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第一章 可靠性与抗干扰技术概述1

1．1 研究抗干扰技术的重要性1

1．2 可靠性概念2

一、可靠性定义及定量描述2

二、系统的可靠性模型4

1．3 微机测控系统可靠性设计任务与方法12

一、可靠性设计任务12

二、可靠性设计一般方法12

一、电磁兼容性设计及内容15

1．4 电磁兼容性设计及常用术语15

二、电磁兼容性标准16

三、常用名词术语18

1．5 干扰的分类20

一、按噪声产生的原因分类20

二、按噪声传导模式分类20

三、按噪声波形及性质分类21

1．6 干扰的耦合方式22

一、直接耦合方式23

二、公共阻抗耦合方式23

三、电容耦合方式23

五、辐射耦合方式24

四、电磁感应耦合方式24

六、漏电耦合方式25

1．7 单片机测控系统可靠性设计的主要途径25

第二章 常用元件可靠性能与选择27

2．1 元件的失效特性27

一、元件的失效规律27

二、元件的失效形式27

2．2 元件的失效机理28

一、温度影响28

三、电压影响29

四、振动、冲击影响29

二、湿度影响29

2．3 元件的选择与降额设计30

一、元件的选择准则30

二、元件的降额设计30

2．4 电阻器性能比较及应用31

一、电阻器的噪声与频率特性31

二、电阻器的选择32

三、电阻器使用的注意事项34

四、电阻器的型号命名及标称阻值34

2．5 电容器特性及应用35

一、电容器的等效电路35

二、电容器的种类及选用36

四、电容器的型号及容量表示法38

三、电容器使用注意事项38

2．6 数字集成电路特性与型号40

一、噪声容限与抗干扰能力40

二、施密特集成电路的噪声容限42

三、TTL数字集成电路的抗干扰性能43

四、CMOS数字集成电路的抗干扰性能44

五、CMOS电路使用中注意事项46

六、集成门电路系列型号46

2．7 高速CMOS54/74HC系列接口设计48

一、54/74HC系列芯片的特点48

2．8 半导体器件的选择50

二、74HC与TTL接口50

三、74HC与CPU、单片机的接口50

2．9 元器件的装配工艺对可靠性影响51

第三章 硬件抗干扰技术原理与方法52

3．1 无源滤波器52

一、电容滤波器53

二、电感滤波器53

三、RC低通滤波器54

四、LC低通滤波器56

五、低通滤波器的结构选择58

六、低通滤波器的平衡结构与串联形式58

七、双T滤波器60

3．2 有源滤波器61

一、一阶低通有源滤波器62

二、二阶低通有源滤波器62

三、单片集成电路滤波器64

3．3 去耦电路67

一、尖峰电流的形成原理67

二、去耦电容的配置68

3．4 屏蔽技术与双绞线传输69

一、屏蔽的一般原理69

二、双绞线和金属屏蔽线的使用72

一、光电隔离77

3．5 隔离技术77

二、继电器隔离80

三、变压器隔离81

四、布线隔离82

3．6 接地技术83

一、概述83

二、安全接地84

三、工作接地86

四、屏蔽接地87

五、微机测控系统的接地技术88

3．7 反射波干扰及抑制91

一、反射波干扰分析92

二、数字电路中反射干扰的抑制96

3．8 静电放电干扰及其抑制98

3．9 漏电干扰的防止措施100

第四章 主机单元配置与抗干扰技术101

4．1 单片机主机单元组成特点101

一、8051/875l最小应用系统101

二、8031最小应用系统102

三、低功耗单片机最小应用系统102

4．2 总线的可靠性设计106

一、总线驱动器106

二、总线的负载乎衡106

三、总线上拉电阻的配置107

4．3 芯片配置与抗干扰108

一、去耦电容配置108

二、数字输入端的噪声抑制109

三、数字电路不用端的处理110

四、存储器的布线110

4．4 译码电路的可靠性分析111

一、过渡干扰与译码选通112

二、译码方式与抗干扰114

4．5 时钟电路配置115

4．6 复位电路设计115

一、复位电路RC参数的选择115

二、复位电路的可靠性与抗干扰分析116

三、I/O接口芯片的延时复位119

4．7 单片机系统的中断保护问题119

一、MCS-51单片机的中断机构119

二、常用的几种中断保护措施119

4．8 RAM数据掉电保护121

一、数据掉电保护基本电路121

二、采用软件冗余措施122

三、EEPROM的数据保护122

4．9 TL7705构成的掉电保护电路123

一、TL7705工作原理124

二、TL7705的典型应用124

4．10 微处理器监控器MAX690A/MAX692A125

一、工作原理126

二、与单片机接口电路128

4．11 微处理器监控器MAX703～709/813L129

一、组成及功能129

二、典型应用132

4．12 微处理器监控器MAX791133

一、工作原理134

二、MAX791与8031接口136

第五章 测量单元配置与抗干扰技术138

5．1 概述138

一、ADOP-07139

5．2 集成运算放大器139

二、AD517141

5．3 测量放大器及抗干扰分析141

一、测量放大器的工作原理142

二、单片集成测量放大器AD521143

三、单片集成测量放大器AD522145

四、测量放大器的抗共模干扰能力146

五、测量放大器的技术指标及选用147

5．4 具有放大、滤波、激励功能的模块2830/2831147

一、性能特点148

二、引脚与结构框图149

三、使用要点150

四、典型应用154

5．5 隔离放大器155

一、AD210三端隔离放大器155

二、AD290三端隔离放大器156

5．6 电压/电流变换电路158

一、V/I转换电路158

二、集成V/Ⅰ变换器XTR101159

三、集成V/Ⅱ变换器XTR110162

5．7 电流/电压变换电路164

5．8 传感器线性化处理及零点调整165

一、传感器线性化硬件校正电路166

二、传感器线性化软件处理168

三、数字式线性转换172

四、零位误差的校正方法173

5．9 实用线性光电耦合放大器173

5．10 外部噪声源的干扰及其抑制174

5．11 输入信号串模干扰的抑制175

5．12 输入信号共模干扰的抑制176

5．13 仪器仪表的接地噪声178

5．14 集成运放的保护措施179

一、输入端的保护电路179

三、输入电路的屏蔽保护180

二、输出端的保护电路180

5．15 传感器供电电源的配置及抗干扰181

一、传感器供电电源的扰动补偿181

二、单片集成精密电压芯片184

三、A/D转换器芯片提供基准电压185

5．16 提高传感器输出信号综合精度的方法185

一、系统的组成与分析185

二、串联数字校正187

三、校正数字测定188

第六章 D/A、A/D单元配置与抗干扰技术190

6．1 概述190

一、模拟量输入通道的结构190

三、A/D转换中的混叠噪声与量化噪声191

二、模拟量输出通道的结构191

四、D/A、A/D转换器的干扰源193

6．2 D/A转换原理与误差分析195

一、T型电阻D/A转换器及误差分析195

二、典型D/A转换芯片DACl232应用设计举例198

三、DAC加法器及基准电源的精度要求200

四、D/A转换器的尖峰干扰201

6．3 D/A转换器的技术参数和测量202

一、D/A转换器的主要参数202

二、D/A转换器参数的测量方法204

三、DAC精度校准与测试举例207

6．4 A/D转换器的原理与抗干扰性能208

一、逐次比较式ADC原理208

二、余数反馈比较式ADC原理209

三、双积分ADC原理211

四、V/FADC原理212

五、∑—△式ADC原理214

6．5 典型ADC与单片机接口举例218

一、逐次比较式AD574A218

二、余数反馈比较式AD7884221

三、双积分式5G14433226

四、V/F式AD652229

五、∑—△式AD7703234

一、A/D转换器的主要参数240

6．6 A/D转换器的主要参数与测试240

二、A/D转换器参数的测量方法241

三、ADC校准举例243

6．7 采样保持电路与抗干扰措施244

一、采样保持器参数244

二、采样保持器集成芯片AD582245

三、采样保持器的抗干扰措施246

一、CD4051247

二、AD7501247

6．8 多路模拟开关与抗干措施247

三、多路开关配置与抗干扰技术249

6．9 数据采集系统的综合误差计算251

一、设计要求251

二、系统转换时间251

三、系统转换精度252

6．10 A/D、D/A的光电隔离接口技术254

一、概述254

二、8031与D/A的光电接口电路254

6．11 工频干扰及其抑制措施256

一、干扰信号分析256

二、工频干扰的抑制措施257

6．12 D/A、A/D转换器的电源、接地与布线259

7．1 数字信号负逻辑传输方式260

第七章 数字信号传输通道的抗干扰措施260

7．2 提高数字信号的电压等级261

7．3 数字输入信号的RC阻容滤波261

一、RC滤波原理261

二、RC滤波器的选用262

7．4 提高输入端的门限电压263

7．5 输入开关触点抖动干扰的抑制方法264

一、软件延时法264

二、在触点两端并联RC元件265

三、利用整形电路消除抖动影响265

一、线间串扰分析266

7．6 信号线间串扰及其抑制266

二、线间串扰的抑制270

7．7 信号线的选择271

一、信号线型式的选择271

二、信号线截面的选择272

三、单股导线的阻抗分析272

7．8 信号线的敷设273

第八章 功率接口与抗干扰技术275

8．1 输出控制功率接口电路275

一、继电器输出驱动接口275

三、光电耦合器一晶闸管输出驱动电路276

二、继电器一接触器输出驱动电路276

四、脉冲变压器一晶闸管输出电路277

8．2 感生负载电路噪声抑制278

一、抑制直流感性负载瞬变噪声的方法278

二、抑制交流感性负载瞬变噪声的方法281

三、利用晶闸管抑制感性负载的瞬变噪声284

8．3 晶闸管变流装置的干扰和抑制措施285

一、晶闸管变流装置电气干扰分析285

二、晶闸管变流装置的抗干扰措施286

一、利用集成运放或比较器产生过零脉冲288

二、直接从单相电网取出过零脉冲288

8．4 晶闸管过零触发的几种方式288

三、直接从三相电网取出过零脉冲289

8．5 光控晶闸管输出光耦合器289

一、GD-L光控耦合器特性290

二、典型应用291

8．6 固态继电器原理及应用292

一、固态继电器的原理和结构292

二、固态继电器的主要性能特点294

三、SSR应用图例295

四、使用固态继电器注意事项295

第九章 键盘/显示单元配置与抗干扰技术297

9．1 键盘接口抗干扰问题297

9．2 LED显示器的构造与特点299

一、LED静态显示接口及抗干扰300

9．3 LED显示接口及抗干扰措施300

二、LED动态显示接口及抗干扰304

9．4 液晶显示器的构造与特点306

一、液晶显示器的基本结构及工作原理306

二、液晶显示器的特点308

三、液晶显示器主要参数308

9．5 液晶显示器的驱动方式与接口308

一、静态驱动方式与接口实例309

二、动态驱动方式与接口实例311

一、LCD使用中异常现象及注意事项319

9．6 LCD注意事项及同LED比较319

二、LCD与LED的比较320

第十章 电源的干扰与抑制321

10．1 电源干扰类型及耦合途径321

一、电源干扰的类型321

二、电源干扰的耦合途径321

三、电源抗干扰的基本方法322

10．2 交流稳压器323

10．3 压敏电阻器原理及应用324

一、ZnO压敏电阻的电气参数325

二、ZnO压敏电阻器的型号326

三、压敏电阻的选择327

四、压敏电阻的接线方式329

五、压敏电阻器的使用注意事项329

10．4 瞬变电压抑制器TVS特性及应用330

一、TVS的特性及主要参数330

二、TVS的选用原则331

三、TVS的典型应用331

四、TVS与压敏电阻的比较331

10．5 交流电源滤波器333

四、双绕组扼流圈的应用334

三、多级电源滤波器334

二、电感电容滤波器334

一、电容滤波器334

五、安装滤波器的注意事项335

10．6 电源变压器的屏蔽与隔离335

10．7 交流电源的供电抗干扰方案337

一、交流电源配电方式337

二、交流电源抗干扰综合方案337

10．8 供电直流侧抑制干扰措施338

一、整流电路的高频滤波338

二、串联型直流稳压电源配置与抗干扰339

三、集成稳压器使用中的保护340

四、集成稳压电源的分散与附加配置341

一、开关噪声的分类342

10．9 开关电源干扰的抑制措施342

二、开关电源噪声的抑制措施343

10．10 微机用不间断电源UPS344

第十一章 软件抗干扰原理与方法347

11．1 概述347

一、测控系统软件的基本要求347

二、软件抗干扰的一般方法347

11．2 指令冗余技术348

二、重要指令冗余349

11．3 软件陷阱技术349

一、NOP的使用349

二、软件陷阱的安排350

11．4 “看门狗”技术353

一、硬件“看门狗”电路353

二、软件“看门狗”技术355

三、软硬件结合的“看门狗”技术357

11．5 故障自动恢复处理程序359

一、上电标志设定360

二、RAM中数据冗余保护与纠错362

三、软件复位与中断激活标志363

四、程序失控后恢复运行的方法363

11．6 数字滤波364

二、中位值滤波法365

一、程序判断滤波法365

三、算术平均滤波法367

四、递推平均滤波法368

五、防脉冲干扰平均值滤波法369

六、一阶滞后滤波法371

11．7 干扰避开法372

11．8 开关量输入/输出软件抗干扰设计374

一、开关量输入软件抗干扰措施374

二、开关量输出软件抗干扰措施374

11．9 编写软件的其他注意事项375

12．1 印制板导线的特性阻抗376

第十二章 印刷电路板抗干扰措施376

12．2 抑制电源线和地线阻抗噪声377

一、地线设计377

二、配置去耦电容方法378

三、电源线的布置379

12．3 高速电路的导线条形状和布局381

12．4 印制板辐射噪声及其抑制381

12．5 印制板电路的布线方式382

一、印制板的布线原则382

二、微机自动布线注意问题383

12．6 印制板的尺寸和器件布置383

12．7 印制板的安装方法和板间配线384

参考文献385