基于多點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)的水廠自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)Design of MPI Based Automatic Monitoring and Control System in Water Works劉 美 俊(湖南工程學(xué)院，湘潭411101)摘要針對(duì)水廠工作水泵多、現(xiàn)場離控制站距離遠(yuǎn)的特點(diǎn)，提出了一種基于MPI多點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)的自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)。由于這種系統(tǒng)的主、從站PLC之間采用MPI網(wǎng)絡(luò)通信，具有運(yùn)行可靠、性能價(jià)格比高的特點(diǎn)，所以適用于中小規(guī)模水廠的分布式監(jiān)控場合。關(guān)鍵詞多點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)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(dòng)控制系統(tǒng)一般分為兩大部分，一對(duì)組態(tài)硬件要求較高，投資較大。相對(duì)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(luò)速度可達(dá)187.5 M bps，通過一級(jí)中繼器傳輸距離可水控制，兩部分的實(shí)際距離通常都比較遠(yuǎn)。某廠水源達(dá)Ikm 。根據(jù)水廠的具體情況，確定以MPI方式組地有3臺(tái)深井泵給水廠區(qū)的蓄水池供水。水廠區(qū)的成網(wǎng)絡(luò)，主站PLC為S7-300系列的CPU3121FM，從任務(wù)是對(duì)水池的水進(jìn)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(duì)于Profibus網(wǎng)絡(luò)節(jié)省了三分之一的成本，制器(PLC)和上位機(jī)組成實(shí)時(shí)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(jià)格比。系統(tǒng)對(duì)深水泵進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，對(duì)供水泵采用變頻器進(jìn)行恒中PLC的物理層采用RS - 485接口，網(wǎng)絡(luò)延伸選用壓控制以保證整個(gè)水廠的電機(jī)設(shè)備安全、可靠地運(yùn)帶防雷保護(hù)的中繼器，使系統(tǒng)的安全運(yùn)行得到了保行。證。MPI網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。1 多點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)(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(diǎn)網(wǎng)絡(luò)與Profibus現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)兩種組網(wǎng)方式。Profibus現(xiàn)場總線的應(yīng)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(shè)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(diào)速系統(tǒng)快速響應(yīng)的時(shí)間要求，特別適合于加工自動(dòng)化領(lǐng)域的應(yīng)用;Profibus - FMS主要解決車間級(jí)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(wù)，適用于紡織、樓宇自動(dòng)化、可編程控制器、低壓開關(guān)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(dòng)化的總線類型。
標(biāo)簽： 多點(diǎn) 網(wǎng)絡(luò) 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 自動(dòng)監(jiān)控
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如同今天的許多通用單片機(jī)(MCU)已經(jīng)把USB、CAN和以太網(wǎng)作為標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)集成在芯片內(nèi)部一樣，越來越多的無線網(wǎng)絡(luò)芯片和無線網(wǎng)絡(luò)解決方案也在向集成SoC 方向發(fā)展，比如第一代產(chǎn)品，Nordic公司nRF905，Chipcon公司cc1010 他們集成了8051兼容的單片機(jī).這些無線單片機(jī)適合一般的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)和點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的私有網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，如單一產(chǎn)品的遙控器和抄表裝置等。無線通訊技術(shù)給智能裝置的互連互通提供了便捷的途徑，工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)作為面向工業(yè)和家庭自動(dòng)化的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也正在向著智能，標(biāo)準(zhǔn)和節(jié)能方向發(fā)展。 目前在工業(yè)控制和消費(fèi)電子領(lǐng)域使用的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有ZigBee、無線局域網(wǎng)(Wi-Fi)、藍(lán)牙(Blutooth)、GPRS通用分組無線業(yè)務(wù)、 ISM、IrDA等， 未來還能有3G、超寬頻(UWB)、無線USB、Wimax等。 當(dāng)然還有大量的私有和專用無線網(wǎng)絡(luò)在工業(yè)控制和消費(fèi)電子裝置中使用，其中ZigBee、GPRS是在目前在國內(nèi)工業(yè)控制中討論和使用比較多的兩種，藍(lán)牙和無線局域網(wǎng)是在消費(fèi)電子產(chǎn)品如手機(jī)、耳機(jī)、打印機(jī)、照相機(jī)和家庭中小企業(yè)網(wǎng)絡(luò)中廣泛使用的無線協(xié)議(個(gè)別工業(yè)產(chǎn)品也有應(yīng)用，如無線視頻監(jiān)控和汽車音響系統(tǒng))，當(dāng)然私有無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和產(chǎn)品在工業(yè)也有很多的應(yīng)用。 ZigBee是一個(gè)低功耗、短距離和低速的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，工作在2.4GHz國際免執(zhí)照的頻率，在IEEE標(biāo)準(zhǔn)上它和無線局域網(wǎng)、藍(lán)牙同屬802家族中的無線個(gè)人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)， ZigBee是有兩部分組成，物理和鏈路層符合IEEE802.15.4， 網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用層符合ZigBee聯(lián)盟的規(guī)范。ZigBee聯(lián)盟是在2002年成立的非盈利組織，有包括TI、霍尼威爾、華為在內(nèi)兩百多家成員， ZigBee聯(lián)盟致力推廣兼容802.15.4和ZigBee協(xié)議的平臺(tái)， 制定網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用架構(gòu)的公共規(guī)范，希望在樓宇自動(dòng)化、居家控制、家用電器、工業(yè)自動(dòng)控制和電腦外設(shè)等多方面普及ZigBee標(biāo)準(zhǔn)。 GPRS是在現(xiàn)有的GSM 網(wǎng)絡(luò)發(fā)展出來的分組數(shù)據(jù)承載業(yè)務(wù)，它工作在標(biāo)準(zhǔn)的GSM頻率，由于是一個(gè)分組交換系統(tǒng)，它適合工業(yè)上的突發(fā)，少量的數(shù)據(jù)傳輸，還因?yàn)镚SM網(wǎng)絡(luò)覆蓋廣泛，永遠(yuǎn)在線的特點(diǎn)，GPRS特點(diǎn)適合工業(yè)控制中的遠(yuǎn)程監(jiān)控和測量系統(tǒng)。在工業(yè)控制應(yīng)用中GPRS 芯片一般是以無線數(shù)傳模塊形式出現(xiàn)的，它通過RS232全雙工接口和單片機(jī)連接，軟件上這些模塊都內(nèi)置了GPRS，PPP和TCP/IP協(xié)議，單片機(jī)側(cè)通過AT指令集向模塊發(fā)出測試，連接和數(shù)據(jù)收發(fā)指令，GPRS模塊通過中國移動(dòng)cmnet進(jìn)入互聯(lián)網(wǎng)和其他終端或者服務(wù)器通訊。目前市場常見的模塊有西門子G24TC45、TC35i，飛思卡爾G24，索愛GR47/48， 還有Wavecom 的集成了ARM9核的GPRS SoC模塊WMP50/100。GPRS模塊有區(qū)分自帶TCP/IP協(xié)議和不帶協(xié)議兩種，一般來講，如果是單片機(jī)側(cè)有嵌入式操作系統(tǒng)和TCP/IP協(xié)議支持的話或者應(yīng)用的要求只是收發(fā)短信和語音功能的話，可以選擇不帶協(xié)議的模塊。 先進(jìn)的SoC技術(shù)正在無線應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)揮重要的作用。德州儀器收購了Chipcon公司以后發(fā)布的CC2430 是市場上首款SoC的ZigBee單片機(jī)， 見圖1，它把協(xié)議棧z-stack集成在芯片內(nèi)部的閃存里面， 具有穩(wěn)定可靠的CC2420收發(fā)器，增強(qiáng)性的8051內(nèi)核，8KRAM，外設(shè)有I/O 口，ADC，SPI，UART 和AES128 安全協(xié)處理器，三個(gè)版本分別是32/64/128K的閃存，以128K為例，扣除基本z-stack協(xié)議還有3/4的空間留給應(yīng)用代碼，即使完整的ZigBee協(xié)議，還有近1/2的空間留給應(yīng)用代碼，這樣的無線單片機(jī)除了處理通訊協(xié)議外，還可以完成一些監(jiān)控和顯示任務(wù)。這樣無線單片機(jī)都支持通過SPI或者UART與通用單片機(jī)或者嵌入式CPU結(jié)合。 2008年4月發(fā)表CC2480新一代單片ZibBee認(rèn)證處理器就展示出和TI MSP430 通用的低功耗單片機(jī)結(jié)合的例子。圖1 CC2430應(yīng)用電路 工業(yè)控制領(lǐng)域的另一個(gè)芯片巨頭——飛思卡爾的單片ZigBee處理器MC1321X的方案也非常類似，集成了HC08單片機(jī)核心， 16/32/64K 閃存，外設(shè)有GPIO， I2C和ADC， 軟件是Beestack 協(xié)議，只是最多4K RAM 對(duì)于更多的任務(wù)顯得小了些。但是憑借32位單片機(jī)Coldfire和系統(tǒng)軟件方面經(jīng)驗(yàn)和優(yōu)勢(shì)， 飛思卡爾在滿足用戶應(yīng)用的彈性需求方面作的更有特色，它率先能夠提供從低-中-高各個(gè)層面的解決方案，見圖2。
標(biāo)簽： 單片機(jī) 工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)
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C8051F040/1/2/3/4/5/6/7混合信號(hào)ISP FLASH 微控制器數(shù) 據(jù) 手 冊(cè) C8051F04x 系列器件是完全集成的混合信號(hào)片上系統(tǒng)型MCU，具有64 個(gè)數(shù)字I/O 引腳（C8051F040/2/4/6）或32 個(gè)數(shù)字I/O 引腳（C8051F041/3/5/7），片內(nèi)集成了一個(gè)CAN2.0B 控制器。下面列出了一些主要特性；有關(guān)某一產(chǎn)品的具體特性參見表1.1。 高速、流水線結(jié)構(gòu)的8051 兼容的CIP-51 內(nèi)核（可達(dá)25MIPS） 控制器局域網(wǎng)（CAN2.0B）控制器，具有32 個(gè)消息對(duì)象，每個(gè)消息對(duì)象有其自己的標(biāo)識(shí) 全速、非侵入式的在系統(tǒng)調(diào)試接口（片內(nèi)） 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(guān) 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(guān)（C8051F040/1/2/3） 兩個(gè)12 位DAC，具有可編程數(shù)據(jù)更新方式（C8051F040/1/2/3） 64KB（C8051F040/1/2/3/4/5）或32KB（C8051F046/7）可在系統(tǒng)編程的FLASH 存儲(chǔ)器 4352（4K+256）字節(jié)的片內(nèi)RAM 可尋址64KB 地址空間的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器接口 硬件實(shí)現(xiàn)的SPI、SMBus/ I2C 和兩個(gè)UART 串行接口 5 個(gè)通用的16 位定時(shí)器 具有6 個(gè)捕捉/比較模塊的可編程計(jì)數(shù)器/定時(shí)器陣列 片內(nèi)看門狗定時(shí)器、VDD 監(jiān)視器和溫度傳感器具有片內(nèi)VDD 監(jiān)視器、看門狗定時(shí)器和時(shí)鐘振蕩器的C8051F04x 系列器件是真正能獨(dú)立工作的片上系統(tǒng)。所有模擬和數(shù)字外設(shè)均可由用戶固件使能/禁止和配置。FLASH 存儲(chǔ)器還具有在系統(tǒng)重新編程能力，可用于非易失性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，并允許現(xiàn)場更新8051 固件。片內(nèi)JTAG 調(diào)試電路允許使用安裝在最終應(yīng)用系統(tǒng)上的產(chǎn)品MCU 進(jìn)行非侵入式（不占用片內(nèi)資源）、全速、在系統(tǒng)調(diào)試。該調(diào)試系統(tǒng)支持觀察和修改存儲(chǔ)器和寄存器，支持?jǐn)帱c(diǎn)、觀察點(diǎn)、單步及運(yùn)行和停機(jī)命令。在使用JTAG 調(diào)試時(shí)，所有的模擬和數(shù)字外設(shè)都可全功能運(yùn)行。每個(gè)MCU 都可在工業(yè)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(hào)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）。
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C8051Fxxx 系列單片機(jī)是完全集成的混合信號(hào)系統(tǒng)級(jí)芯片，具有與8051 兼容的微控制器內(nèi)核，與MCS-51 指令集完全兼容。除了具有標(biāo)準(zhǔn)8052 的數(shù)字外設(shè)部件之外，片內(nèi)還集成了數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)中常用的模擬部件和其它數(shù)字外設(shè)及功能部件。參見表1.1 的產(chǎn)品選擇指南可快速查看每個(gè)MCU 的特性。 MCU 中的外設(shè)或功能部件包括模擬多路選擇器、可編程增益放大器、ADC、DAC、電壓比較器、電壓基準(zhǔn)、溫度傳感器、SMBus/ I2C、UART、SPI、可編程計(jì)數(shù)器/定時(shí)器陣列（PCA）、定時(shí)器、數(shù)字I/O 端口、電源監(jiān)視器、看門狗定時(shí)器（WDT）和時(shí)鐘振蕩器等。所有器件都有內(nèi)置的FLASH 程序存儲(chǔ)器和256 字節(jié)的內(nèi)部RAM，有些器件內(nèi)部還有位于外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間的RAM，即XRAM。C8051Fxxx 單片機(jī)采用流水線結(jié)構(gòu)，機(jī)器周期由標(biāo)準(zhǔn)的12 個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期降為1 個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期，處理能力大大提高，峰值性能可達(dá)25MIPS。C8051Fxxx 單片機(jī)是真正能獨(dú)立工作的片上系統(tǒng)（SOC）。每個(gè)MCU 都能有效地管理模擬和數(shù)字外設(shè)，可以關(guān)閉單個(gè)或全部外設(shè)以節(jié)省功耗。FLASH 存儲(chǔ)器還具有在系統(tǒng)重新編程能力，可用于非易失性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，并允許現(xiàn)場更新8051 固件。應(yīng)用程序可以使用MOVC 和MOVX 指令對(duì)FLASH 進(jìn)行讀或改寫，每次讀或?qū)懸粋€(gè)字節(jié)。這一特性允許將程序存儲(chǔ)器用于非易失性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)以及在軟件控制下更新程序代碼。片內(nèi)JTAG 調(diào)試支持功能允許使用安裝在最終應(yīng)用系統(tǒng)上的產(chǎn)品MCU 進(jìn)行非侵入式（不占用片內(nèi)資源）、全速、在系統(tǒng)調(diào)試。該調(diào)試系統(tǒng)支持觀察和修改存儲(chǔ)器和寄存器，支持?jǐn)帱c(diǎn)、單步、運(yùn)行和停機(jī)命令。在使用JTAG 調(diào)試時(shí)，所有的模擬和數(shù)字外設(shè)都可全功能運(yùn)行。每個(gè)MCU 都可在工業(yè)溫度范圍（-45℃到+85℃）內(nèi)用2.7V-3.6V（F018/019 為2.8V-3.6V）的電壓工作。端口I/O、/RST 和JTAG 引腳都容許5V 的輸入信號(hào)電壓。
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單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)抗干擾技術(shù):第1章 電磁干擾控制基礎(chǔ). 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(shè)計(jì)3 1.2.3 電磁兼容性常用術(shù)語4 1.2.4 電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)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(dǎo)耦合14 1.5.2 感應(yīng)耦合（近場耦合）15 .1.5.3 電磁輻射耦合（遠(yuǎn)場耦合）15 1.6 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)電磁干擾控制的一般方法16 第2章 數(shù)字信號(hào)耦合與傳輸機(jī)理 2.1 數(shù)字信號(hào)與電磁干擾18 2.1.1 數(shù)字信號(hào)的開關(guān)速度與頻譜18 2.1.2 開關(guān)暫態(tài)電源尖峰電流噪聲22 2.1.3 開關(guān)暫態(tài)接地反沖噪聲24 2.1.4 高速數(shù)字電路的EMI特點(diǎn)25 2.2 導(dǎo)線阻抗與線間耦合27 2.2.1 導(dǎo)體交直流電阻的計(jì)算27 2.2.2 導(dǎo)體電感量的計(jì)算29 2.2.3 導(dǎo)體電容量的計(jì)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(hào)的長線傳輸36 2.3.1 長線傳輸過程的數(shù)學(xué)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(jì)算42 2.3.4 傳輸線特性阻抗的重復(fù)性與阻抗匹配44 2.4 數(shù)字信號(hào)傳輸過程中的畸變45 2.4.1 信號(hào)傳輸?shù)娜肷浠?5 2.4.2 信號(hào)傳輸?shù)姆瓷浠?6 2.5 信號(hào)傳輸畸變的抑制措施49 2.5.1 最大傳輸線長度的計(jì)算49 2.5.2 端點(diǎn)的阻抗匹配50 2.6 數(shù)字信號(hào)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(shè)計(jì)59 3.1.1 元件的選擇準(zhǔn)則59 3.1.2 元件的降額設(shè)計(jì)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(nèi)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(hào)68 3.3.3 電容器的標(biāo)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(xiàng)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(xiàng)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(xiàng)80 3.5.6 集成門電路系列型號(hào)81 3.6 高速CMOS 54/74HC系列接口設(shè)計(jì)83 3.6.1 54/74HC 系列芯片特點(diǎn)83 3.6.2 74HC與TTL接口85 3.6.3 74HC與單片機(jī)接口85 3.7 元器件的裝配工藝對(duì)可靠性的影響86 第4章 電磁干擾硬件控制技術(shù) 4.1 屏蔽技術(shù)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(jì)算92 4.1.5 屏蔽體屏蔽效能的計(jì)算99 4.1.6 屏蔽箱的設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)要點(diǎn)113 4.2 接地技術(shù)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(shù)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(shù)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)165 4.5.3 差分放大器165 4.6 雙絞線的抗干擾原理及應(yīng)用166 4.6.1 雙絞線的抗干擾原理166 4.6.2 雙絞線的應(yīng)用168 4.7 信號(hào)線間的串?dāng)_及抑制169 4.7.1 線間串?dāng)_分析169 4.7.2 線間串?dāng)_的抑制173 4.8 信號(hào)線的選擇與敷設(shè)174 4.8.1 信號(hào)線型式的選擇174 4.8.2 信號(hào)線截面的選擇175 4.8.3 單股導(dǎo)線的阻抗分析175 4.8.4 信號(hào)線的敷設(shè)176 4.9 漏電干擾的防止措施177 4.10 抑制數(shù)字信號(hào)噪聲常用硬件措施177 4.10.1 數(shù)字信號(hào)負(fù)傳輸方式178 4.10.2 提高數(shù)字信號(hào)的電壓等級(jí)178 4.10.3 數(shù)字輸入信號(hào)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(guān)觸點(diǎn)抖動(dòng)干擾的抑制方法181 4.10.6 提高器件的驅(qū)動(dòng)能力184 4.11 靜電放電干擾及其抑制184 第5章 主機(jī)單元配置與抗干擾設(shè)計(jì) 5.1 單片機(jī)主機(jī)單元組成特點(diǎn)186 5.1.1 80C51最小應(yīng)用系統(tǒng)186 5.1.2 低功耗單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)187 5.2 總線的可靠性設(shè)計(jì)191 5.2.1 總線驅(qū)動(dòng)器191 5.2.2 總線的負(fù)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(chǔ)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(shí)鐘電路配置200 5.6 復(fù)位電路設(shè)計(jì)201 5.6.1 復(fù)位電路RC參數(shù)的選擇201 5.6.2 復(fù)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(shí)復(fù)位205 5.7 單片機(jī)系統(tǒng)的中斷保護(hù)問題205 5.7.1 80C51單片機(jī)的中斷機(jī)構(gòu)205 5.7.2 常用的幾種中斷保護(hù)措施205 5.8 RAM數(shù)據(jù)掉電保護(hù)207 5.8.1 片內(nèi)RAM數(shù)據(jù)保護(hù)207 5.8.2 利用雙片選的外RAM數(shù)據(jù)保護(hù)207 5.8.3 利用DS1210實(shí)現(xiàn)外RAM數(shù)據(jù)保護(hù)208 5.8.4 2 KB非易失性隨機(jī)存儲(chǔ)器DS1220AB/AD211 5.9 看門狗技術(shù)215 5.9.1 由單穩(wěn)態(tài)電路實(shí)現(xiàn)看門狗電路216 5.9.2 利用單片機(jī)片內(nèi)定時(shí)器實(shí)現(xiàn)軟件看門狗217 5.9.3 軟硬件結(jié)合的看門狗技術(shù)219 5.9.4 單片機(jī)內(nèi)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(shè)計(jì) 6.1 概述255 6.2 模擬信號(hào)放大器256 6.2.1 集成運(yùn)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(lì)功能的模塊2B30/2B31305 6.6 模擬信號(hào)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(shí)用線性隔離放大器333 6.7 數(shù)字電位器及其應(yīng)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(dòng)補(bǔ)償347 6.8.2 單片集成精密電壓芯片349 6.8.3 A/D轉(zhuǎn)換器芯片提供基準(zhǔn)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(hào)串模干擾的抑制352 6.9.3 輸入信號(hào)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(shè)計(jì) 7.1 D/A、A/D轉(zhuǎn)換器的干擾源357 7.2 D/A轉(zhuǎn)換原理及抗干擾分析358 7.2.1 T型電阻D/A轉(zhuǎn)換器359 7.2.2 基準(zhǔn)電源精度要求361 7.2.3 D/A轉(zhuǎn)換器的尖峰干擾362 7.3 典型D/A轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)接口363 7.3.1 并行12位D/A轉(zhuǎn)換器AD667363 7.3.2 串行12位D/A轉(zhuǎn)換器MAX5154370 7.4 D/A轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)的光電接口電路377 7.5 A/D轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換器與單片機(jī)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(zhuǎn)換器MAX 197394 7.6.3 雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器5G14433399 7.6.4 V/F轉(zhuǎn)換器AD 652在A/D轉(zhuǎn)換器中的應(yīng)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(guān)與抗干擾措施412 7.8.1 CD4051412 7.8.2 AD7501413 7.8.3 多路開關(guān)配置與抗干擾技術(shù)413 7.9 D/A、A/D轉(zhuǎn)換器的電源、接地與布線416 7.10 精密基準(zhǔn)電壓電路與噪聲抑制416 7.10.1 基準(zhǔn)電壓電路原理417 7.10.2 引腳可編程精密基準(zhǔn)電壓源AD584418 7.10.3 埋入式齊納二極管基準(zhǔn)AD588420 7.10.4 低漂移電壓基準(zhǔn)MAX676/MAX677/MAX678422 7.10.5 低功率低漂移電壓基準(zhǔn)MAX873/MAX875/MAX876424 7.10.6 MC1403/MC1403A、MC1503精密電壓基準(zhǔn)電路430 第8章 功率接口與抗干擾設(shè)計(jì) 8.1 功率驅(qū)動(dòng)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(qū)動(dòng)器435 8.2 輸出控制功率接口電路438 8.2.1 繼電器輸出驅(qū)動(dòng)接口438 8.2.2 繼電器—接觸器輸出驅(qū)動(dòng)電路439 8.2.3 光電耦合器—晶閘管輸出驅(qū)動(dòng)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(jī)與大功率單相負(fù)載的接口電路441 8.2.6 單片機(jī)與大功率三相負(fù)載間的接口電路442 8.3 感性負(fù)載電路噪聲的抑制442 8.3.1 交直流感性負(fù)載瞬變?cè)肼暤囊种品椒?42 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(fù)載的瞬變?cè)肼?47 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(jié)構(gòu)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(jī)對(duì)話單元配置與抗干擾設(shè)計(jì) 9.1 鍵盤接口抗干擾問題456 9.2 LED顯示器的構(gòu)造與特點(diǎn)458 9.3 LED的驅(qū)動(dòng)方式459 9.3.1 采用限流電阻的驅(qū)動(dòng)方式459 9.3.2 采用LM317的驅(qū)動(dòng)方式460 9.3.3 串聯(lián)二極管壓降驅(qū)動(dòng)方式462 9.4 典型鍵盤/顯示器接口芯片與單片機(jī)接口463 9.4.1 8位LED驅(qū)動(dòng)器ICM 7218B463 9.4.2 串行LED顯示驅(qū)動(dòng)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(dòng)態(tài)顯示接口的抗干擾506 9.6 打印機(jī)接口與抗干擾技術(shù)508 9.6.1 并行打印機(jī)標(biāo)準(zhǔn)接口信號(hào)508 9.6.2 打印機(jī)與單片機(jī)接口電路509 9.6.3 打印機(jī)電磁干擾的防護(hù)設(shè)計(jì)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(shè)計(jì) 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(shí)用低通電容濾波器518 10.2.2 雙繞組扼流圈的應(yīng)用518 10.3 EMI濾波器模塊519 10.3.1 濾波器模塊基礎(chǔ)知識(shí)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(cè)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(hù)557 10.8 開關(guān)電源干擾的抑制措施559 10.8.1 開關(guān)噪聲的分類559 10.8.2 開關(guān)電源噪聲的抑制措施560 10.9 微機(jī)用不間斷電源UPS561 10.10 采用晶閘管無觸點(diǎn)開關(guān)消除瞬態(tài)干擾設(shè)計(jì)方案564 第11章 印制電路板的抗干擾設(shè)計(jì) 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(biāo)準(zhǔn)與電性能571 11.1.4 覆銅板的主要特點(diǎn)和應(yīng)用583 11.2 印制板布線設(shè)計(jì)基礎(chǔ)585 11.2.1 印制板導(dǎo)線的阻抗計(jì)算585 11.2.2 PCB布線結(jié)構(gòu)和特性阻抗計(jì)算587 11.2.3 信號(hào)在印制板上的傳播速度589 11.3 地線和電源線的布線設(shè)計(jì)590 11.3.1 降低接地阻抗的設(shè)計(jì)590 11.3.2 減小電源線阻抗的方法591 11.4 信號(hào)線的布線原則592 11.4.1 信號(hào)傳輸線的尺寸控制592 11.4.2 線間串?dāng)_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(jī)自動(dòng)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(shí)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(jié)構(gòu)與特點(diǎn)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(shù)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(shù)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(dòng)恢復(fù)處理程序613 12.4.1 上電標(biāo)志設(shè)定614 12.4.2 RAM中數(shù)據(jù)冗余保護(hù)與糾錯(cuò)616 12.4.3 軟件復(fù)位與中斷激活標(biāo)志617 12.4.4 程序失控后恢復(fù)運(yùn)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(shù)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(guān)量輸入/輸出軟件抗干擾設(shè)計(jì)629 12.7.1 開關(guān)量輸入軟件抗干擾措施629 12.7.2 開關(guān)量輸出軟件抗干擾措施629 12.8 編寫軟件的其他注意事項(xiàng)630 附錄 電磁兼容器件選購信息632
標(biāo)簽： 單片機(jī) 應(yīng)用系統(tǒng) 抗干擾技術(shù)
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FPGA與ARM EPI通信，控制16路步進(jìn)電機(jī)和12路DC馬達(dá) VHDL編寫的，，，，，
上傳時(shí)間： 2013-10-21
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為了能實(shí)時(shí)監(jiān)控?zé)o人機(jī)的狀態(tài)和提高無人機(jī)的安全可靠性，本設(shè)計(jì)利用FPGA高速率、豐富的片上資源和靈活的設(shè)計(jì)接口，設(shè)計(jì)了一套無人機(jī)多路監(jiān)控系統(tǒng)。該監(jiān)控系統(tǒng)具備了將處于無人機(jī)不同位置的攝像機(jī)所采集的視頻信息，傳送給地面站控制設(shè)備，并在同一臺(tái)顯示器上實(shí)現(xiàn)同步顯示的功能。仿真結(jié)果表明，該系統(tǒng)可以很好的保證監(jiān)控視頻的實(shí)時(shí)性、和高清度，確保無人機(jī)完成偵查任務(wù)。
標(biāo)簽： FPGA 無人機(jī) 多路 視頻監(jiān)控
上傳時(shí)間： 2013-10-22
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摘 要：研究一種基于FPGA的多路視頻合成系統(tǒng)。系統(tǒng)接收16路ITU656格式的視頻數(shù)據(jù)，按照畫面分割的要求對(duì)視頻數(shù)據(jù)流進(jìn)行有效抽取和幀合成處理，經(jīng)過視頻編碼芯片轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)輸出到顯示器，以全屏或多窗口模式顯示多路視頻畫面。系統(tǒng)利用FPGA的高速并行處理能力的優(yōu)勢(shì)，應(yīng)用靈活的的多路視頻信號(hào)的合成技術(shù)和數(shù)字圖像處理算法，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)處理多路視頻數(shù)據(jù)。
上傳時(shí)間： 2014-12-05
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伺服舵機(jī)作為基本的輸出執(zhí)行機(jī)構(gòu)廣泛應(yīng)用于 遙控航模以及人形機(jī)器人的控制中。舵機(jī)是一種位 置伺服的驅(qū)動(dòng)器，其控制信號(hào)是PWM信號(hào).，利 用占空比的變化改變舵機(jī)的位置，也可使用FPGA、 模擬電路、單片機(jī)來產(chǎn)生舵機(jī)的控制信號(hào)舊。應(yīng) 用模擬電路產(chǎn)生PWM信號(hào)，應(yīng)用的元器件較多， 會(huì)增加電路的復(fù)雜程度；若用單片機(jī)產(chǎn)生PWM信 號(hào)，當(dāng)信號(hào)路數(shù)較少時(shí)單片機(jī)能滿足要求，但當(dāng) PWM信號(hào)多于4路時(shí)，由于單片機(jī)指令是順序執(zhí) 行的，會(huì)產(chǎn)生較大的延遲，從而使PWM信號(hào)波形 不穩(wěn)，導(dǎo)致舵機(jī)發(fā)生顫振。
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七天玩轉(zhuǎn)Altera：學(xué)習(xí)FPGA必經(jīng)之路包括基礎(chǔ)篇、時(shí)序篇和驗(yàn)證篇三個(gè)部分。
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