近年來，微機系統在工業自動化，生產過程控制，智能化儀器儀表等領域的應用越來越深入和廣泛，有效地提高了工作效率，改善了工作條件。但是由于電磁環境的日趨惡劣和復雜，其工作的可靠性和安全性受到了嚴重威脅。常見也嚴重的一種干擾源就是市電電網頻繁出現的瞬時掉電和下跌，他可使微機系統程序亂飛，控制失誤，造成重大損失或傷亡事故。因此，研究電源瞬時波動對微機系統的影響，提高系統的電磁兼容性，有很高的實用價值。

1 電源瞬時波動形成的原因及其對微機系統的影響

1.1 電源瞬時波動形成的原因

　　電源瞬時波動主要是指電網電壓的瞬時下跌和瞬時停電。瞬時下跌是指電網電壓幅值因某種原因在某一瞬間突然降低；瞬時停電是指電網電壓在某一瞬問突然完全為零。

　　電網電壓瞬時波動的原因很多。例如，當電網遭到雷擊或雷電感應時，可造成不小于0.1 s的瞬時停電，絕大多數情況可達0.3 s以上。電力輸送線方面的事故也是產生電網電壓瞬時波動的一個主要原因，90％的電力線事故會導致電網有5～8個周期的瞬時停電[1]。工業現場的大功率設備啟動運行時形成相當大的沖擊電流，該電流是正常工作電流的10～40倍，他可以引起局部電網電壓的瞬時波動，有的大功率電機啟動時，會導致附近電網電壓瞬時
下跌20％，持續30個周期之久[2]。

1.2 電源瞬時波動對微機系統的影響

　　電網電壓的瞬時波動可直接導致系統內部電源電壓的瞬時下跌，對微機系統的工作造成嚴重干擾，主要表現在以下幾個方面[3]：

　　使數據采集誤差加大；引入虛假狀態信號，使控制狀態失靈；破壞RAM存儲器的數據；改變PC值，使程序運行失常。

2 對電源瞬時波動干擾的防護

2.1采用快速交流穩壓器

　　采用快速交流穩壓器可輸出穩定的220 V交流電，從而消除電網電壓瞬時波動對微機系統工作的影響。

2.2 采用不間斷電源UPS

　　不間斷電源UPS能夠在電源停電或下跌時，由內部逆變電源給微機供電，他能有效地防止電網的瞬時停電或電網電壓的瞬時跌落。在要求較高的微機系統中，UPS是必不可少的設備。

2.3 加大系統內部整流電路的平滑電容和采用后備電源

　　增大整流電路的平滑電容，在一定程度上可消除電網電壓瞬時波動的影響。當平滑電容為470μF時，可承受O.5個周期20％下跌幅度的瞬時波動；當電容為4 700μF時，可抵抗6.5個周期100％下跌幅度的瞬時波動。

　　對持續時間較長的波動，只靠增大電容是不行的，這時應考慮用輔助電源。采用浮動充電方式的輔助電源的配置如圖1所示。正常工作時，整流電路輸出的脈動直流電源經R給電池E充電；當瞬時波動發生時，電池經二極管給系統供電，大大提高了系統抗電源波動干擾的能力。不僅如此，由于電池相當于一個性能良好的旁路電容，他對10 kHz～1 MHz頻率成份的噪聲衰減有顯著效果。

2.4 利用系統本身功能消除電源瞬時波動的影響

　　由于交流穩壓器和UPS的造價高，配置麻煩，要求不高的微機系統一般不采用上述措施，而是利用系統本身功能，采取預先檢測手段，在瞬時波動還沒有影響到系統工作時，使其迅速回到開機時的初始狀態。

　　一般微機系統都有一個開機自動復位電路，他利用一個RC充電電路，使復位電平的建立遲于電源的建立，從而避免開機時CPU的工作混亂。

　　當電源瞬時停電時，+5 V供電因停電而很快下降，電容C通過VD放電。自動復位電路及瞬時停電時電容C的電壓波形如圖2所示[4]。當電容C上的電壓下降到低于4.75 V后，由于仍高于復位閾值電壓，并不能使CPU復位，這時RAM中數據將遭到破壞。因此，只依靠簡單的RC復位電路不能解決電源瞬時波動所帶來的問題。

　　解決這種問題的方法是增加瞬時停電檢測電路。圖3是一個微機系統的復位信號輸入電路及時序圖。當Uc低于電壓檢測值時，8211輸出為低，使CPU的READ-Y和CE2為低，CPU停止工作，RAM與數據總線隔開。1 ms后，復位信號變低，使系統復位。電源復位后，8211輸出為高，再過100 ms復位信號變為高電平，這樣可使CPU避開電源電壓剛升至4.75 V后的不穩定工作區，復位信號為高后1 ms，READY和CE2變高，CPU開始正常工作。

　　更完善的措施是，不僅保護RAM內容，而且還進行人棧操作，然后再讓CPU停止工作。當電源恢復時，再從堆棧中取出數據，使程序繼續進行下去，而不是重新開始。圖4是某微機處理電源瞬時停電的各種信號時序圖。電源瞬時停電時，停電信號PD為低，觸發單穩電路產生一個負脈沖送至CPU的NMI端，CPU響應中斷，自動產生RST指令，把PC中下一條要執行指令的16位地址送入堆棧保存，同時在NMI變低后6 ms產生禁止存儲器工作的MS信號。當電源恢復后80 ms，MS信號變高，復位信號變高，系統再次啟動。該方案還可以忽略電源恢復后100 ms內電源的再次波動。

　　但是實際的停電情況相當復雜，并不是單純的一次性停電，而是象振蕩一樣，重復好幾次。當次停電恢復后，MS信號變高，其后，RESET信號也變高。在系統剛要啟動時，第二次停電又產生了，NMI再次變低，如圖5所示。這時的中斷申請等于被忽視，因為他并不能做出停電處理，將數據進行入棧操作，而且，因MS信號已變高，在第二次停電發生6 ms內存儲器也不能被禁止。在此期間系統卻發生了再啟動，CPU將次停電時人棧的數據從堆棧中取出，開始停電前的程序作業。而在第二次停電恢復正常時也同樣從堆棧中取出數據。由于忽視了一次NMI信號，少了一次入棧動作，所以整個程序就亂了。解決這個問題的辦法是，保證在停電信號后6 ms內CPU不進行任何處理。這樣即使再有停電情況發生也不會進行棧操作，再啟動時，取出的就是次停電時的入棧數據。

　　為確保RAM數據不遭破壞，建議使用非易失性RAM(NVRAM)及E2PROM等專用存儲器。另一種方法是在計算機內部加裝專給RAM供電的后備電源，RAM采用CMOS靜態讀寫存儲器，這種存儲器在斷電時只需2.0 V電源就可以維護信息不被丟失。

　　圖6是RAM掉電保護的電路的實例。當電源電壓下降到4.5 V時，4046的開關斷開，RAM的片選信號上拉至"1"，RAM中的數據不被沖失；當電源繼續下降至3.6 V時，由蓄電池給RAM供電。

3 結 語

　　實踐表明，上述抑制電源瞬時波動的措施非常有效，特別是在不用交流穩壓器和UPS的情況下，只利用系統本身功能消除電源波動干擾的方法得到了廣泛應用，大大提高了微機系統的抗干擾能力。