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DSP系統(tǒng)抗干擾技術(shù)的研究

DSP系統(tǒng)抗干擾技術(shù)的研究

作者:佚名來源:不詳錄入:jdzj868 更新時間：2009-6-5 9:16:26 點擊數(shù)：2

【字體：

】

摘　要：以TMS320LF2407A為例，介紹現(xiàn)場干擾對它的影響，及硬件和軟件抗干擾技術(shù)的應用。
　　關(guān)鍵詞：抗干擾；看門狗；數(shù)字信號處理器
1　干擾的來源及后果
　　干擾可以沿各種線路侵入DSP系統(tǒng)，也可以以場的形式從空間侵入DSP系統(tǒng)。其主要的渠道有三條，即空間干擾，供電系統(tǒng)干擾，過程通道干擾。
　　干擾對DSP系統(tǒng)的作用可以分為三個部位。第一個部位是輸入系統(tǒng)，干擾疊加在信號上，使數(shù)據(jù)采集誤差增大，特別在前向通道的傳感器接口是小電壓信號輸入時，此現(xiàn)象會更加嚴重。第二個部位是輸出系統(tǒng)，使各輸出信號混亂，不能正常反應DSP系統(tǒng)的真實輸出量，導致一系列嚴重后果。第三個部位是DSP系統(tǒng)的內(nèi)核，使三總線上的數(shù)字信號錯亂，程序運行失常，內(nèi)部程序指針錯亂，控制狀態(tài)失靈，RAM中數(shù)據(jù)被修改；更嚴重的會導致死機，使系統(tǒng)完全崩潰。

2　軟件硬件抗干擾設計
2．1硬件抗干擾設計
　　硬件抗干擾效率高，若硬件措施得當，可以將絕大多數(shù)干擾拒之門外。硬件抗干擾技術(shù)主要有以下幾種：
　�。�1）光電隔離。在輸入輸出通道上通過光耦合器件傳輸信息可將DSP系統(tǒng)與各種傳感器、開關(guān)、執(zhí)行機構(gòu)從電氣上隔離開來，阻擋很大一部分干擾。
　　（2）雙絞線傳輸和終端阻抗匹配。長線傳輸數(shù)字信號時利用雙絞線，對噪聲干擾有較好的抑制效果�？膳c光電耦合器或者平衡輸入接收器和輸出驅(qū)動器聯(lián)合使用。在發(fā)送和接收信號端必須有末端電阻，雙絞線應該阻抗匹配。
　�。�3）硬件濾波。RC低通濾波器可以大大消弱各類高頻干擾信號（如各類“毛刺”干擾）。
　�。�4）良好的接地。有兩種接地：一種是為人身或設備安全目的，把設備的外殼接地，這種接地叫外殼接地或安全接地；另一種是為電路工作提供一個公共的電位參考點，這種接地稱為工作接地。兩種接地系統(tǒng)都要設計合理，同時，系統(tǒng)的數(shù)字地與模擬地要分開。
　�。�5）屏蔽。高頻電源、交流電源、強電設備、電弧產(chǎn)生的電火花，甚至雷電，都能產(chǎn)生電磁波，從而成為電磁干擾的噪聲源。用金屬外殼將器件包圍起來，再將金屬外殼接地，其對屏蔽各種通過電磁感應引起的干擾非常有效。
2．2　軟件抗干擾設計
　　在DSP系統(tǒng)中，充分挖掘軟件的抗干擾能力可以將干擾的影響抑制到最小。軟件抗干擾設計主要是消除模擬輸入信號的噪聲，程序運行混亂時使程序重新正常運行。下面給出幾種有效的軟件抗干擾方法。
　�。�1）數(shù)字濾波。數(shù)字濾波技術(shù)可以有效地消除模擬輸入信號的噪聲。數(shù)字濾波技術(shù)有：中值濾波、算術(shù)平均值濾波、加權(quán)平均值濾波等。
　�。�2）指令冗余。當DSP系統(tǒng)受干擾出現(xiàn)錯誤時，程序便脫離正常軌道“亂飛”。若亂飛到某雙字節(jié)指令且取指令時刻落到操作數(shù)上，則將操作數(shù)當作操作碼，程序?qū)⒊鲥e。若“飛”到三字節(jié)指令處，出錯機率更大。為避免差錯，可在關(guān)鍵地方人為插入一些單字節(jié)指令，或?qū)⒂行巫止?jié)指令重寫。如在雙字節(jié)指令和三字節(jié)指令后插入兩個字節(jié)以上的NOP。這樣，即使亂飛到操作數(shù)上，由于空操作指令NOP的存在，也可避免后面的指令被當作操作數(shù)執(zhí)行，程序自動納入正軌。此外，在對系統(tǒng)流向起重要作用的指令，如RET、CALL、BCND、B等指令之前插入兩條或三條NOP指令，也可將亂飛程序納入正軌，確保這些重要指令的執(zhí)行。
　�。�3）軟件陷阱。TMS320LF2407A片內(nèi)有高達32K字的FLASH程序存儲器，經(jīng)過擴展，程序存儲空間可達64K。在一般測控系統(tǒng)中存在著大量未用的空間，若在這些未用的程序區(qū)設置一段引導程序，當程序受到干擾跳到該區(qū)域時，引導程序?qū)娦胁东@的程序引向一個指定的地址，在那里以一段專門程序?qū)Τ鲥e進行處理。
　　（4）程序運行****系統(tǒng)（WATCHDOG）。若失控的程序進入“死循環(huán)”，通常采用“看門狗”技術(shù)使程序脫離“死循環(huán)”。通過不斷檢測程序循環(huán)運行時間，若發(fā)現(xiàn)它超過最大循環(huán)運行時間，則認為系統(tǒng)陷入“死循環(huán)”，則對其進行出錯處理。

3　DSP系統(tǒng)的“看門狗”設計
　　TMS320LF2407A片內(nèi)有一個功能強大的“看門狗”電路模塊，其框圖如圖1：

　　該看門狗模塊具有以下特點：當8位看門狗計數(shù)器溢出時，將產(chǎn)生系統(tǒng)復位信號；6位獨立運行的計數(shù)器根據(jù)看門狗計數(shù)器預定標值對看門計數(shù)器進行“喂狗”；看門狗復位鍵（WDKEY）寄存器在看門狗被正確“喂狗”時清看門狗計數(shù)器，在錯誤或無“喂狗”時產(chǎn)生復位（看門狗預定標時間值多達6種）。
　　看門狗預定標時間的選擇。如圖1，WDCLK是看門狗模塊的一個低頻時鐘信號。WDCLK＝（CLK－OUT）／512，其中CLKOUT為 TMS320LF2407A的CLK－OUT管腳的時鐘信號頻率。當DSP芯片的CPU時鐘＝40MHz時，WDCLK＝78125Hz。8位看門狗計數(shù)器WDCNTR對WDCLK或其預分頻信號時鐘進行計數(shù)�？蛇x的預分頻系數(shù)從2到64，共有6個。當WDCLK＝78125Hz時，看門狗模塊可以提供從 3．28ms到209．7ms的溢出時間周期，完全滿足一般測控的要求。

　　喂狗操作。在看門狗定時器WDCNTR溢出前，按正確的順序?qū)懭胝_的數(shù)，即清WDCNTR，完成一次“喂狗”，流程如圖2�！　�
　　系統(tǒng)自恢復程序的設計。系統(tǒng)恢復前，首先要正確識別是上電開機復位還是看門狗故障復位。TMS320LF2407A提供了簡單易行的看門狗復位判斷。當DSP系統(tǒng)以看門狗復位時，TMS320LF2407A的看門狗模塊將自動置看門狗控制寄存器WDCR第7位WDFLAG為“1”，系統(tǒng)恢復時，軟件程序僅需查詢該位即可以判斷是否為看門狗復位。在已判別出系統(tǒng)非正常復位的情況下，先恢復一些必要的系統(tǒng)數(shù)據(jù)，如顯示模塊的初始化；其次再對測控系統(tǒng)的系統(tǒng)狀態(tài)、運行參數(shù)等予以恢復，包括顯示界面等的恢復；之后再恢復復位前的任務、參數(shù)、運行時間等和進入系統(tǒng)運行狀態(tài)。
　　一個好的自恢復程序不僅可以恢復到總?cè)蝿諣顟B(tài)，還可以恢復至具體的某個小任務的執(zhí)行�？梢栽O置一個標志字（FLAGWORD），當程序執(zhí)行任務N時，相應地設置FLAGWORD為N。這樣，系統(tǒng)恢復時，可以通過查詢FLAG－WORD的值來確定恢復后的程序應調(diào)至何處。若采用多級標志字，程序可以恢復至更加準確的位置。
　　系統(tǒng)自恢復程序流程圖如圖3：

參考文獻

［1］劉和平，嚴利平，張學鋒，卓清鋒．TMS320LF240XDSP結(jié)構(gòu)，原理及應用［M］．北京航空航天大學出版社，2002．
［2］周航慈．單片機應用程序設計技術(shù)［M］．北京航空航天大學出版社，1992．
［3］TMS320LF2407AUser Manual［Z］．TEXASINSTRUMENTS．

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