1 电源瞬时波动形成的原因及其对微机系统的影响

　　1.1 电源瞬时波动形成的原因

　　电源瞬时波动主要是指电网电压的瞬时下跌和瞬时停电。瞬时下跌是指电网电压幅值因某种原因在某一瞬间突然降低；瞬时停电是指电网电压在某一瞬问突然完全为零。

　　电网电压瞬时波动的原因很多。例如，当电网遭到雷击或雷电感应时，可造成不小于0.1 s的瞬时停电，绝大多数情况可达0.3 s以上。电力输送线方面的事故也是产生电网电压瞬时波动的一个主要原因，90％的电力线事故会导致电网有5～8个周期的瞬时停电[1]。工业现场的大功率设备启动运行时形成相当大的冲击电流，该电流是正常工作电流的10～40倍，他 可以引起局部电网电压的瞬时波动，有的大功率电机启动时，会导致附近电网电压瞬时下跌20％，持续30个周期之久[2]。

　　1.2 电源瞬时波动对微机系统的影响

　　电网电压的瞬时波动可直接导致系统内部电源电压的瞬时下跌，对微机系统的工作造成严重干扰，主要表现在以下几个方面[3]：

　　使数据采集误差加大；引入虚假状态信号，使控制状态失灵；破坏RAM存储器的数据；改变PC值，使程序运行失常。

　　2 对电源瞬时波动干扰的防护

　　2.1采用快速交流稳压器

　　采用快速交流稳压器可输出稳定的220 V交流电，从而消除电网电压瞬时波动对微机系统工作的影响。

　　2.2 采用不间断电源UPS

　　不间断电源UPS能够在电源停电或下跌时，由内部逆变电源给微机供电，他能有效地防止电网的瞬时停电或电网电压的瞬时跌落。在要求较高的微机系统中，UPS是必不可少的设备。

　　2.3 加大系统内部整流电路的平滑电容和采用后备电源

　　增大整流电路的平滑电容，在一定程度上可消除电网电压瞬时波动的影响。当平滑电容为470μF时，可承受O.5个周期20％下跌幅度的瞬时波动；当电容为4 700μF时，可抵抗6.5个周期100％下跌幅度的瞬时波动。

　　对持续时间较长的波动，只靠增大电容是不行的，这时应考虑用辅助电源。采用浮动充电方式的辅助电源的配置如图1所示。正常工作时，整流电路输出的脉动直流电源经R给电池E充电；当瞬时波动发生时，电池经二极管给系统供电，大大提高了系统抗电源波动干扰的能力。不仅如此，由于电池相当于一个性能良好的旁路电容，他对10 kHz～1 MHz频率成份的噪声衰减有显著效果。

　　
       2.4 利用系统本身功能消除电源瞬时波动的影响

　　由于交流稳压器和UPS的造价高，配置麻烦，要求不高的微机系统一般不采用上述措施，而是利用系统本身功能，采取预先检测手段，在瞬时波动还没有影响到系统工作时，使其迅速回到开机时的初始状态。

　　一般微机系统都有一个开机自动复位电路，他利用一个RC充电电路，使复位电平的建立迟于电源的建立，从而避免开机时CPU的工作混乱。

　　当电源瞬时停电时，+5 V供电因停电而很快下降，电容C通过VD放电。自动复位电路及瞬时停电时电容C的电压波形如图2所示[4]。当电容C上的电压下降到低于4.75 V后，由于仍高于复位阈值电压，并不能使CPU复位，这时RAM中数据将遭到破坏。因此，只依靠简单的RC复位电路不能解决电源瞬时波动所带来的问题。

　　
       解决这种问题的方法是增加瞬时停电检测电路。图3是一个微机系统的复位信号输入电路及时序图。当Uc低于电压检测值时，8211输出为低，使CPU的READ-Y和CE2最先为低，CPU停止工作，RAM与数据总线隔开。1 ms后，复位信号变低，使系统复位。电源复位后，8211输出为高，再过100 ms复位信号变为高电平，这样可使CPU避开电源电压刚升至4.75 V后的不稳定工作区，复位信号为高后1 ms，READY和CE2变高，CPU开始正常工作。

更完善的措施是，不仅保护RAM内容，而且还进行人栈操作，然后再让CPU停止工作。当电源恢复时，再从堆栈中取出数据，使程序继续进行下去，而不是重新开始。图4是某微机处理电源瞬时停电的各种信号时序图。电源瞬时停电时，停电信号PD为低，触发单稳电路产生一个负脉冲送至CPU的NMI端，CPU响应中断，自动产生RST指令，把PC中下一条要执行指令的16位地址送入堆栈保存，同时在NMI变低后6 ms产生禁止存储器工作的MS信号。当电源恢复后80 ms，MS信号变高，最后复位信号变高，系统再次启动。该方案还可以忽略电源恢复后100 ms内电源的再次波动。

　　但是实际的停电情况相当复杂，并不是单纯的一次性停电，而是象振荡一样，重复好几次。当第一次停电恢复后，MS信号变高，其后，RESET信号也变高。在系统刚要启动时，第二次停电又产生了，NMI再次变低，如图5所示。这时的中断申请等于被忽视，因为他并不能做出停电处理，将数据进行入栈操作，而且，因MS信号已变高，在第二次停电发生6 ms内存储器也不能被禁止。在此期间系统却发生了再启动，CPU将第一次停电时人栈的数据从堆栈中取出，开始停电前的程序作业。而在第二次停电恢复正常时也同样从堆栈中取出数据。由于忽视了一次NMI信号，少了一次入栈动作，所以整个程序就乱了。解决这个问题的办法 是，保证在停电信号后6 ms内CPU不进行任何处理。这样即使再有停电情况发生也不会进行栈操作，再启动时，取出的就是第一次停电时的入栈数据。

　　
       为确保RAM数据不遭破坏，建议使用非易失性RAM(NVRAM)及E2PROM等专用存储器。另一种方法是在计算机内部加装专给RAM供电的后备电源，RAM采用CMOS静态读写存储器，这种存储器在断电时只需2.0 V电源就可以维护信息不被丢失。

　　
       图6是RAM掉电保护的电路的实例。当电源电压下降到4.5 V时，4046的开关断开，RAM的片选信号上拉至"1"，RAM中的数据不被冲失；当电源继续下降至3.6 V时，由蓄电池给RAM供电。

　　3 结 语

　　实践表明，上述抑制电源瞬时波动的措施非常有效，特别是在不用交流稳压器和UPS的情况下，只利用系统本身功能消除电源波动干扰的方法得到了广泛应用，大大提高了微机系统的抗干扰能力。