第6章6.6软件抗干扰技术

2023年计算机控制技术第二版（温希东著）课后答案下载2023年计算机控制技术第二版（温希东著）课后答案下载本书全面系统地介绍了计算机控制系统的基本组成和在工业控制中的应用技术，并结合实际深入浅出地介绍了几种典型的控制系统和控制技术。

主要内容包括：计算机控制系统概述、开关量输入/输出通道与人机接口、顺序控制与数字控制、模拟量输入/输出通道、PID调节器的数字化实现、计算机控制系统的抗干扰技术及工业控制微型计算机。

为了帮助读者掌握各部分内容，书中每章后面都附有习题。

本书可作为高职高专院校应用电子技术、自动化、机电一体化、电气工程等专业的计算机控制技术课程的教材，也可作为从事计算机控制工作的工程技术人员的参考书。

计算机控制技术第二版（温希东著）：内容简介点击此处下载计算机控制技术第二版（温希东著）课后答案计算机控制技术第二版（温希东著）：目录第1章计算机控制系统概述 11.1 计算机控制系统的组成 11.1.1 计算机控制系统的硬件组成 31.1.2 计算机控制系统的软件 41.2 工业控制计算机的特点 41.3 微型计算机控制系统的主要结构类型 51.3.1 计算机操作指导控制系统 51.3.2 直接数字控制系统 51.3.3 监督计算机控制系统 61.3.4 集散型控制系统 61.3.5 现场总线控制系统 71.3.6 工业过程计算机集成制造系统 81.4 微型计算机控制系统的发展 91.4.1 计算机控制系统的发展过程 91.4.2 近年来计算机控制系统在我国的发展趋势 9 习题 13第2章开关量输入/输出通道与人机接口 142.1 过程通道的分类 142.2 开关量输入/输出通道 152.2.1 开关量输入/输出通道的一般结构形式 15 2.2.2 开关量输入信号的调理 162.2.3 开关量输出驱动电路 192.2.4 开关量输入/输出通道的设计 21 2.3 人机接口——键盘 222.3.1 非编码键盘 232.3.2 编码键盘 282.4 人机接口——数字显示方法 312.4.1 发光二极管LED显示 312.4.2 LCD显示接口技术 38习题 81第3章顺序控制与数字控制 833.1 顺序控制 833.1.1 顺序控制系统的类型 833.1.2 顺序控制系统的组成 853.1.3 顺序控制系统的应用领域 853.1.4 顺序控制的应用实例 863.2 数字程序控制 883.2.1 数值插补计算方法 883.2.2 逐点比较法直线插补 893.2.3 逐点比较法圆弧插补 943.2.4 步进电机工作原理 993.2.5 步进电机控制系统原理 1013.2.6 步进电机与微型机的接口及程序设计 103 3.2.7 步进电机步数及速度的计算方法 1083.2.8 步进电机的变速控制 109习题 110[1]第4章模拟量输入/输出通道 1124.1 模拟量输入通道 1124.1.1 输入信号的处理 1124.1.2 多路开关 1134.1.3 放大器 1174.1.4 采样保持器(S/H) 1194.1.5 模/数(A/D)转换器及其应用 1204.2 模拟量输出通道 1284.2.1 DAC的工作原理 1284.2.2 多路模拟量输出通道的结构形式 1304.2.3 D/A输出方式 1314.2.4 失电保护和手动/自动无扰动切换 1324.2.5 DAC的主要技术指标 1324.2.6 典型应用例子 133习题 135第5章 PID调节器的数字化实现 1375.1 PID调节器 1385.1.1 PID调节器的优点 1385.1.2 PID调节器的作用 1385.2 数字PID控制器的设计 1415.2.1 PID控制规律的离散化 1425.2.2 PID数字控制器的实现 1435.3 数字PID控制器参数的整定 1455.3.1 采样周期的选择 1455.3.2 PID控制器参数的整定 146习题 150第6章计算机控制系统的抗干扰技术 152 6.1 干扰信号的类型及其传输形式 1526.2 抗干扰技术 1536.2.1 接地技术 1546.2.2 屏蔽技术 1556.2.3 隔离技术 1566.2.4 串模干扰的'抑制 1566.2.5 共模干扰的抑制 1576.2.6 长线传输中的抗干扰问题 157[1] 6.3 电源干扰的抑制 1586.3.1 电源干扰的基本类型 1586.3.2 电源抗干扰的基本方法 1596.4 CPU软件抗干扰技术 1616.4.1 人工复位 1626.4.2 掉电保护 1626.4.3 睡眠抗干扰 1636.4.4 指令冗余 1646.4.5 软件陷阱 1646.4.6 程序运行监视系统(WATCHDOG) 167 6.5 数字信号的软件抗干扰措施 1706.5.1 数字信号的输入方法 1706.5.2 数字信号的输出方法 1716.5.3 数字滤波 172习题 176第7章工业控制微型计算机 1777.1 工业控制计算机的特点 1777.2 总线式工控机的组成结构 1787.3 常用工控总线(STD/VME/IPC工控机) 179 7.3.1 STD总线工控机 1797.3.2 MC6800/MC68000工控机 1797.3.3 IPC总线工控机 1797.4 IPC的主要外部结构形式 1807.4.1 台式IPC 1807.4.2 盘装式IPC 1817.4.3 IPC工作站 1817.4.4 插箱式IPC 1827.4.5 嵌入式IPC 1837.5 IPC总线工控机内部典型构成形式 1847.5.1 工业控制计算机的组成 1847.5.2 工业控制计算机系统的组成 1857.6 IPC总线工业控制计算机常用板卡介绍 186 7.6.1 IPC总线工业控制计算机的概念 1867.6.2 工业控制计算机I/O接口信号板卡 187 习题 192附录 ST7920GB中文字型码表 193参考文献 198。

一、填空1.经常采用的软件抗干扰技术包括：数字滤波技术、数字信号的软件抗干扰技术、指令冗余技术、软件陷阱技术等。

2.采用积分式A/D转换器是抑制串模干扰的方法之一。

3.采用差分放大器作为信号前置放大是抑制串模干扰的方法之一。

4.通常把叠加在被测信号上的干扰信号称为串模干扰。

5.计算机控制系统中，按干扰的作用方式，可分为串模干扰和共模干扰两种，而数字滤波只能抑制串模干扰。

6.采用双绞线作信号引线是为了抑制串模干扰，采用终端匹配是为了抑制长线传输干扰。

二、选择题1、下列抗干扰措施中属于软件抗干扰技术的有（B、E、F），属于硬件抗干扰技术的有（A、C、D）。

A.采用双积分A/D转换器B.采用中位值滤波C.采用光耦滤波D.采用LC滤波E.采用限幅滤波F.重复书写指令G.串行通讯方式三、判断1.下图所示干扰源为共模干扰。

错，串模。

2.如果串模干扰频率比被测信号频率高，则采用输入低通滤波器来抑制高频率串模干扰。

对3.如果串模干扰频率比被测信号频率低，则采用高通滤波器来抑制低频串模干扰。

对4.对于串模干扰主要来自电磁感应的情况下，对被测信号应尽可能早地进行前置放大，从而达到提高回路中的信号噪声比的目的。

对5.下图所示干扰源为共模干扰。

对6.所谓软件陷阱，就是一条引导指令，强行将扑获的程序引向一个指定的地址，在那里有一段专门对程序出错进行处理的程序。

对7.所谓指令冗余，就是在关键地方人为插入一些单字节指令，或将有效单字节指令重复书写，提高弹飞程序纳入正轨的机会。

对四、简答1.干扰的作用途径是什么？答：(1) 静电耦合 (2) 磁场耦合 (3) 公共阻抗耦合2.什么是共模干扰和串模干扰？如何抑制？答：共模干扰：是指系统的两个信号输入端上所共有的干扰电压，也称为共态干扰。

共模干扰主要是由电源的地、放大器的地以及信号源的地之间的传输线上电压降造成得。

抑制共模干扰的方法：变压器隔离；光电隔离；浮地屏蔽等。

串模干扰：指叠加在被测信号上的干扰噪声，它串联在信号源回路中，与被测信号相加输入系统，也称为常态干扰。

详解工控机软件抗干扰技术软件抗干扰技术就是利用软件运行过程中对自己进行自监视，和工控网络中各机器间的互监视，来监督和判断工控机是否出错或失效的一个方法。

这是工控系统抗干扰的最后一道屏障。

1 工控软件的结构特点及干扰途径在不同的工业控制系统中，工控软件虽然完成的功能不同，但就其结构来说，一般具有如下特点：实时性：工业控制系统中有些事件的发生具有随机性，要求工控软件能够及时地处理随机事件。

周期性：工控软件在完成系统的初始化工作后，随之进入主程序循环。

在执行主程序过程中，如有中断申请，则在执行完相应的中断服务程序后，继续主程序循环。

相关性：工控软件由多个任务模块组成，各模块配合工作，相互关联，相互依存。

人为性：工控软件允许操作人员干预系统的运行，调整系统的工作参数。

在理想情况下，工控软件可以正常执行。

但在工业现场环境的干扰下，工控软件的周期性、相关性及实时性受到破坏，程序无法正常执行，导致工业控制系统的失控，其表现是：程序计数器PC值发生变化，破坏了程序的正常运行。

PC值被干扰后的数据是随机的，因此引起程序执行混乱，在PC值的错误引导下，程序执行一系列毫无意义的指令，最后常常进入一个毫无意义的“死循环”中，使系统失去控制。

入/输出接口状态受到干扰，破坏了工控软件的相关性和周期性，造成系统资源被某个任务模块独占，使系统发生“死锁”。

数据采集误差加大。

干扰侵入系统的前向通道，叠加在信号上，导致数据采集误差加大。

特别是当前向通道的传感器接口是小电压信号输入时，此现象更加严重。

RAM数据区受到干扰发生变化。

根据干扰窜入渠道、受干扰数据性质的不同，系统受损坏的状况不同，有的造成数值误差，有的使控制失灵，有的改变程序状态，有的改变某些部件（如定时器／计数器、串行口等）的工作状态等。

控制状态失灵。

在工业控制系统中，控制状态的输出常常是依据某些条件状态的输入和条件状态的逻辑处理结果而定。

在这些环节中，由于干扰的侵入，会造成条件状态错误，致使输出控制误差加大，甚至控制失常。

软件的一般抗干扰措施是什么随着科技的不断发展，软件在我们的生活中扮演着越来越重要的角色。

然而，软件在运行过程中常常会受到各种干扰，这些干扰可能会导致软件运行出现问题甚至崩溃。

因此，为了保证软件的稳定运行，我们需要采取一系列的抗干扰措施。

本文将介绍软件的一般抗干扰措施是什么，并对其进行详细解析。

首先，软件的一般抗干扰措施包括但不限于以下几点：1. 异常处理，软件在运行过程中可能会出现各种异常情况，比如输入错误、网络中断、硬件故障等。

为了保证软件的稳定运行，我们需要在软件中加入相应的异常处理机制，及时捕获并处理这些异常情况，避免因为异常情况导致软件的崩溃。

2. 数据校验，数据在软件中起着至关重要的作用，因此我们需要对输入的数据进行严格的校验，避免因为恶意输入或者错误输入导致软件的异常运行。

同时，在软件的运行过程中，我们也需要对数据进行定期的校验，确保数据的完整性和正确性。

3. 安全防护，软件在运行过程中可能会受到各种安全威胁，比如病毒攻击、黑客入侵等。

因此，我们需要在软件中加入相应的安全防护机制，保护软件不受到外部的攻击和干扰。

4. 性能优化，软件的性能直接影响着软件的稳定运行，因此我们需要对软件的性能进行优化，提高软件的运行效率和稳定性。

比如，我们可以采用缓存技术、并发编程等方法来提高软件的性能。

5. 系统监控，为了及时发现软件的异常情况，我们需要在软件中加入相应的系统监控机制，实时监控软件的运行状态，及时发现并处理软件的异常情况。

以上就是软件的一般抗干扰措施，下面我们将对这些措施进行详细解析。

首先，异常处理是软件抗干扰的重要手段之一。

在软件的开发过程中，我们需要对可能出现的异常情况进行充分的分析和预测，然后在软件中加入相应的异常处理机制。

比如，我们可以使用try-catch语句来捕获并处理异常情况，保证软件在出现异常情况时能够正常运行。

另外，我们还可以使用日志系统来记录软件的异常情况，方便开发人员及时定位并解决异常问题。

软件抗干扰技术及其在单片机上的应用2008-04-28 21:18软件抗干扰技术及其在单片机上的应用黄鑫，宋洋(中国空空导弹研究院河南洛阳471009)1 引言微机测控系统中，对软件有以下几个方面的基本要求：(1)可维护性：要求尽可能地采用模块化设计，程序流程清晰明了，最大限度地控制使用和调用嵌套次数；(2)可理解性：软件源代码应注意加注提示内容，一般应不少于整个代码行数的60％，使其易于理解和阅读，便于修改和补充；(3)实时性：随着集合度和运算速度的提高，实时性已经成为测试系统对软件的普遍要求，在工程应用软件设计中，采用汇编语言要比采用高级语言更具有实时性；(4)准确性：系统要求在进行大量运算时，要选取合适的算法，以便控制最后结果的精度；(5)可靠性：可靠性是测控软件最重要的指标之一，他要求两方面的内容：一方面是运行参数环境发生变化时(如电压在规定范围内出现较大波动)，软件都能可靠运行并得出正确的结果，也就是软件的自适应性；另一方面是在工作环境恶劣，干扰环境复杂严重的情况下，软件必须保证可靠运行，这对测控软件尤为重要。

为了保证以上两方面的要求，就必须使用多种抗干扰技术。

2软件抗干扰技术及一般方法2．1 简介软件抗干扰技术是当系统受干扰后，使系统恢复正常运行或输入信号受干扰后去伪存真的一种辅助方法。

此技术属于一种被动抗干扰措施，但是由于软件抗干扰设计灵活，节省硬件资源，操作起来方便易行，所以软件抗干扰技术越来越受到人们的重视。

软件抗干扰技术主要研究的方面：(1)采取软件的方法对叠加在模拟输入信号上的噪声进行抑制，以读取真正有用的信息，如数字滤波器；(2)在程序受到干扰"跑飞"的情况下，采取措施使程序回到正常的轨道上来，常见的抗干扰技术有：软件拦截技术(软件陷阱等)；输人口信号重复检测方法；输出口数据刷新；数字滤波；(3)程序具有自检功能。

2．2软件拦截技术2．2．1 NOP指令使用单片机中最容易受到干扰的是内部程序计数器--PC的值，当受到干扰时，PC值被改变，CPU误将程序从正确位置跳转到无意义区域，导致程序运行出错。

浅谈单⽚机控制系统软件抗⼲扰⽅法1. 引⾔虽然硬件抗⼲扰抑制技术已经较为成熟，但是，硬件抗⼲扰技术的针对⾏较强，预见性较差，⽆法屏蔽掉所有⼲扰，且有时成本过⾼。

软件抗⼲扰技术是当系统受⼲扰后，使系统恢复正常运⾏，或输⼊信号受⼲扰后去伪存真的⼀种辅助⽅法。

此技术属于⼀种被动抗⼲扰措施。

软件抗⼲扰技术软件不仅设计灵活、节约硬件资源、成本低、操作起来⽅便易⾏，同时还由于它是⼀种⼲扰过后的补救⼿段，通⽤性强，适⽤于不同的系统抵抗不同的⼲扰。

因此，软件抗⼲扰问题的研究越来越引起⼈们的重视。

2. 软件抗⼲扰⼀般⽅法⼲扰的后果主要表现在两个⽅⾯：⼀是使数据采集误差变⼤。

⼲扰侵⼊单⽚机系统的前向通道叠加在信号上，数据采集误差增⼤，特别是当前向通道的传感器接⼝为⼩电压信号输⼊时，误差会更加明显。

⼆是程序运⾏失常。

主要表现有：控制状态失灵、死机、系统被控对象误操作、被控对象状态不稳定、定时不准和数据发⽣变化等。

2.1 数据采集系统抗⼲扰为了消除实时数据采集系统通道中的⼲扰信号，需对信号滤波。

通过⼀定的算法和程序来减⼩⼲扰信号在有⽤信号中的⽐重，称为软件滤波。

软件滤波有以下特点:不需要增加硬件设备，只需要在程序上考虑，因此有利于降低成本；对于不同的⼲扰源需要不同的滤波措施，有时需要根据现场实际情况测量噪声，随时进⾏滤波算法。

在数据采集系统中常⽤的软件滤波⽅法较多，下⾯介绍⼏种实⽤⽅法:2.1.1 限值滤波法⾸先根据实际经验，在程序中规定输⼊信号幅值的上限Xmax 和下限Xmin，若被测信号Xi 不在此范围内，即Xi动⼯具的⽕花等产⽣的随机⼲扰脉冲。

2.1.2 平均滤波连续取采样n 个值，然后算术平均。

计算公式为，为n 次采样平均值，是第 i 次采样值，n 为采样次数，这种⽅法适合⽤来减少系统的随机⼲扰对采样结果的影响。

2.1.3 递推随机滤波递推随机滤波也是求算术平均值，唯⼀区别是:若要求10ms 取⼀次输⼊值，则平均滤波是在1Oms 内采样n 次，并对这n 次取平均值作为输⼊值，⽽递推平均滤波是lOms 采样⼀次，要得到第i 次输⼊值，则要以第i 次采样为准，要依次向前取n 次采样值来求算术平均值，递推公式为：。

第六章计算机控制系统的抗干扰技术6.1 工业现场的干扰及对系统的影响在对生产过程的计算机控制过程当中，常常会因为各种各样的干扰导致控制不准确或失常。

很多从事计算机控制的人员都会有这样的经历，当他把经过千辛万苦安装和调试好的样机投入工业现场进行运行时，却不能够正常工作。

为什么在实验室调试时就很好，到了现场就不行呢，原因就是在生产现场的工业环境中有强大的干扰，微机系统如果没有采取抗干扰措施，或者措施不力。

（当然，还有其它原因，比如设计本身的不完善导致出错，或者在运输安装过程中对设备有所损坏，接线不正确等，但这类原因可以比较容易发现并迅速改正。

）因此，抗干扰技术对于计算机控制系统来讲是非常重要的。

所谓干扰，就是有用信号以外的噪声或造成计算机设备不能正常工作的破坏因素。

在生产过程中，人们不断的积累各种抗干扰技术，可以分为硬件措施和软件措施。

一个成功的抗干扰系统是硬件和软件相结合构成的。

硬件抗干扰效率高，但要增加系统的投资和设备；软件抗干扰投资低，以CPU的开销为代价的，影响到系统的工作效率和实时性。

6.1.1 干扰的来源微机控制系统所受到的干扰源分为外部干扰和内部干扰。

1 外部干扰外部干扰指那些与系统结构无关，而是由外界环境因素决定的，主要是空间电与磁的影响，环境温度，湿度等气象条件也是外来干扰。

外部干扰的主要来源有：电源电网的波动、大型用电设备(如天车、电炉、大电机、电焊机等)的启停、高压设备和电磁开关的电磁辐射、传输电缆的共模干扰等。

2 内部干扰内部干扰则是由系统结构，制造工艺等决定的。

内部干扰主要有：系统的软件干扰、分布电容或分布电感产生的干扰、多点接地造成的电位差给系统带来的影响等。

长线传输的波反射，多点接地的电位差，元器件产生的噪声也属于内部干扰。

6.1.2 干扰的作用途径1 传导耦合干扰由导线进入电路中称为传导耦合。

电源线、输入输出信号线都是干扰经常窜入的途径。

6.1.3 干扰的作用形式各种干扰信号通过不同的耦合方式进入系统后，按照对系统的作用形式又可分为共模干扰和串模干扰。