第14章思考题及习题14参考答案 一、填空 1.环境对单片机控制系统的干扰一般都是以 形式进入系统的，干扰窜入单片机系统 的渠道主要有三条，分别是 和 答：脉冲，空间干扰，供电系统干扰，过程通道干扰 2.在每块印刷版的电源与地之间并接 。 即 的电解电容和一个 的电 容，以消除与中的 所造成的干扰。 答：退耦电容，5~10F,0.01~1.0F,直流电源，地线，脉冲电流 3.采用可以将单片机与前向、后向以及其他部分切断电路的联系，能有效地防止干扰 从 进入单片机。 答：光电耦合器，过程通道 4.光电耦合的主要优点是能有效抑制以及各种 ,从而使过程通道上的 大 大提高。 答：尖峰脉冲，噪声干扰，信噪比 5.常见的软件滤波中的算术平均滤波法：一般适用于具有 的信号的滤波；滑动平均 滤波法：对 有良好的抑制作用，但对偶然出现的 的抑制作用差：中位值滤波法： 能有效地克服因 的波动干扰。对 等变化缓慢的被测参数能收到良好的 滤波效果。但对 等快速变化的参数一般不宜采用此法：去极值平均值滤波法 对消除由于 而引起的误差较为有效。 答：随机干扰，周期性干扰，脉冲性干扰，偶然因素引起，温度，液位，流量，速度，脉冲 干扰 6.绘制印刷线路板时，所有线路尽量沿 铺设，尽量避免沿 铺设。 答：直流地，交流地 二、判断对错 1.不要在印制板中留下无用的空白铜箔层，因为它们可以充当发射天线或接收天线，可把就 近它们接地。对 2.双面布线的印制板，应使双面的线条尽量平行，以减少磁场耦合，有利于抑制干扰。错 3.电源线布线除了尽量加粗导体宽度外，采取使电源线、地线的走向与数据传递的方向一致， 将有助于增强抗噪声能力。对
第 14 章 思考题及习题 14 参考答案 一、填空 1．环境对单片机控制系统的干扰一般都是以 形式进入系统的，干扰窜入单片机系统 的渠道主要有三条，分别是 ， 和 。 答：脉冲，空间干扰，供电系统干扰，过程通道干扰 2．在每块印刷版的电源与地之间并接 。即 的电解电容和一个 的电 容，以消除 与 中的 所造成的干扰。 答：退耦电容，5～10µF，0.01～1.0µF，直流电源，地线，脉冲电流 3．采用 可以将单片机与前向、后向以及其他部分切断电路的联系，能有效地防止干扰 从 进入单片机。 答：光电耦合器，过程通道 4．光电耦合的主要优点是能有效抑制 以及各种 ，从而使过程通道上的 大 大提高。 答：尖峰脉冲，噪声干扰，信噪比 5．常见的软件滤波中的算术平均滤波法：一般适用于具有 的信号的滤波；滑动平均 滤波法：对 有良好的抑制作用，但对偶然出现的 的抑制作用差；中位值滤波法： 能有效地克服因 的波动干扰。对 、 等变化缓慢的被测参数能收到良好的 滤波效果。但对 、 等快速变化的参数一般不宜采用此法；去极值平均值滤波法 对消除由于 而引起的误差较为有效。 答：随机干扰，周期性干扰，脉冲性干扰，偶然因素引起，温度，液位，流量，速度，脉冲 干扰 6．绘制印刷线路板时，所有线路尽量沿 铺设，尽量避免沿 铺设。 答：直流地，交流地 二、判断对错 1．不要在印制板中留下无用的空白铜箔层，因为它们可以充当发射天线或接收天线，可把就 近它们接地。对 2．双面布线的印制板，应使双面的线条尽量平行，以减少磁场耦合，有利于抑制干扰。错 3．电源线布线除了尽量加粗导体宽度外，采取使电源线、地线的走向与数据传递的方向一致， 将有助于增强抗噪声能力。对
4.指令冗余措施可以减少程序乱飞的次数，使其很快纳入程序轨道，可保证程序在失控期间 不干坏事，保证程序纳入正常轨道。错 三、简答 1.为什么要在每块的电源与地之间并接退耦电容？加几个退耦电容？电容量选多大为适宜？ 答：在每块印刷电路板的电源输入端跨接的电容应为一个10~100μF的大容量电解电容（如 体积允许，电容量大一些更好)和一个0.010.1μF的非电解电容。用于去除干扰中的高频 干扰和低频干扰，并接大电容为了去掉低频干扰成分，并接小电容为了去掉高频干扰部分。 2.在单片机应用系统中，应在什么位置进行光电隔离？ 答：消除或减弱过程通道的干扰主要采用光电隔离技术。所谓光电隔离是采用光电耦合器可 以将单片机与前向、后向以及其他部分切断电路的联系，能有效地防止干扰从过程通道进入 单片机（见图14-3）。 3.具有较大电感量的元件或设备，诸如继电器、电动机、电磁阀等，在其断电时，应采用什 么措施来抑制其反电势？ 答：对于单片机应用系统中的具有较大电感量的元件或设备，诸如继电器、电动机、电磁阀 等。当电感回路的电流被切断时，会产生很大的反电势而形成噪声干扰。这种反电势甚至可 能击穿电路中晶体管之类的器件，反电势形成的噪声干扰能产生电磁场，对单片机应用系统 中的其它电路产生干扰。如果通过电感线圈的是直流电流，可采用如下措施加以抑制： (1)可在线圈两端并联二极管和稳压管，如图14-10(a)所示。在稳定工作时，并联支路 被二极管D阻断而不起作用：当三极管T由通道变为截止时，在电感线圈两端产生反电势。 此电势可在并联支路中流通，因此e的幅值被限制在稳压管Dz的工作电压范围之内，并被很 快消耗掉，从而抑制了反电势的干扰。使用时Dz的工作电压应选择得比外加电源高些。 如果把稳压管换为电阻，同样可以达到抑制反电势的目的，如图14-10(b)所示，因此 也适用于直流驱动线圈的电路。在这个电路中，电阻的阻值范围可以从几欧姆到几十欧姆。 阻值太小，反电势衰减得慢：而阻值太大又会增大反电势的幅值。 (2)反电势抑制电路也可由电阻和电容组成，如图14-11所示。适当选择R、C参数，也能 获得较好的耗能效果。这种电路不仅适用于交流驱动的线圈，也适用于直流驱动的线圈。 (3)反电势抑制电路不但可以接在线圈的两端，也可以接在开关的两端，例如继电器，接触 器等部件在操作时，开关会产生较大的火花，必须利用RC电路加以吸收，如图图14-12所示， 一般R取12K,C取2.24.7μF
4．指令冗余措施可以减少程序乱飞的次数，使其很快纳入程序轨道，可保证程序在失控期间 不干坏事，保证程序纳入正常轨道。错 三、简答 1．为什么要在每块的电源与地之间并接退耦电容?加几个退耦电容? 电容量选多大为适宜? 答：在每块印刷电路板的电源输入端跨接的电容应为一个 10～100μF 的大容量电解电容（如 体积允许，电容量大一些更好）和一个 0.01～0.1μF 的非电解电容。用于去除干扰中的高频 干扰和低频干扰，并接大电容为了去掉低频干扰成分，并接小电容为了去掉高频干扰部分。 2．在单片机应用系统中，应在什么位置进行光电隔离? 答：消除或减弱过程通道的干扰主要采用光电隔离技术。所谓光电隔离是采用光电耦合器可 以将单片机与前向、后向以及其他部分切断电路的联系，能有效地防止干扰从过程通道进入 单片机（见图 14-3）。 3．具有较大电感量的元件或设备，诸如继电器、电动机、电磁阀等, 在其断电时，应采用什 么措施来抑制其反电势? 答：对于单片机应用系统中的具有较大电感量的元件或设备，诸如继电器、电动机、电磁阀 等。当电感回路的电流被切断时，会产生很大的反电势而形成噪声干扰。这种反电势甚至可 能击穿电路中晶体管之类的器件，反电势形成的噪声干扰能产生电磁场，对单片机应用系统 中的其它电路产生干扰。如果通过电感线圈的是直流电流，可采用如下措施加以抑制： （1）可在线圈两端并联二极管和稳压管，如图 14-10 (a) 所示。在稳定工作时，并联支路 被二极管 D 阻断而不起作用；当三极管 T 由通道变为截止时，在电感线圈两端产生反电势 e。 此电势可在并联支路中流通，因此 e 的幅值被限制在稳压管 DZ的工作电压范围之内，并被很 快消耗掉,从而抑制了反电势的干扰。使用时 DZ的工作电压应选择得比外加电源高些。 如果把稳压管换为电阻，同样可以达到抑制反电势的目的，如图 14-10（b）所示，因此 也适用于直流驱动线圈的电路。在这个电路中，电阻的阻值范围可以从几欧姆到几十欧姆。 阻值太小，反电势衰减得慢；而阻值太大又会增大反电势的幅值。 （2）反电势抑制电路也可由电阻和电容组成，如图 14-11 所示。适当选择 R、C 参数，也能 获得较好的耗能效果。这种电路不仅适用于交流驱动的线圈，也适用于直流驱动的线圈。 （3）反电势抑制电路不但可以接在线圈的两端，也可以接在开关的两端，例如继电器，接触 器等部件在操作时，开关会产生较大的火花，必须利用 RC 电路加以吸收，如图图 14-12 所示， 一般 R 取 1～2KΩ，C 取 2.2～4.7μF
4.为什么要将所有的单片机应用系统中的模拟地和数字地分别相连，然后仅在一点上相连接？ 答：数字地通常有很大的噪声而且电平的跳跃会造成很大的电流尖峰，对模拟地有较大的影 响，会引起模拟电路产生误差。所以正确的接法是，必须将所有的模拟地和数字地分别相连， 然后模拟（公共）地与数字（公共）地仅在一点上相连接，且地线应尽量加粗，见图14-9。 在ADC和DAC电路中，尤其要注意地线的正确连接，否则会引起ADC和DAC转换结果的 误差。由于ADC、DAC芯片都提供了相应独立的模拟地和数字地引脚，一定要把模拟地引脚和 数字地引脚尽可能短的相连。然后再与模拟地尽可能短的连接。 5.如何在单片机应用系统中实现电源去耦和集成芯片去耦？ 答：（1)电源去耦 己在简答的1题中介绍，就是在印刷电路板的电源输入端跨接退耦电容。跨接的电容应 为一个10~100μF的大容量电解电容（如体积允许，电容量大一些更好）和一个0.01~0.1μF 的非电解电容。 (2)集成芯片去耦 每个集成芯片都应安置一个0.01μF的瓷片去耦电容，去耦电容必须安装在本集成芯片 的Vcc和GND线之间，否则便失去了抗干扰作用。如遇到印刷电路板空隙小装不下时，可每 4~10个芯片安置一个1~10μF高频阻抗特别小的钽电容器。对于抗噪声能力弱，关断电流 大的器件和ROM、RAM存储器，应在芯片的电源线Vcc和地线(GND)间接入去耦的瓷片电容。 6.为什么在印制版的设计中，不要在印制板中留下无用的空白铜箔层，走线不要有分支？ 答：(1)在印制板中留下无用的空白铜箔层，可充当发射天线或接收天线，可把就近它们接 地。(2)走线不要有分支，可避免在线路条在传输高频信号导致反射干扰或发生谐波干扰。 7.什么是指令冗余、软件陷阱？ 答：(1)指令冗余：当单片机系统受干扰时，程序可能会产生“乱飞”。当乱飞到某双字节指 令，若取指令时刻落在操作数上，误将操作数当作操作码，程序有可能出错。若乱飞到三字 节指令，出错概率更大，这时可在双字节指令和三字节指令后插入两个字节以上的NOP指令， 可保护其后的指令不被拆散，这称为指令冗余。 (2)软件陷阱：就是一条引导指令“LJMP ERP”,强行将乱飞的程序引向一个指定的地址入 口标号“ERP”,在那里有一段专门对程序出错进行处理的程序。为加强其捕捉效果，一般还 在它前面加两条NOP指令
4．为什么要将所有的单片机应用系统中的模拟地和数字地分别相连，然后仅在一点上相连接? 答：数字地通常有很大的噪声而且电平的跳跃会造成很大的电流尖峰，对模拟地有较大的影 响，会引起模拟电路产生误差。所以正确的接法是，必须将所有的模拟地和数字地分别相连， 然后模拟（公共）地与数字（公共）地仅在一点上相连接，且地线应尽量加粗，见图 14-9。 在 ADC 和 DAC 电路中，尤其要注意地线的正确连接，否则会引起 ADC 和 DAC 转换结果的 误差。由于 ADC、DAC 芯片都提供了相应独立的模拟地和数字地引脚，一定要把模拟地引脚和 数字地引脚尽可能短的相连。然后再与模拟地尽可能短的连接。 5．如何在单片机应用系统中实现电源去耦和集成芯片去耦? 答：（1）电源去耦 已在简答的 1 题中介绍，就是在印刷电路板的电源输入端跨接退耦电容。跨接的电容应 为一个 10～100μF 的大容量电解电容（如体积允许，电容量大一些更好）和一个 0.01～0.1μF 的非电解电容。 （2）集成芯片去耦 每个集成芯片都应安置一个 0.01μF 的瓷片去耦电容，去耦电容必须安装在本集成芯片 的 Vcc 和 GND 线之间，否则便失去了抗干扰作用。 如遇到印刷电路板空隙小装不下时，可每 4～10 个芯片安置一个 1～10μF 高频阻抗特别小的钽电容器。对于抗噪声能力弱，关断电流 大的器件和 ROM、RAM 存储器，应在芯片的电源线 Vcc 和地线（GND）间接入去耦的瓷片电容。 6．为什么在印制版的设计中, 不要在印制板中留下无用的空白铜箔层，走线不要有分支? 答：（1）在印制板中留下无用的空白铜箔层，可充当发射天线或接收天线，可把就近它们接 地。（2）走线不要有分支，可避免在线路条在传输高频信号导致反射干扰或发生谐波干扰。 7．什么是指令冗余、软件陷阱? 答：（1）指令冗余：当单片机系统受干扰时，程序可能会产生“乱飞”。当乱飞到某双字节指 令，若取指令时刻落在操作数上，误将操作数当作操作码，程序有可能出错。若乱飞到三字 节指令，出错概率更大，这时可在双字节指令和三字节指令后插入两个字节以上的 NOP 指令， 可保护其后的指令不被拆散，这称为指令冗余。 （2）软件陷阱：就是一条引导指令“LJMP ERP”，强行将乱飞的程序引向一个指定的地址入 口标号“ERP”，在那里有一段专门对程序出错进行处理的程序。为加强其捕捉效果，一般还 在它前面加两条 NOP 指令