作zuo為wei工gong業ye自zi動dong化hua核he心xin部bu件jian的de稱cheng重zhong儀yi表biao，不bu同tong於yu商shang用yong衡heng器qi
，往wang往wang麵mian臨lin更geng複fu雜za的de工gong況kuang。對dui於yu拌ban和he站zhan電dian磁ci環huan境jing比bi較jiao惡e劣lie的de情qing況kuang下xia，一yi些xie大da規gui模mo集ji成cheng電dian路lu常chang常chang會hui受shou到dao幹gan擾rao，導dao致zhi不bu能neng正zheng常chang工gong作zuo或huo在zai錯cuo誤wu狀zhuang態tai下xia運yun行xing，造zao成cheng的de後hou果guo往wang往wang是shi很hen嚴yan重zhong的de。因yin此ci對dui抗kang幹gan擾rao性xing能neng的de了le解jie是shi稱cheng量liang儀yi表biao選xuan型xing的de關guan鍵jian。我wo們men在zai對dui珠zhu海hai市shi長chang陸lu工gong業ye自zi動dong控kong製zhi係xi統tong有you限xian公gong司si生sheng產chan的deUNI800與TR600和其它同類廠家產品進行反複比較過程中，獲得了一個好單片機係統（稱重儀表）應具備的抗幹擾性能方麵的分析經驗。在此與同行分享

，希望以此促進行業技術水平的提高。

    儀表電磁兼容性(EMC)是一項重要指標，它包含係統的發射和敏感度兩方麵的問題。如果一個單片機係統符條件合下麵三個條件，則該係統是電磁兼容的：

     1．   對其他係統不產生幹擾；

    2．   對其他係統的發射不敏感；

    3．   對係統本身不產生幹擾；

    假若幹擾不能完全消除，但也要使幹擾減少到最小。幹擾的產生不是直接的（通過導體、公共阻抗耦合等），就是間接的（通過串擾或輻射耦合）。電磁幹擾的產生是通過導體和通過輻射
，很多磁電發射源、如光照
、繼電器、DC電機和日光燈都可以引起幹擾；AC電源線、互連電纜、金jin屬shu電dian纜lan和he子zi係xi統tong的de內nei部bu電dian路lu也ye都dou可ke能neng產chan生sheng輻fu射she或huo接jie收shou到dao不bu希xi望wang的de信xin號hao。在zai高gao速su單dan片pian機ji係xi統tong中zhong，時shi鍾zhong電dian路lu通tong常chang是shi寬kuan帶dai噪zao聲sheng的de最zui大da產chan生sheng源yuan，這zhe些xie電dian路lu可ke產chan生sheng高gao達da300MHz的諧波失真，在係統中應該把他們去掉。另外，在單片機係統中最容易受影響的是複位線，中斷線和控製線。

 

（1）        傳導性EMI

     一yi種zhong最zui明ming顯xian而er往wang往wang被bei忽hu略lve的de能neng引yin起qi電dian路lu中zhong噪zao聲sheng的de路lu徑jing是shi經jing過guo導dao體ti。一yi條tiao穿chuan過guo噪zao聲sheng環huan境jing的de導dao線xian可ke檢jian拾shi噪zao聲sheng並bing把ba噪zao聲sheng送song到dao其qi他ta電dian路lu引yin起qi幹gan擾rao。設she計ji人ren員yuan必bi須xu避bi免mian導dao線xian檢jian拾shi噪zao聲sheng和he在zai噪zao聲sheng引yin起qi幹gan擾rao前qian用yong去qu耦ou辦ban法fa去qu除chu噪zao聲sheng。最zui普pu通tong的de例li子zi是shi噪zao聲sheng通tong過guo電dian源yuan進jin入ru電dian路lu。若ruo電dian源yuan本ben身shen或huo連lian接jie到dao電dian源yuan的de其qi他ta電dian路lu是shi幹gan擾rao源yuan，則ze在zai電dian源yuan線xian進jin入ru電dian路lu之zhi前qian必bi須xu對dui其qi去qu耦ou。

（2）        公共阻抗耦合

     當(dang)來(lai)自(zi)兩(liang)個(ge)不(bu)同(tong)電(dian)路(lu)的(de)電(dian)流(liu)流(liu)經(jing)一(yi)個(ge)公(gong)共(gong)阻(zu)抗(kang)時(shi)就(jiu)會(hui)產(chan)生(sheng)共(gong)阻(zu)抗(kang)耦(ou)合(he)。阻(zu)抗(kang)上(shang)的(de)壓(ya)降(jiang)由(you)兩(liang)個(ge)電(dian)路(lu)決(jue)定(ding)，來(lai)自(zi)兩(liang)個(ge)電(dian)路(lu)的(de)地(di)電(dian)流(liu)流(liu)過(guo)共(gong)地(di)阻(zu)抗(kang)。電(dian)路(lu)a的地電位被電流b調製，噪聲信號或DC補償經共地阻抗從電路b耦合到電路a。  

（3）輻射耦合

 經輻射的耦合通稱串擾。串擾發生在電流流經導體時產生電磁場，而電磁場在鄰近的導體中感應瞬態電流。

（4） 輻射發射

     輻射發射有兩種基本類型；差分模式(DM)和共模(CM)。共模輻射或單極天線輻射是由無意的壓降引起的，它使電路中所有地連接抬高到係統電地位之上。就電場大小而言，CM輻射是比DM輻射更為嚴重的問題。為使CM輻射最小，必須用切合實際的設計使共模電流降到零。

 

（1）電壓。電源電壓越高，意味著電壓振幅越大，發射就更多，而低電源電壓影響敏感度。

（2）頻率。高頻產生更多的發射，周期性信號產生更多的發射。在高頻單片機係統中，當器件開關時產生電流尖峰信號；在模擬係統中，當負載電流變化時產生電流尖峰信號。

（3）接地。在所有EMC問題中，主要問題是不適當的接地引起的。有三種信號接地方法：單點、多點和混合。在頻率低於1MHz時
，可采用單點接地方法，但不適宜高頻；在(zai)高(gao)頻(pin)應(ying)用(yong)中(zhong)，最(zui)好(hao)采(cai)用(yong)多(duo)點(dian)接(jie)地(di)。混(hun)合(he)接(jie)地(di)是(shi)低(di)頻(pin)用(yong)單(dan)點(dian)接(jie)地(di)，而(er)高(gao)頻(pin)用(yong)多(duo)點(dian)接(jie)地(di)的(de)方(fang)法(fa)。地(di)線(xian)布(bu)局(ju)是(shi)關(guan)鍵(jian)，高(gao)頻(pin)數(shu)字(zi)電(dian)路(lu)和(he)低(di)電(dian)平(ping)模(mo)擬(ni)電(dian)路(lu)的(de)接(jie)地(di)電(dian)路(lu)絕(jue)不(bu)能(neng)混(hun)合(he)。

（4）PCB設計。適當的印刷電路板（PCB）布線對防止EMI是至關重要的。

（5）電源去耦。 當器件開關時，在電源線上會產生瞬態電流，必須衰減和濾掉這些瞬態電流。來自高di/dt源的瞬態電流導致地和線跡“發射”電壓
，高di/dt產(chan)生(sheng)大(da)範(fan)圍(wei)的(de)高(gao)頻(pin)電(dian)流(liu)，激(ji)勵(li)部(bu)件(jian)和(he)線(xian)纜(lan)輻(fu)射(she)。流(liu)經(jing)導(dao)線(xian)的(de)電(dian)流(liu)變(bian)化(hua)和(he)電(dian)感(gan)會(hui)導(dao)致(zhi)壓(ya)降(jiang)，減(jian)小(xiao)電(dian)感(gan)或(huo)電(dian)流(liu)隨(sui)時(shi)間(jian)的(de)變(bian)化(hua)可(ke)使(shi)該(gai)壓(ya)降(jiang)最(zui)小(xiao)。

 

3．稱量儀表對抗幹擾與複雜工況處理的硬件要求

    在硬件上我們要求儀表廠家必須具有以下措施：

    印刷電路板的抗幹擾設計與具體電路有著密切的關係，這裏僅就PCB抗幹擾設計的幾項常用措施作一些說明。

    ① 電源線設計

    根據印刷線路板電流的大小，盡量加粗電源線寬度，減少環路電阻；同時，使電源線
、地線的走向和數據傳遞的方向一致，這樣有助於增強抗噪聲能力。

    ② 地線設計

    zaidanpianjixitongshejizhong，jiedishikongzhiganraodezhongyaofangfa。runengjiangjiedihepingbizhengquejiehelaishiyong，kejiejuedabufenganraowenti。danpianjixitongzhongdixianjiegoudazhiyouxitongdi、機殼地（屏蔽地）
、數字地（邏輯地）和模擬地等。

    在地線設計中應注意以下幾點：

    a．正確選擇單點接地與多點接地。在低頻電路中，信號的工作頻率小於1MHz
，它的布線和器件間的電感影響較小，而接地電路形成的環流對幹擾影響較大，因而采用一點接地的方式。當信號工作頻率大於10MHz，地線阻抗變得很大
，此時應盡量降低地線阻抗，應采用就近多點接地。當工作頻率在1～10MHz時

，如果采用一點接地，其地線長度不應超過波長的1/20，否則應采用多點接地法。

    b. 數(shu)字(zi)地(di)與(yu)模(mo)擬(ni)地(di)分(fen)開(kai)。電(dian)路(lu)板(ban)上(shang)既(ji)有(you)高(gao)速(su)邏(luo)輯(ji)電(dian)路(lu)，又(you)有(you)線(xian)性(xing)電(dian)路(lu)，應(ying)使(shi)它(ta)們(men)盡(jin)量(liang)分(fen)開(kai)，而(er)兩(liang)者(zhe)的(de)地(di)線(xian)不(bu)要(yao)相(xiang)混(hun)，分(fen)別(bie)與(yu)電(dian)源(yuan)端(duan)地(di)線(xian)相(xiang)連(lian)。低(di)頻(pin)電(dian)路(lu)的(de)地(di)應(ying)盡(jin)量(liang)采(cai)用(yong)單(dan)點(dian)並(bing)聯(lian)接(jie)地(di)
，實(shi)際(ji)布(bu)線(xian)有(you)困(kun)難(nan)時(shi)可(ke)部(bu)分(fen)串(chuan)聯(lian)後(hou)再(zai)並(bing)聯(lian)接(jie)地(di)；高頻元件周圍盡量用柵格狀大麵積地箔，要盡量加大線性電路的接地麵積。

    C．jiedixianyingjinliangjiacu。ruojiedixianyonghenxidexiantiao，zejiedidianweihuisuidianliudebianhuaerbianhua，zhishidianzichanpindedingshixinhaodianpingbuwen，kangzaoshengxingnengjiangdi。yinciyingjiangjiedixianjinliangjiacu
，shitanengtongguosanbeiyuyinshuadianlubandeyunxudianliu。ruyoukeneng，jiedixiandekuanduyingdayu3 mm。

    d．接地線構成閉環路。設計隻由數字電路組成的印刷電路板的地線係統時
，將接地線做成閉路可以明顯地提高抗噪聲能力。其原因在於：印yin刷shua電dian路lu板ban上shang有you很hen多duo集ji成cheng電dian路lu元yuan件jian，尤you其qi遇yu有you耗hao電dian多duo的de元yuan件jian時shi，因yin受shou接jie地di線xian粗cu細xi的de限xian製zhi，會hui在zai地di線xian上shang產chan生sheng較jiao大da的de電dian位wei差cha，引yin起qi抗kang噪zao聲sheng能neng力li下xia降jiang
；若將接地線構成環路，則會縮小電位差值，提高電子設備的抗噪聲能力。

    ③退耦電容配置

    PCB設計的常規做法之一，是在印刷板的各個關鍵部位配置適當的退耦電容。退耦電容的一般配置原則是：

a．  電源輸入端跨接10～100μF的電解電容器。如有可能
，接100μF以上的更好。

b．  原則上每個集成電路芯片都應布置一個0.01pF的瓷片電容。如遇印刷板空隙不夠，可每4～8個芯片布置一個1～10pF的鉭電容。

c．   對於抗噪聲能力弱
、關斷時電源變化大的器件，如RAM
、ROM存儲器件，應在芯片的電源線和地線之間直接接入退耦電容。

d．  電容引線不能太長
，尤其是高頻旁路電容不能有引線。

此外
，還應注意以下兩點：

a．   在印刷板中有接觸器、繼電器、按鈕等元件時，操作它們時均會產生較大火花放電，必須采用RC電路來吸收放電電流。一般R取1～2kΩ，C取2.2～47μF。

b．  CMOS的輸入阻抗很高
，且易受感應，因此在使用時，對不用端要接地或接正電源。

 

①．采用必要的共模/差模抑製電路
，同時也要采取一定的濾波和防電磁屏蔽措施以減小幹擾的進入。

②．在條件許可的情況下盡可能采取各種隔離措施（如光電隔離或者磁電隔離），從而阻斷幹擾的傳播。

 

    在單片機係統中，看門狗係統對整個單片機的運行起著特別重要的作用
，因為所有的幹擾源不可能全部被隔離或去除，一旦進入CPU幹擾程序的正常運行，那麼複位係統結合軟件處理措施就成了一道有效的糾錯防禦的屏障了。常用的複位係統有以下兩種：

①.外部複位係統。外部“看門狗”電路可以自己設計也可以用專門的“看門狗”芯片來搭建。然而，他們各有優缺點，大部分專用“看門狗”芯片對低頻“喂狗”信號不能響應，而高頻“喂狗”信號都能響應，使其在低頻“喂狗”信號下產生複位動作而在高頻的“喂狗”信號下不產生複位動作
，這樣，如果程序係統陷入一個死循環
，而該循環中恰巧有著“喂狗”信號的話
，那麼該複位電路就無法實現它的應有的功能了。然而，我們自己可以設計一個具有帶通的“喂狗”電路和其他複位電路構成的係統就是一個很有效外部監控係統了。

②.現xian在zai越yue來lai越yue多duo的de單dan片pian機ji都dou帶dai有you自zi己ji的de片pian上shang複fu位wei係xi統tong，這zhe樣yang用yong戶hu就jiu可ke以yi很hen方fang便bian的de使shi用yong其qi內nei部bu的de複fu位wei定ding時shi器qi了le
，但dan是shi

，有you一yi些xie型xing號hao的de單dan片pian機ji它ta的de複fu位wei指zhi令ling太tai過guo於yu簡jian單dan
，這zhe樣yang也ye會hui存cun在zai象xiang上shang述shu死si循xun環huan那na樣yang的de“喂狗”指令
，使其失去監控作用。有一些單片機的片上複位指令就做的比較好
，一般他們把“喂狗”信號做成固定格式的多條指令依順序來執行，如果有一定錯誤則該“喂狗”操作無效，這樣就大大提高了複位電路的可靠性。

 

    大部分的單片機都有一個耦合於外部晶體或陶瓷諧振器的振蕩器電路。在PCB上，要求外接是電容、晶體或陶瓷諧振器的引線越短越好。RC振蕩器對幹擾信號有潛在的敏感性，它能產生很短的時鍾周期，因而最好選晶體或陶瓷諧振器。另外，石英晶體的外殼要接地。

 

    室外使用的單片機係統或從室外架空引入室內的電源線、信號線，要考慮係統的防雷擊問題。常用的防雷擊器件有：氣體放電管
、TVS（Transient Voltage Suppression）等。氣體放電管是當電源的電壓大於某一數值時，通常為數十V或數百V，氣體擊穿放電，將電源線上強衝擊脈衝導入大地。TVS可以看成兩個並聯且方向相反的齊納二極管，當兩端電壓高於某一值時導通。其特點是可以瞬態通過數百乃上千A的電流。

 

    由於工業電源特別是攪拌設備的電源工況複雜，因此如何在不穩定電源場合確保儀表工作穩定尤為重要。

    常用的開關電源與線性電源相比各有優缺點：kaiguandianyuanzuoweihenggonglvqijian
，waibugongdiandianyagaozeshuchudianliuxiao，dianyadizeshuchudianliuda，congerweichishurudaoyibiaoneibudegonglvhengding，congerjianshaoyibiaoneibuwenducha，gengbuhuiyinguorezaochengyuanjiansunhuai。erxianxingdianyuanzaidianyashenggaoshi，dianliujiangzengda，tebieshidianyayunxinggaoyu240VAC時，內部溫升加快，會造成變壓器或三端穩壓器等損壞，在低於220VAC時，會造成運行不可靠或停止運行。所以一般工業控製采用開關電源方式，而試驗或商用設備采用線性電源較為合理。

    由於電源波動會造成儀表輸出的激勵電壓波動
，因此稱量值會隨之變化
，故應采用較為保險的多級穩壓方案。UNI800與TR600均采用二級穩壓
，當外部電壓波動，對儀表讀數影響甚小；而有些儀表采用一級穩壓
，稱重數值隨外部電壓波動而異常變化根本無法滿足要求。

 

    有些稱重儀表廠家為降低成本，往往采用12位脈寬調製方法輸出模擬信號，這有幾個壞處：①由於脈衝來自單片機係統，占用晶振資源，往往造成輸出模擬值滯後儀表讀數很多
；②低位數的脈寬調製往往在重複性、線性上較差
，再加上信號給上位機進行A/D轉換又有精度損失，故此方案用於配料精度高場合不可行。UNI800及TR600由於采用16位DA轉換輸出模擬信號而成為較佳的選擇。

 

    由於秤體的結構變化或物料的粘附等造成稱重數值漂移，因此必須在啟動配料時須有自動清零功能，UNI800與TR600的此功能確保每次配料的準確性。

 

    很多添加量較小的材料因秤體自重較重
，零位信號較高，放大信號也由於使用3mv/v傳感器而接近30mv
，對於此要求很多儀表由於放大器設計所限最大隻能接受25mv信(xin)號(hao)而(er)導(dao)致(zhi)不(bu)能(neng)調(tiao)校(xiao)，隻(zhi)能(neng)通(tong)過(guo)加(jia)高(gao)精(jing)度(du)電(dian)阻(zu)下(xia)拉(la)信(xin)號(hao)電(dian)壓(ya)，但(dan)這(zhe)往(wang)往(wang)對(dui)於(yu)野(ye)外(wai)作(zuo)業(ye)的(de)工(gong)地(di)是(shi)個(ge)難(nan)題(ti)。因(yin)此(ci)有(you)合(he)理(li)的(de)適(shi)合(he)攪(jiao)拌(ban)係(xi)統(tong)使(shi)用(yong)信(xin)號(hao)輸(shu)入(ru)範(fan)圍(wei)也(ye)應(ying)成(cheng)為(wei)選(xuan)型(xing)要(yao)求(qiu)之(zhi)一(yi)。UNI800及TR600產品
，零位可調電壓在0-15mv，放大可調最大至35mv，非常適合瀝青秤


、外加劑秤使用。

 

    電磁幹擾源所產生的幹擾信號在一些特定的情況下（比如在一些電磁環境比較惡劣的情況下）是無法完全消除的
，最終將會進入CPU處理的的核心單元，這樣在一些大規模集成電路常常會受到幹擾
，導致不能正常工作或在錯誤狀態下工作。特別是像RAM這種利用雙穩態進行存儲的器件，往往會在強幹擾下發生翻轉，使原來存儲的“0”變為“1”，或者“1”變為“0”；一些串行傳輸的時序及數據會因幹擾而發生改變
；更嚴重的會破壞一些重要的數據參數等；造成的後果往往是很嚴重的。在這種情況下軟件設計的好壞直接影響到整個係統的抗幹擾能力的高低。

 

①程序跑飛。

    這種情況是最常見的幹擾結果
，一般來說有一個好的複位係統或軟件幀測係統即可
，對整個運行係統的不會產生太大的影響。

②死循環或不正常程序代碼運行。

    dangranzhezhongsixunhuanhebuzhengchangchengxudaimabingfeishejirenyuanyouyixierude，womenzhidaochengxudezhilingshiyouzijiezuchengde
，youdeshidanzijiezhilingeryoudeshiduozijiezhiling，dangganraochanshenghoushidePCzhizhenfashengbianhua
，congershiyuanlaidechengxudaimafashenglezhongzuchanshenglebukeyucedekezhixingdechengxudaima，name，zhezhongcuowushizhimingde，tahuiyoukenenghuiquxiugaizhongyaodeshujucanshu
，youkenengchanshengbukeyucedekongzhishuchudengyixiliecuowuzhuangtai。

 

    一般情況下，我們可以采用錯誤檢測與糾正來有效地減少或避免這種情況的出現。根據檢錯、糾錯的原理，主要思想是在數據寫入時，根據寫入的數據生成一定位數的校驗碼，與相應的數據一起保存起來；當dang讀du出chu時shi，同tong時shi也ye將jiang校xiao驗yan碼ma讀du出chu，進jin行xing判pan決jue。如ru果guo出chu現xian一yi位wei錯cuo誤wu則ze自zi動dong糾jiu正zheng，將jiang正zheng確que的de數shu據ju送song出chu，並bing同tong時shi將jiang改gai正zheng以yi後hou的de數shu據ju回hui寫xie覆fu蓋gai原yuan來lai錯cuo誤wu的de數shu據ju

；如果出現兩位錯誤則產生中斷報告

，通知CPU進(jin)行(xing)異(yi)常(chang)處(chu)理(li)。所(suo)有(you)這(zhe)一(yi)切(qie)動(dong)作(zuo)都(dou)是(shi)靠(kao)軟(ruan)件(jian)設(she)計(ji)自(zi)動(dong)完(wan)成(cheng)的(de)
，具(ju)有(you)實(shi)時(shi)性(xing)和(he)自(zi)動(dong)完(wan)成(cheng)的(de)特(te)點(dian)。通(tong)過(guo)這(zhe)樣(yang)的(de)設(she)計(ji)

，能(neng)大(da)大(da)提(ti)高(gao)係(xi)統(tong)的(de)抗(kang)幹(gan)擾(rao)能(neng)力(li)，從(cong)而(er)提(ti)高(gao)係(xi)統(tong)的(de)可(ke)靠(kao)性(xing)。

    檢錯與糾錯原理：

    首(shou)先(xian)來(lai)看(kan)看(kan)檢(jian)錯(cuo)和(he)糾(jiu)錯(cuo)的(de)基(ji)本(ben)原(yuan)理(li)。進(jin)行(xing)差(cha)錯(cuo)控(kong)製(zhi)的(de)基(ji)本(ben)思(si)想(xiang)是(shi)在(zai)信(xin)息(xi)碼(ma)組(zu)中(zhong)以(yi)一(yi)定(ding)規(gui)則(ze)加(jia)入(ru)不(bu)同(tong)方(fang)式(shi)的(de)冗(rong)餘(yu)碼(ma)，以(yi)便(bian)在(zai)信(xin)息(xi)讀(du)出(chu)的(de)時(shi)候(hou)依(yi)靠(kao)多(duo)餘(yu)的(de)監(jian)督(du)碼(ma)或(huo)校(xiao)碼(ma)碼(ma)來(lai)發(fa)現(xian)或(huo)自(zi)動(dong)糾(jiu)正(zheng)錯(cuo)誤(wu)。

    針對誤碼發生的特點
，即錯誤發生的隨機性和小概率性
，它幾乎總是隨機地影響某個字節中的某一位（bit），因此，如果能夠設計自動糾正一位錯誤，而檢查兩位錯誤的編碼方式。就可以大大提高係統的可靠性。

 

    在編製程序時我們最好是寫入一些檢測程序來測試RAM和FLASH(ROM)的數據代碼
，看有無發生錯誤，一旦發生要立即糾正，糾正不了的要及時給出錯誤指示
，以便用戶去處理。

    另外，在編製程序時加入程序冗餘是不可缺少的。在一定的地方加入三條或三條以上NOP指令對程序的重組有著很有效防止作用。同時
，在程序的運行狀態中要引入標誌數據和檢測狀態
，從而及時發現和糾正錯誤產生。

 

後記

    總的來說為了提高單片機係統的電磁兼容性，不僅要合理設計PCB板，而且要在電路結構上及軟硬件中采取相應的措施。最後我們還對珠海市長陸工業自動控製係統有限公司在冶金
、混凝土
、糧油飼料
、化工、等行業國內外用戶應用情況進行了廣泛考察

，在作為單片機係統的稱重控製儀表UNI800和TR600係列的設計、製造

、安裝和運行的各個階段，正是通過以上各種抗幹擾手段的運用，並經過形形色色的現場環境模擬及實際工作實驗
，造就了“金剛不壞之軀”
，保證稱重儀表在各種工況下長期穩定、可靠、安全地運行。該公司並因此獲得同類產品中為數不多的由著名認證企業SGS公司簽發的CE認證，由此獲得進入發達國家工業自動化市場的通行證，擁有與世界老牌企業同類產品競爭的利器。 因此我公司決定選用該公司產品
，實際應用證明我們的選擇是正確的
，是西築攪拌設備可靠保證的重要因素之一。