单片机系统实用抗干扰技术 (2008 年度畅销榜NO.7004 )

本书从单片机系统电磁兼容角度阐述了各种抗干扰技术，内容丰富，既有必要的理论论述，又有实用的抗干扰应用技术。\r\n\r\n 全书共9章。第1章主要从电磁兼容角度介绍了一些电磁兼容的基本概念和单片机系统电磁兼容设计的内容与目的。第2章详细阐述了元器件的选用和装配工艺。第3~6章从印刷电路板电磁兼容性设计、电源电路的抗干扰设计以及主机系统和各种通道的接口电路抗干扰措施等几个主要方面全面系统地介绍了单片机测控系统的各种抗干扰技术，并给出了运用各种抗干扰技术的典型实例和实例分析。第7章着重介绍了单片机测控系统的抗电磁辐射干扰的屏蔽技术。第8章介绍了软件抗干扰技术。第9章从故障诊断和排除的角度介绍了单片机测控系统的电磁兼容测试和一些电磁兼容新材料新技术的应用。本书结构编排合理，运用大量的实例来阐述单片机测控系统的抗干扰应用技术，内容丰富、覆盖范围广、系统性好、实用性强。\r\n\r\n 本书是单片机开发、应用科技人员有益的参考书，也可供一般工程技术人员、大专院校师生和广大电子爱好者的阅读。 \r\n
\r\n

第1章 概述　1 \r\n\r\n 1.1　电磁兼容（EMC）的基础知识　1 \r\n\r\n 1.1.1　EMI/EMC名词和术语　1 \r\n\r\n 1.1.2 EMC的标准　4 \r\n\r\n 1.2　电磁干扰的形成因素　5 \r\n\r\n 1.3　干扰的分类　6 \r\n\r\n 1.4 电磁干扰的耦合途径　8 \r\n\r\n 1.4.1 传导耦合　9 \r\n\r\n 1.4.2　共阻抗耦合　9 \r\n\r\n 1.4.3　感应耦合　11 \r\n\r\n 1.4.4　辐射耦合　12 \r\n\r\n 1.5　单片机系统抗干扰设计综述　13 \r\n\r\n 1.5.1　研究单片机电磁兼容性的重要性　13 \r\n\r\n 1.5.2　单片机系统电磁兼容性的特殊性　13 \r\n\r\n 1.5.3　单片机系统电磁兼容性设计的费用　15 \r\n\r\n 1.5.4　单片机系统抗干扰的主要途径　16 \r\n\r\n 1.5.5　单片机系统电磁兼容性问题的新动向　18 \r\n\r\n 第2章 电子元器件的选用和装配工艺　20 \r\n\r\n 2.1 可靠性与失效　20 \r\n\r\n 2.1.1 可靠性概述　20 \r\n\r\n 2.1.2　有关失效的基本概念　21 \r\n\r\n 2.1.3　电子元器件的失效规律　21 \r\n\r\n 2.2　电子元器件失效机理　22 \r\n\r\n 2.3　电子元器件的选用　24 \r\n\r\n 2.3.1　电子元器件选用准则　24 \r\n\r\n 2.3.2　半导体集成电路的选择和应用　25 \r\n\r\n 2.3.3　半导体分立器件的选择和应用　28 \r\n\r\n 2.3.4　电阻器选择和应用　33 \r\n\r\n 2.3.5　电容器选择和应用　37 \r\n\r\n 2.3.6　其他电子元器件的选用　43 \r\n\r\n 2.4　电子元器件的装配　44 \r\n\r\n 2.4.1　元器件引线的预处理　44 \r\n\r\n 2.4.2　在印制电路板上安装器件　46 \r\n\r\n 2.4.3　焊接　48 \r\n\r\n 2.4.4　器件在整机系统中的布局　50 \r\n\r\n 第3章 印制电路板（PCB）抗干扰技术　51 \r\n\r\n 3.1　印制电路板布线基础　51 \r\n\r\n 3.1.1　多层板设计　52 \r\n\r\n 3.1.2　20-H原则　59 \r\n\r\n 3.1.3　接地与信号回路　60 \r\n\r\n 3.1.4 镜像平面　64 \r\n\r\n 3.1.5　布局　66 \r\n\r\n 3.1.6　逻辑器件　67 \r\n\r\n 3.2　旁路与去耦技术　69 \r\n\r\n 3.2.1　谐振　69 \r\n\r\n 3.2.2 电容物理特征　71 \r\n\r\n 3.2.3　电容值选取　73 \r\n\r\n 3.2.4　并联电容器　74 \r\n\r\n 3.2.5　电源层与地线层的电容量　75 \r\n\r\n 3.2.6　去耦电容的放置　77 \r\n\r\n 3.3　时钟电路　78 \r\n\r\n 3.3.1　布局　78 \r\n\r\n 3.3.2　局部地线层　79 \r\n\r\n 3.3.3　阻抗控制　80 \r\n\r\n 3.3.4　传播延迟　83 \r\n\r\n 3.3.5　容性负载　83 \r\n\r\n 3.3.6　去耦措施　85 \r\n\r\n 3.3.7　迹线长度　85 \r\n\r\n 3.3.8　反射现象与阻抗匹配　86 \r\n\r\n 3.3.9　计算去耦电容值　89 \r\n\r\n 3.3.10　迹线分隔和3-W原则　91 \r\n\r\n 3.4　互连与输入输出（I/O）接口　92 \r\n\r\n 3.4.1　布局　93 \r\n\r\n 3.4.2　隔离和分区　94 \r\n\r\n 3.4.3　滤波与接地　98 \r\n\r\n 3.4.4　保险　100 \r\n\r\n 3.5　静电放电（ESD）保护　101 \r\n\r\n 3.6　热设计　106 \r\n\r\n 第4章 电源的抗干扰技术　108 \r\n\r\n 4.1 电源系统概述　108 \r\n\r\n 4.1.1 电源系统的组成　108 \r\n\r\n 4.1.2　电源系统的干扰来源　109 \r\n\r\n 4.2 电源系统的一般抗干扰技术　112 \r\n\r\n 4.2.1　供电策略　112 \r\n\r\n 4.2.2　电源接地技术　113 \r\n\r\n 4.2.3　电源滤波技术　114 \r\n\r\n 4.2.4　电源系统的隔离技术　117 \r\n\r\n 4.2.5　稳压器的使用　119 \r\n\r\n 4.2.6　瞬态干扰的抑制　121 \r\n\r\n 4.3　开关电源的抗干扰技术　128 \r\n\r\n 4.3.1　开关电源的工作原理　129 \r\n\r\n 4.3.2　开关电源的主要干扰　129 \r\n\r\n 4.3.3　开关电源的抗干扰技术　131 \r\n\r\n 4.4　电源系统的异常保护法抗干扰　135 \r\n\r\n 4.4.1　不间断电源UPS的应用　135 \r\n\r\n 4.4.2 软硬件结合的电源异常保护　136 \r\n\r\n 第5章　主机系统的抗干扰设计　139 \r\n\r\n 5.1　80C51系列单片机介绍　139 \r\n\r\n 5.1.1 80C51系列单片机的兼容性　139 \r\n\r\n 5.1.2 80C51引脚功能描述　141 \r\n\r\n 5.1.3 80C51系列单片机的选型　142 \r\n\r\n 5.1.4 单片机系统的扩展技术　144 \r\n\r\n 5.2 单片机最小系统的构成　146 \r\n\r\n 5.2.1 总线型总线应用的最小系统结构　146 \r\n\r\n 5.2.2 总线型非总线应用的最小系统结构　147 \r\n\r\n 5.2.3 非总线型单片机的最小系统结构　147 \r\n\r\n 5.3 80C51时钟系统设计　148 \r\n\r\n 5.3.1 片内振荡器与外部谐振电路　148 \r\n\r\n 5.3.2 80C51单片机的空闲. 掉电工作方式　150 \r\n\r\n 5.4 复位电路设计　154 \r\n\r\n 5.4.1 单片机的复位状态　154 \r\n\r\n 5.4.2 几种复位电路设计　154 \r\n\r\n 5.4.3 复位电路的抗干扰设计　158 \r\n\r\n 5.4.4 系统监控器MAX703～709/813L　159 \r\n\r\n 5.5 总线的抗干扰设计　163 \r\n\r\n 5.5.1 控制器接口的抗干扰措施　163 \r\n\r\n 5.5.2 存储器部分噪声的抑制　165 \r\n\r\n 5.6 系统装配的抗干扰设计　166 \r\n\r\n 5.6.1 总体安排原则　166 \r\n\r\n 5.6.2 系统连接线注意事项　166 \r\n\r\n 5.6.3 系统防辐射措施　167 \r\n\r\n 第6章　接口电路抗干扰设计　169 \r\n\r\n 6.1 概述　169 \r\n\r\n 6.2 前向通道抗干扰技术　170 \r\n\r\n 6.2.1 前向通道的内容与结构特点　170 \r\n\r\n 6.2.2 前向通道设计中应考虑的问题　173 \r\n\r\n 6.2.3 前向通道芯片的发展方向　176 \r\n\r\n 6.2.4 集成运算放大器的抗干扰设计　177 \r\n\r\n 6.2.5 运放电路抗干扰装配工艺　181 \r\n\r\n 6.2.6　微小电压放大抗干扰措施　183 \r\n\r\n 6.2.7　A/D转换电路抗干扰设计　187 \r\n\r\n 6.2.8 多路开关及其抗干扰设计　199 \r\n\r\n 6.2.9 采样保持器　204 \r\n\r\n 6.2.10 隔离放大器　205 \r\n\r\n 6.2.11 V/F变换器　208 \r\n\r\n 6.2.12 V/I转换电路　212 \r\n\r\n 6.3 后向通道及抗干扰设计　214 \r\n\r\n 6.3.1 后向通道概述　214 \r\n\r\n 6.3.2　开关量输出接口设计　215 \r\n\r\n 6.3.3　D/A接口及其抗干扰设计　234 \r\n\r\n 6.3.4　典型应用实例　239 \r\n\r\n 6.4 人机通道的抗干扰技术　243 \r\n\r\n 6.4.1　单片机应用系统中的人机通道　243 \r\n\r\n 6.4.2　按键. 键盘接口的抗干扰设计　244 \r\n\r\n 6.4.3　显示及显示器接口的抗干扰技术　251 \r\n\r\n 6.4.4　打印机接口抗干扰技术　264 \r\n\r\n 6.5　相互通道的抗干扰技术　266 \r\n\r\n 6.5.1　单片机应用系统中的相互通道　267 \r\n\r\n 6.5.2　串行通信及其抗干扰　269 \r\n\r\n 6.5.3 并行通信实例及其抗干扰　289 \r\n\r\n 第7章 屏蔽技术　295 \r\n\r\n 7.1 屏蔽原理　295 \r\n\r\n 7.1.1 静电屏蔽原理　295 \r\n\r\n 7.1.2 电磁屏蔽原理　296 \r\n\r\n 7.2　元器件的屏蔽　299 \r\n\r\n 7.2.1 电感器件的屏蔽　299 \r\n\r\n 7.2.2 传感器和放大器的屏蔽　301 \r\n\r\n 7.3 机箱的屏蔽措施　302 \r\n\r\n 7.3.1　孔洞的屏蔽措施　302 \r\n\r\n 7.3.2　缝隙的屏蔽措施　305 \r\n\r\n 7.4　电缆辐射及其抑制　307 \r\n\r\n 7.4.1　电缆的天线效应　307 \r\n\r\n 7.4.2　电缆的屏蔽　307 \r\n\r\n 7.4.3　电缆屏蔽层的类型　308 \r\n\r\n 7.4.4 屏蔽层的端接方式　309 \r\n\r\n 7.4.5 连接器的屏蔽　310 \r\n\r\n 7.4.6 屏蔽电缆的接地技术　312 \r\n\r\n 7.4.7　滤波器的应用　318 \r\n\r\n 第8章　软件的抗干扰设计　322 \r\n\r\n 8.1　概述　322 \r\n\r\n 8.1.1　单片机测控系统软件的基本要求　322 \r\n\r\n 8.1.2　软件抗干扰的特点　322 \r\n\r\n 8.1.3　软件抗干扰的前提条件　323 \r\n\r\n 8.1.4　单片机系统抗干扰用到的软件技术　324 \r\n\r\n 8.2　本质可靠性程序设计　324 \r\n\r\n 8.2.1　最大限度的减少程序错误和缺陷　325 \r\n\r\n 8.2.2　足够的时序裕度　325 \r\n\r\n 8.3　数字量I/O通道中的软件抗干扰　326 \r\n\r\n 8.3.1　数字量输入软件抗干扰方法　326 \r\n\r\n 8.3.2　数字量输出软件抗干扰注意事项　328 \r\n\r\n 8.4　软件执行过程中的抗干扰设计技术　329 \r\n\r\n 8.4.1　指令冗余技术　329 \r\n\r\n 8.4.2　软件陷阱技术　330 \r\n\r\n 8.4.3　陷阱标志技术　333 \r\n\r\n 8.4.4　程序监视定时器　333 \r\n\r\n 8.5　程序运行中的数据保护　336 \r\n\r\n 8.5.1　单片机的中断保护　336 \r\n\r\n 8.5.2　系统的数据保护　338 \r\n\r\n 8.6　故障的恢复处理　343 \r\n\r\n 8.6.1　上电方式辨别　343 \r\n\r\n 8.6.2　系统的复位处理　344 \r\n\r\n 8.6.3　RAM数据的备份与纠错　345 \r\n\r\n 8.6.4　程序失控后系统信息的恢复　346 \r\n\r\n 8.7　软件容错技术　348 \r\n\r\n 8.7.1　时间冗余　348 \r\n\r\n 8.7.2 信息冗余　348 \r\n\r\n 8.8　数字滤波技术　352 \r\n\r\n 8.8.1　数字滤波器的特点　353 \r\n\r\n 8.8.2　数字滤波器原理　353 \r\n\r\n 8.8.3　数字滤波器的实现　353 \r\n\r\n 8　总结　358 \r\n\r\n 第9章　单片机系统EMC测试及EMC故障排除技术　359 \r\n\r\n 9.1　单片机系统EMC测试　359 \r\n\r\n 9.1.1 测试环境　359 \r\n\r\n 9.1.2 测试设备　361 \r\n\r\n 9.1.3 测量步骤与测量方法　367 \r\n\r\n 9.2　电磁兼容故障排除技术　374 \r\n\r\n 9.2.1 传导型问题的解决　374 \r\n\r\n 9.2.2 电磁兼容的容性解决方案　374 \r\n\r\n 9.2.3　感性. 串联损耗电磁兼容解决方案　378 \r\n\r\n 9.2.4 辐射型问题的解决　382 \r\n\r\n 9.3 电磁兼容性新器件新材料的应用　385 \r\n\r\n 9.3.1　电源线滤波器　385 \r\n\r\n 9.3.2　信号隔离变压器　386 \r\n\r\n 9.3.3　电源隔离变压器. 电源稳压器和不间断电源　386 \r\n\r\n 9.3.4　暂态抑制器　389 \r\n\r\n 9.3.5　搭接. 接地连续性和减少RF阻抗器件　390 \r\n
\r\n

随着电子技术的迅速发展, 电子设备己被广泛地应用于各个领域. 电子设备的广泛应用, 必然导致它们在其周围空间产生的电磁场电平的不断增加, 因此电磁干扰(EMI)和电磁兼容(EMC)问题愈来愈引起人们的重视. 广泛应用于测控领域的单片机测控系统同样也面临电磁干扰和电磁兼容问题, 单片机测控系统的抗干扰能力也愈来愈引起人们的高度重视, 越来越多的抗干扰设计技术也逐渐应用于单片机测控系统的设计. 测试. 制造. 安装. 运行以及故障诊断与故障排除的各个阶段.

本书从单片机系统的电磁兼容角度阐述了各种抗干扰技术, 内容丰富, 既有必要的理论论述, 又有实用详细的抗干扰应用技术.

本书作者长期从事于单片机系统电磁兼容性. 微机测控系统设计等方面的研究工作, 具有扎实的理论知识和丰富的实践经验. 在本书的编写过程中, 作者结合了自己的实践经验, 并大量参考了近年来单片机测控系统应用技术和电磁兼容技术的最新成果, 力求使本书内容实用性强. 系统性好. 涵盖面广. 选材新颖, 以满足当前从事单片机测控系统开发. 应用工程技术人员的需要.

全书共9章. 第1章主要从电磁兼容角度介绍了电磁兼容的基本概念和单片机系统电磁兼容设计的内容与目的. 第2章详细阐述了元器件的选用和装配工艺. 第3~6章分别从印刷电路板电磁兼容性设计. 电源电路的抗干扰设计以及主机系统和各种通道的接口电路抗干扰措施等几个主要方面全面系统地介绍了单片机系统的各种抗干扰技术, 并给出了运用各种抗干扰技术的典型实例和实例分析. 第7章着重介绍了单片机系统的抗电磁辐射干扰的屏蔽技术. 第8章介绍了软件抗干扰技术. 第9章从故障诊断和排除角度介绍了单片机测控系统的电磁兼容测试和一些电磁兼容新材料新技术的应用.

本书主要由刘光斌. 刘冬. 姚志成. 江浩编写完成, 参加本书资料搜集和写作的还有易志虎. 李忠义. 毛端海. 江庆平. 王雪梅. 杨剑. 彭双春. 郭金库. 刘文涛. 方国华等同志. 另外, 对于本书编写过程中参考的有关资料的作者, 表示衷心地感谢.

由于作者水平有限, 加之一些新技术不断涌现, 书中难免存在疏漏与错误之处, 敬请读者批评指正, 不胜感激. 如有问题. 意见. 建议和相关的讨论, 可以通过E-mail和我们联系：quyanlian2@ptpress. com. cn. d_liu_eagle@hotmail. com.

编者

2003年9月