以修改IOPL位及VM位；只能由相對于IOPL同級或更內層特權級執行的程序才可以修改IF位。與CLI和STI指令不同，在特權級不滿足上述條件的情況下，當執行POPF指令和IRET指令時，如果試圖修改這些字段中的任何一個字段，并不引起異常，但試圖要修改的字段也未被修改，也不給出任何特別的信息。此外，指令POPF總不能改變VM位，而PUSHF指令所壓入的標志中的VM位總為0。 <三>演示輸入輸出保護的實例(實例九)下面給出一個用于演示輸入輸出保護的實例。演示內容包括：I/O許可位圖的作用、I/O敏感指令引起的異常和特權指令引起的異常；使用段間調用指令CALL通過任務門調用任務，實現任務嵌套。 1.演示步驟實例演示的內容比較豐富，具體演示步驟如下：(1)在實模式下做必要準備后，切換到保護模式；(2)進入保護模式的臨時代碼段后，把演示任務的TSS段描述符裝入TR，并設置演示任務的堆棧；(3)進入演示代碼段，演示代碼段的特權級是0；(4)通過任務門調用測試任務1。測試任務1能夠順利進行；(5)通過任務門調用測試任務2。測試任務2演示由于違反I/O許可位圖規定而導致通用保護異常；(6)通過任務門調用測試任務3。測試任務3演示I/O敏感指令如何引起通用保護異常；(7)通過任務門調用測試任務4。測試任務4演示特權指令如何引起通用保護異常；(8)從演示代碼轉臨時代碼，準備返回實模式；(9)返回實模式，并作結束處理。
上傳時間： 2013-12-11
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C8051F040/1/2/3/4/5/6/7混合信號ISP FLASH 微控制器數 據 手 冊 C8051F04x 系列器件是完全集成的混合信號片上系統型MCU，具有64 個數字I/O 引腳（C8051F040/2/4/6）或32 個數字I/O 引腳（C8051F041/3/5/7），片內集成了一個CAN2.0B 控制器。下面列出了一些主要特性；有關某一產品的具體特性參見表1.1。 高速、流水線結構的8051 兼容的CIP-51 內核（可達25MIPS） 控制器局域網（CAN2.0B）控制器，具有32 個消息對象，每個消息對象有其自己的標識 全速、非侵入式的在系統調試接口（片內） 真正12 位（C8051F040/1）或10 位（C8051F042/3/4/5/6/7）、100 ksps 的ADC，帶PGA 和8 通道模擬多路開關 允許高電壓差分放大器輸入到12/10 位ADC（60V 峰-峰值），增益可編程 真正8 位500 ksps 的ADC，帶PGA 和8 通道模擬多路開關（C8051F040/1/2/3） 兩個12 位DAC，具有可編程數據更新方式（C8051F040/1/2/3） 64KB（C8051F040/1/2/3/4/5）或32KB（C8051F046/7）可在系統編程的FLASH 存儲器 4352（4K+256）字節的片內RAM 可尋址64KB 地址空間的外部數據存儲器接口 硬件實現的SPI、SMBus/ I2C 和兩個UART 串行接口 5 個通用的16 位定時器 具有6 個捕捉/比較模塊的可編程計數器/定時器陣列 片內看門狗定時器、VDD 監視器和溫度傳感器具有片內VDD 監視器、看門狗定時器和時鐘振蕩器的C8051F04x 系列器件是真正能獨立工作的片上系統。所有模擬和數字外設均可由用戶固件使能/禁止和配置。FLASH 存儲器還具有在系統重新編程能力，可用于非易失性數據存儲，并允許現場更新8051 固件。片內JTAG 調試電路允許使用安裝在最終應用系統上的產品MCU 進行非侵入式（不占用片內資源）、全速、在系統調試。該調試系統支持觀察和修改存儲器和寄存器，支持斷點、觀察點、單步及運行和停機命令。在使用JTAG 調試時，所有的模擬和數字外設都可全功能運行。每個MCU 都可在工業溫度范圍（-45℃到+85℃）工作，工作電壓為2.7 ~ 3.6V。端口I/O、/RST和JTAG 引腳都容許5V 的輸入信號電壓。C8051F040/2/4/6 為100 腳TQFP 封裝（見圖1.1 和圖1.3的框圖）。C8051F041/3/5/7 為64 腳TQFP 封裝（見圖1.2 和圖1.4 的框圖）。
上傳時間： 2013-10-24
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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，能夠滿足大多數數據采集的應用需求；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。
上傳時間： 2013-10-13
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單片機應用系統抗干擾技術: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 集中參數模型9 1.4.2 分布參數模型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 單片機應用系統電磁干擾控制的一般方法16 第2章 數字信號耦合與傳輸機理 2.1 數字信號與電磁干擾18 2.1.1 數字信號的開關速度與頻譜18 2.1.2 開關暫態電源尖峰電流噪聲22 2.1.3 開關暫態接地反沖噪聲24 2.1.4 高速數字電路的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 數字信號傳輸過程中的畸變45 2.4.1 信號傳輸的入射畸變45 2.4.2 信號傳輸的反射畸變46 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數字集成電路的抗干擾性能78 3.5.4 CMOS數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 接地系統的布局119 4.2.5 接地裝置和接地電阻120 4.2.6 地環路問題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 抑制數字信號噪聲常用硬件措施177 4.10.1 數字信號負傳輸方式178 4.10.2 提高數字信號的電壓等級178 4.10.3 數字輸入信號的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186 5.1.2 低功耗單片機最小應用系統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 數字輸入端的噪聲抑制194 5.3.3 數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數據掉電保護207 5.8.1 片內RAM數據保護207 5.8.2 利用雙片選的外RAM數據保護207 5.8.3 利用DS1210實現外RAM數據保護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 由單穩態電路實現看門狗電路216 5.9.2 利用單片機片內定時器實現軟件看門狗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 微處理器監控器223 5.10.1 微處理器監控器MAX703～709/813L223 5.10.2 微處理器監控器MAX791227 5.10.3 微處理器監控器MAX807231 5.10.4 微處理器監控器MAX690A/MAX692A234 5.10.5 微處理器監控器MAX691A/MAX693A238 5.10.6 帶備份電池的微處理器監控器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 數字電位器及其應用336 6.7.1 非易失性數字電位器x9221336 6.7.2 非易失性數字電位器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 固態繼電器451 8.5.1 固態繼電器的原理和結構451 8.5.2 主要參數與選用452 8.5.3 交流固態繼電器的使用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靜態顯示接口的抗干擾502 9.5.2 LED動態顯示接口的抗干擾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 提高數據傳輸可靠性的措施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 串聯型直流穩壓電源配置與抗干擾556 10.7.3 集成穩壓器使用中的保護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中數據冗余保護與糾錯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
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陷波器是無限沖擊響應(IIR)數字濾波器，該濾波器可以用以下常系數線性差分方程表示：ΣΣ==−−−=MiNiiiinybinxany01)()()( (1)式中： x(n)和y(n)分別為輸人和輸出信號序列；和為濾波器系數。 iaib對式(1)兩邊進行z變換，得到數字濾波器的傳遞函數為： ΠΠΣΣ===−=−−−==NiiMiiNiiiMiiipzzzzbzazH1100)()()( (2)式中：和分別為傳遞函數的零點和極點。 izip由傳遞函數的零點和極點可以大致繪出頻率響應圖。在零點處，頻率響應出現極小值；在極點處，頻率響應出現極大值。因此可以根據所需頻率響應配置零點和極點，然后反向設計帶陷數字濾波器。考慮一種特殊情況，若零點在第1象限單位圓上，極點在單位圓內靠近零點的徑向上。為了防止濾波器系數出現復數，必須在z平面第4象限對稱位置配置相應的共軛零點、共軛極點。 izip∗iz∗ip這樣零點、極點配置的濾波器稱為單一頻率陷波器，在頻率ωo處出現凹陷。而把極點設置在零的的徑向上距圓點的距離為l-μ處，陷波器的傳遞函數為： ))1()()1(())(()(2121zzzzzzzzzHμμ−−−−−−= (3)式(3)中μ越小，極點越靠近單位圓，則頻率響應曲線凹陷越深，凹陷的寬度也越窄。當需要消除窄帶干擾而不能對其他頻率有衰減時，陷波器是一種去除窄帶干擾的理想數字濾波器。當要對幾個頻率同時進行帶陷濾波時，可以按(2)式把幾個單獨頻率的帶陷濾波器(3)式串接在一起。一個例子：設有一個輸入，它
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