单片机抗干扰的技术(3)接地

律， 通过监测巷道顶 板相对 于 老顶 的下沉 ， 实时在线 监 测 是
目 的是从电路上把干扰源和容易被干扰的部分隔离开来。
常用 的隔离方式包括光 电隔离 、 器隔离 、 变压 继电器 隔离 等 ，
顶板 离层及支护状况 的装置 。该顶 板监 测仪采 用微 电子控
另外在布线上也应该注意隔离。ＹＤ —１７ Ｊ １ ２Ｖ数字化顶板 监测仪中我们运用布线隔离等技术， 将微弱信号处理电路与 易产生噪声污染的电路分开设计， 实践证明运行效果良 好。
４ ４ 软件设计的抗 干扰 措施 ．
制技术 ， 用高精度的位移传感器采集巷道顶板的下沉量 ， 主 要由隔爆兼本安型电源、 信号处理单元、 模拟转换单元、 逻辑 分析单元和显示单元组成均运用了先进的集成处理芯片， 对 稳定性要求较高， 工作原理如图 ｌ Ｊ １ ２Ｖ数字化顶 。Ｙ Ｄ —１７ 板监测仪随着掘进机的掘进安装在刚掘好的顶板上 ， 掘进
微机系统中， 由于Ｒ Ｍ存储器是可以读 的， Ａ 因此在
干扰的侵害下，Ａ 中的数据有可能被窜改。这样会导致 ＲＭ
某些元器件的工作状态和程序状态 的改变 。 收稿 日 ：０５ ２ ８ 作者 期 ２０ —１ —１ 申永明 男 ４ 岁 ｌ 工程师
机性， 采用硬件措施只能抑制某个频率段的干扰 ， 仍有一些 干扰会浸入系统。因此， 不但要求硬件有高性能的抗干扰能
成严 重的后果 主要表现在下列几方面 ：
１１ 数据采集误差大 ．
主要是指电动机启动电流以及晶闸管交流器等设备产
生涌流引起的噪声 。 这些干扰对微机测控 系统的稳定性有严重的影响 ， 是需 要解决的主要问题 。
当干扰侵入微机系统测量单元模拟信号的输入通道时，
它叠加在有用 的信 号上 ， 数据采集 误差加 大 ， 会使 特别 是 当

果 ，然后从硬 件和 软件 两方 面给 出 了解 决的 办法 ，这些 方法可 以提 高单 片机 系统 的稳 定
性 和 可 靠 性
数干扰 ，ＣＰ Ｕ 将疲于奔命 ，严重影 响系统的工作效率和实时性 。因此 ，一 个成功的抗干扰 系统足由硬件和软件相
结 合构 成 的 。
（） １： 于扰的加入使输 出误差加大 ，
能误 读 写 ，使 程序 计 算 出 错误 的 结 响外部 ，同时外部的 电力线也不会穿透
针 对 以 上 出现 的 问 题 ， 本 文 从 硬
干扰的传输 途径，起电场 隔离的作用。
是 产 生 干扰 的重 要 原 因 ，各类 传 感 件和软件方而来探讨提高单片机系统抗 磁路 屏蔽 则采 用高导 磁性 材料 并以封 闭
（） 格 。 ３表 软件 陷阱一 般 １ 宅间 有 ２ ３ Ｋ 个
掉 电信号 由硬件 电路检测到 ，加
到 单片机 的外部 中断输 入端 ，软件中 Ｉ 可 以 有 效 拦 截 。 就 ４ ．４ “ 门狗 ” 技术 看 指令冗余技 术、软件陷阱技术不能 使失控 的程序摆脱 “ 死循环”的困境 ，
器，输入输 出线路 的绝缘损坏均有 可 干 扰 能 力的 方 法 。硬 件 如 果 殴计 得 式结构为妥。
能 引入干 扰 。干 扰产生 的后果 ： 当 ，可将绝大部分干扰拒 之门外 ，但 ３ ．４ 良好的接地 片机系统的抗干扰 与系统的接地
２． 数据采集误 差的加大。当干 仍然会有少数 干扰 ，所 以软件措施必 １ 扰侵入单片机系统的前向通道叠加在信
可能发生改变 ；虽然 ＲＯ 能避免干扰 滤波 技 术 。 Ｍ
２干扰的来源和后果
破坏 ，但单片机片内 ＲＡ 以及片内各 Ｍ
３ ．３ 抑制电磁场干扰

电路中常见的几种单片机抗干扰技术对于提高单片机系统设计，提高系统的可靠性显得尤为重要。

对单片机系统而言，干扰因素有两种，一是来源于系统外部环境和其它电气设备产生的干扰，通过传导和辐射等途径影响单片机系统正常工作;二是来源于系统内部，由系统结构、制造工艺等决定以及内部元器件在工作时产生干扰，通过地址、电源线、信号线、分布电容等传输，影响开关电源模块系统工作状态。

一. 什么是干扰源？干扰源是指产生干扰的元件、设备或信号。

产生的干扰包括：(1)电磁干扰，如继电器开关启动、静电放电、电网电压波动等都可能引起不同程度的瞬变浪涌电压，会造成IC和半导体器件PN结烧毁、氧化层击穿等。

(2)人为干扰，如机械振动、继电器触点抖动、元器件安装和电路板布线引起的电磁耦合、接插件接触不良、虚焊、放大器自激、电源纹波等。

(3)环境因素干扰，如噪声和环境温湿度、以及太阳黑子的变化，空间粒子辐射等。

每一个设备干扰造成的误操作，可能运行千次才出现一次，甚至是上万，百万才出现一次。

时间上是一天，一个月，甚至是一年很多年。

但是干扰出现所造成的严重后果，是我们无法想象到的。

在这里我先引用一个小插曲：原来我在镇江做焊机的时候，老是出现焊机在上电瞬间有信号输出，出现的频率很高，最严重的一次是差点将一个客户员工的手指压到。

后来我想了个方法就是是在信号输出的I/O口上加上一个50k的上拉电阻，发现问题还是有，但是出现的频率降下来了，后来又改用15k的电阻，就彻底地把那个问题给解决了。

干扰信号源也遵循欧姆定律，越存在干扰的场合，跟测试使用的上拉电阻也有联系。

想知道他是怎么解决的，可以看下下面的文章：[话题] 【MCU每周论点】如何提高单片机的抗干扰能力? 亲你懂吗?二. 干扰源产生的原因是什么？下面回到正题，单片机干扰的原因还包括传播途径、敏感器件的使用，也会使单片机受到干扰。

干扰对单片机系统的影响主要通过三种途径传输，包括：(1)输入系统。

如何解决单片机的抗干扰问题随着单片机的发展，单片机在家用电器、工业自动化、生产过程控制、智能仪器仪表等领域的应用越来越广泛。

然而处于同一电力系统中的各种电气设备通过电或磁的联系彼此紧密相连，相互影响，由于运行方式的改变，故障，开关操作等引起的电磁振荡会波及很多电气设备。

这对我们单片机系统的可靠性与安全性构成了极大的威胁。

单片机测控系统必须长期稳定、可靠运行，否则将导致控制误差加大，严重时会使系统失灵，甚至造成巨大损失。

因此单片机的抗干扰问题已经成为不容忽视的问题。

1 干扰对单片机应用系统的影响1.1测量数据误差加大干扰侵入单片机系统测量单元模拟信号的输入通道，叠加在测量信号上，会使数据采集误差加大。

特别是检测一些微弱信号，干扰信号甚至淹没测量信号。

1.2 控制系统失灵单片机输出的控制信号通常依赖于某些条件的状态输入信号和对这些信号的逻辑处理结果。

若这些输入的状态信号受到干扰，引入虚假状态信息，将导致输出控制误差加大，甚至控制失灵。

1.3 影响单片机RAM存储器和E2PROM等在单片机系统中，程序及表格、数据存在程序存储器EPROM或FLASH中，避免了这些数据受干扰破坏。

但是，对于片内RAM、外扩RAM、E2PROM 中的数据都有可能受到外界干扰而变化。

1.4 程序运行失常外界的干扰有时导致机器频繁复位而影响程序的正常运行。

若外界干扰导致单片机程序计数器PC值的改变，则破坏了程序的正常运行。

由于受干扰后的PC 值是随机的，程序将执行一系列毫无意义的指令，最后进入“死循环”，这将使输出严重混乱或死机。

2 如何提高我们设备的抗干扰能力2.1 解决来自电源端的干扰。

解决单片机EMC问题的8个方法本文中所提到的对电磁干扰的设计我们主要从硬件和软件方面进行设计处理，下面就是从单片机的PCB设计到软件处理方面来介绍对电磁兼容性的处理。

一、影响EMC的因数1、电压：电源电压越高，意味着电压振幅越大，发射就更多，而低电源电压影响敏感度。

2、频率：高频产生更多的发射，周期性信号产生更多的发射。

在高频单片机系统中，当器件开关时产生电流尖峰信号;在模拟系统中，当负载电流变化时产生电流尖峰信号。

3、接地：在所有EMC题目中，主要题目是不适当的接地引起的。

有三种信号接地方法：单点、多点和混合。

在频率低于1MHz时，可采用单点接地方法，但不适宜高频;在高频应用中，最好采用多点接地。

混合接地是低频用单点接地，而高频用多点接地的方法。

地线布局是关键，高频数字电路和低电平模拟电路的接地电路尽不能混合。

4、PCB设计：适当的印刷电路板（PCB）布线对防止EMI是至关重要的。

5、电源往耦：当器件开关时，在电源线上会产生瞬态电流，必须衰减和滤掉这些瞬态电流。

来自高di/dt源的瞬态电流导致地和线迹发射电压，高di/dt产生大范围的高频电流，激励部件和线缆辐射。

流经导线的电流变化和电感会导致压降，减小电感或电流随时间的变化可使该压降最小。

二、对干扰措施的硬件处理方法1、印刷线路板（PCB）的电磁兼容性设计PCB是单片机系统中电路元件和器件的支撑件，它提供电路元件和器件之间的电气连接。

随着电子技术的飞速发展，PCB的密度越来越高。

PCB设计的好坏对单片机系统的电磁兼容性影响很大，实践证实，即使电路原理图设计正确，印刷电路板设计不当，也会对单片机系统的可靠性产生不利影响。

例如，假如印刷电路板的两条细平行线靠的很近，会形成信号波形的延迟，在传输线的终端形成反射噪声。

因此，在设计印刷电路板的时候，应留意采用正确的方法，遵守PCB设计的一般原则，并应符合抗干扰的设计要求。

要使电。

第五章单片机应用系统的抗干扰技术设计§5．1 干扰源我们要进行抗干扰措施，首先就得仔细研究干扰产生的原因、途径，掌握或了解其规律后，才能有针对性地提出各种抗干 / 扰的理论和措施。

5.1.1干扰与噪声的区别(1) 噪声是绝对的，它的产生或存在不受接收者的影响，是独立的，与有用信号无关。

干扰是相对有用信号而言的，只有噪声达到一定数值、它和有用信号一起进入应用系统并影响其正常工作时才形成干扰。

(2) 干扰在满足一定条件时，可以消除；噪声在一般情况下，难以消除，只能减弱。

5.1.2分类根据产生干扰的物理原因，干扰可以分为如下几种类型：机械干扰、热干扰、光干扰、湿度干扰、化学干扰、电和磁的干扰、射线辐射干扰。

其中，电和磁的干扰是最为普遍和严重的干扰，下面对电磁干扰作重点论述。

电磁干扰的分类：(1) 从噪声产生的来源分类可以分为：○1固有噪声源固有噪声是指器件内部物理性的无规则波动所形成的噪声。

○2人为噪声源人为噪声源主要是各种电气设备所产生的噪声，主要有以下几种：1. 工频噪声，大功率输电线是典型的工频噪声源。

低电平的信号线只要有一段长度与输电线平行，就会受到明显的干扰；即使一般室内的交流电源线，对输入阻抗低和灵敏度高的传感器来说也会是很大的干扰源。

在传感器的内部，由于工频感应也会产生交流噪声，它所形成的干扰也不可忽视。

2. 射频噪声，高频感应加热、高频焊接等工业电子设备以及广播、电视、雷达及通信设备等通过辐射或通过电源线会给附近的传感器系统带来干扰。

3. 电子开关，由于电子通断的速度极快，使电路中的电压和电流发生急剧的变化，形成冲击脉冲，从而成为噪声干扰源。

○3自然噪声源和放电噪声自然噪声主要指天电形成的放电现象。

放电现象的起因不仅是天电，还有各种电气设备所造成的，主要有：电晕放电、火花放电、放电管放电等。

(2) 从干扰的出现区域来分可分为内部干扰和外部干扰。

(3) 从干扰对电路作用的形成分类○1差模干扰也称为串联干扰，差模干扰进入电路后，使传感器系统 / 的一个信号输入端子相对于另一个信号输入端子的电位发生变化，即干扰信号与有用信号按电势源串联起来作用于输入端。

由干现场存在的各种干扰 ， 很容易导致系统不 稳定甚至无法正常工作。影响单片机系统可 靠的干扰因素主要来自系统内部和外部的各 种电气干扰 ， 并受系统结构设计、元器件选
相连， 是引用干扰的直接途经， 1 0 口 因此 / 抗 干扰能力很大程度上决定了单片机的抗干扰
能力。
术也在不断发展之中。
2 . 3 . 3 接地技术
环路， 干扰更敏感。而在高频电路中， 对于 寄 生电容和电感影响较大， 宜采用多点接地。通
常频率小于 IMHz 时 ， 采用 一 点接地 ， 频率高
于1 M玉 时采用多点接地。其次， 0 2 1 数字地和 模拟地必须分开， 即使是对干A/ D、 八转 D/
换器同一个芯片上的两种接地也最好分开 ， 仪 在系统一点上把两种接地连接起来。第二， 交 流地和信号地不要共用在电源地线的两 饭 之
并接大地。
在单 .片机控制系统中， 接地是抑制 干 扰的
重要内容。在设计时若能将接地和屏蔽正确 地结合在一起， 可以解决大部分 卜 扰引起的故 障。接地包括两部分的内容: 一是接地点是否 正确; 二是接地点是否牢固。接地点选择正确 可以防止系统各部分的串 接地点牢固可使 扰， 接地点处千零阻抗， 降低接地电位， j 接地 防l : 系统的共模干扰。单片机控制系统中， 接地系 统的设计应注意以下儿点: 首先， 在低频电路 中， 布线和元件之间的电感不会产生太大的影 响， 常采用一 点接地， 若采用多点接地， 形成地
抗+ 扰技术作了比Fra bibliotek细致的探讨。 关键词 单片机 电力调度 抗 干 扰技术
中图分类号:TP 39
文献标识码: A
文章编号: 1672 一 3791(2007)11(b卜0077 02

空间电磁辐射干扰
周围空间中的电磁场对信号线 的电磁感应干扰。
接地系统干扰
由于接地不良或地线配置不当 导致的地线噪声干扰。
信号传输线干扰
信号传输线上的外部干扰信号 通过电感和电容耦合引入。
开关量输入通道隔离技术
01
光耦隔离
利用光耦器件将输入和输出电路隔 离，以减小干扰信号的影响。
变压器隔离
利用变压器原理实现输入和输出电 路的隔离，降低共模干扰。
单片机在工作过程中，其电路板 和元件会受到周围空间电磁辐射 的影响，导致信号失真和噪声干 扰。
接地系统干扰
接地系统不良或不合理，会导致 信号接地电位不均，产生电位差， 从而引入干扰信号。
开关量输出通道隔离技术
光耦隔离
光耦隔离是利用光耦合器的工作原理，将单片机开关量输出信号通过光耦隔离器进行隔离，以减小外界干扰对输出信 号的影响。
03
02
继电器隔离
通过继电器触点实现输入信号的电 气隔离，提高抗干扰能力。
运算放大器隔离
通过运算放大器将输入信号进行放 大和隔离，提高信号质量。
04
开关量输入通道隔离的实现方法
选择合适的隔离器件
根据应用需求选择适合的光耦、继电器、变 压器或运算放大器等器件。
正确连接隔离器件
按照隔离器件的连接方式，正确接入输入和 输出电路。
单片机抗干扰技术开关量输入输出 通道隔离
contents
目录
• 单片机抗干扰技术概述 • 单片机开关量输入通道隔离 • 单片机开关量输出通道隔离 • 单片机抗干扰技术的实际应用
01 单片机抗干扰技术概述

干扰的定义与影响
定义
干扰是指对系统正常信号的扰动 或破坏，导致信号失真、畸变或 阻塞。

单片机系统中的抗干扰分析及措施单片机系统中的抗干扰分析及措施引言：随着科技的发展，单片机系统在各个领域得到广泛应用，例如汽车电子、家电控制、工业自动化等。

然而，由于外界环境的复杂性，单片机系统常常会受到各种干扰，例如电磁干扰、温度变化、电源噪声等。

这些干扰会严重影响单片机系统的稳定性和可靠性。

因此，对单片机系统中的抗干扰问题进行深入分析，并采取相应的措施来解决这些问题，具有重要的意义。

一、抗电磁干扰分析及措施1.分析电磁干扰是单片机系统中最常见的干扰之一。

在实际应用中，电磁场通常由电源线、开关电源、电机等设备产生，会通过空气传播和电磁波辐射的方式对单片机系统产生干扰。

电磁干扰会导致单片机系统执行指令错误、数据异常等问题。

2.措施a. 优化电路布局：合理布局电路，减少导线的长度和面积，提高电路的抗干扰能力。

b. 打开电源滤波器：在单片机系统的电源输入端接入合适的电源滤波器，以消除电源中的高频噪声。

c. 加装电磁屏蔽：对于特别敏感的单片机系统，可以在其周围部署电磁屏蔽罩，以减少或消除外界电磁场对系统的干扰。

二、抗温度变化分析及措施1.分析温度变化是单片机系统中常见的环境因素之一。

随着环境温度的变化，单片机系统的元器件参数、晶体管的工作温度会发生变化，进而影响系统的性能和稳定性。

2.措施a. 选择温度稳定性较好的元器件：在设计单片机系统时，可以选择具有较好温度稳定性的元器件，以减少温度变化对系统的影响。

b. 控制系统温升：合理的散热设计可以有效控制单片机系统的温度变化，减少温度对系统的影响。

c. 采用温度补偿技术：通过在系统中添加温度感知器，实时监测温度变化，并根据变化情况对系统进行相应的补偿，以提高系统的稳定性。

三、抗电源噪声分析及措施1.分析电源噪声是单片机系统中常见的噪声源。

电源噪声来自于电源线的交变电压以及其他电器设备的电源，会对单片机系统产生不稳定的供电环境，进而影响系统的性能和稳定性。

2.措施a. 加装电源滤波器：在电源输入端接入适当的滤波器，以消除电源中的高频噪声，保证供电的稳定性。

地 。
3 抗干扰设计目 标
作为一个单片机应用系统来说， 抗干扰设 计的目 标就是单片机应用系统在相应的应用 1 抗干扰设计的原则 系统运行是稳定、可靠的、精确 系统单片机应用系统是以单片机为核心， 环境下 ， 的、符合系统设计要求的、能满足用户需求 配以输入、输出、显示、控制等外围电路 和软件， 能实现一种或多种功能的实用系统。 的 。 所以单片机应用系统主要包括两个部分即硬 件系统与软件系统。由此可见， 在单片机应 4 抗干扰技术设计解决方案 在一个单片机应用系统中干扰的因素是 用系统抗干扰设计中也不许从这两个方面入 多方面的， 下面根据各个因素， 结合实际应用 手 。 从单片机应用系统实际应用来看， 干扰的 需要提出相应的抗干扰设计技术。 4 . 1 电源、地线干扰 主要来源有 : (1 电源干扰 ) 系统外的干扰， 如电源电网的波动， 大型 现在的单片机应用系统大都使用市电， 在 用电设备(如电机， 焊机等)的启停， 电 高压设备 工业现场， 由于生产负荷的变化， 大型用电设 和电磁开关的电磁辐射， 传输电缆的共模干扰 备的启动、停止， 如大电机、电焊机等， 往 等 。 往会造成电源的波动。在电源的启停瞬间会 2 系统内 的干扰， 这个只要是 软件设计缺陷 产生巨大的尖锋脉冲。它是对系统的危害性 是 最大 的。 或设计错误引 起的软件干扰 解决方案 : 使用时 “ 远离”这些干扰 抗干扰设计的基本原则是 : 抑制干扰 源， 采用专用的抗尖蜂干扰抑制器， 或采用不 源， 切断干扰传播路径， 提高敏感器件的抗干 间断电源 U PS 。 扰性能。
一道防线 。
图1 光电锅合器的隔离电路和电平转换电路
系统监控电路具备的功能有: ( 1 上电复位. ) (2 监控电压变化。 ) (3) 程序运行监控功能; (4 ) 片使能; (5) 备份电池。

４ １ ２ 软 件 冗 余 ．．
电磁干 扰。屏蔽体 以反射 方式和吸收 方式来削弱 电磁波 ， 从
而 形 成 对 电 磁 波 的 屏 蔽 作 用 。对 付 低 频 电磁 波 干 扰 的 最 有
效 方法是选 用 高导磁材 料制 作的屏 蔽体 ，使 电磁 波经屏 蔽 体 的低 磁阻磁路通过 ， 而不 影响屏蔽体 内的 电路 。屏 蔽电场 或辐 射场 时， 选用 铜 、 、 铝 钢等 导 电率高 的材料 作屏蔽 体 ； 屏 蔽低 频磁场 时， 用磁钢 、 莫合 金、 选 坡 铁等 导磁率 高 的材 料 ； 屏蔽 高频磁 场时则应选 用铜 、 铝等导 电率 高的材料 。
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 ， 别 是 前 向通 道 的 传 感 器 接 口 为 小 电压 信 号 输 特 入 时 ， 差 会 更 加 明显 ； 是 程 序 运 行 失 常 。主 要 表 现 有 ： 误 二 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
于干扰信 号窜入了前 向传感器 通道 中， 使信号发生 了较 大的
作 者 简介 ： 铭 ， ， 南衡 阳人 ， 夏 男 湖 工程 师 ， 究方 向 ：为计 算 机 应 用。 研
一
６ 一 ０
维普资讯
硬 件 研 究
时， 电磁波 会通过 分布 电容和 电感耦 合到 信号 回路而形 成 电磁干 扰； 当距离较远 时， 电磁波 则 以辐射形 式构成干扰 。
维普资讯
总结 了产生 干扰 的 因素 ，
了 处理 方 法 。
统误 动作 ， 使控制失常Fra bibliotek。 单 片 机 由于 其 自身 体积 小 、 格 低 、 用 灵 活 、 电 少 ， 价 使 耗 已经 在 工农 业 生 产 、 研 、 学 等领 域 都 得 到 了广 泛 应 用 。 科 教 然 而 ， 业测试控制 、 疗器械研制 、 讯设 备的开发等领域对 工 医 通 单 片机 的可 靠 性 要求 越 来 越 高 。 往 已经 设 计 好 的单 片机 应 往 用 系 统 ， 置 入 现 场 后 ， 统 常 常 不 能 够 正 常 稳 定地 工 作 ， 在 系 其 干 扰的后果主要表 现在两个方面 ： 是数据 采集误差变 一

试析单片机应用中的抗干扰技术与方法摘要：单片机抗干扰技术是单片机应用系统中需要首先进行考虑的技术问题，它对于单片机应用的稳定性和可靠性有着很大的影响和作用。

本文主要结合干扰作用对于单片机系统的不利影响情况，对于单片机应用系统中比较常见的集中抗干扰技术与方法进行分析论述，以提高单片机应用中的抗干扰技术水平，保证单片机运行应用的稳定性与可靠性。

关键词：单片机系统软件工业领域抗干扰技术方法分析中图分类号：tp368.1 文献标识码：a 文章编号：1007-9416（2013）01-0025-02单片机应用系统在工业领域环境中的应用比较广泛和普遍。

通常情况下，单片机应用系统在进行仿真调试以及实验室内部的联机运行应用中，运行稳定性与可靠性都比较高，但是在进行工业环境领域的实际运行应用时，由于工业环境领域内部本身的干扰因素比较多并且复杂，容易造成单片机应用系统运行中出现一些这样或者是那样的不可控制问题，对于单片机系统设备的可靠、稳定运行有着很大的不利影响。

本文主要在对于单片机应用系统的干扰影响分析下，针对比较常见的几种单片机应用系统抗干扰技术和方法进行分析论述，以提高单片机系统中的抗干扰技术水平。

1 干扰作用对于单片机系统的影响分析随着社会经济与工业生产不断发展，单片机系统不仅在工业生产领域应用越来越广泛，而且在智能化仪表以及监控系统领域中的应用数量也越来越多，因此，对于单片机系统运行可靠性与稳定性的要求也就越来越高。

通常情况下，在单片机系统运行过程中，对于单片机系统运行可靠性与稳定性产生影响的因素有很多，而单片机系统的抗干扰能力是影响系统可靠性和稳定性的最重要因素。

根据干扰作用对于单片机系统运行稳定性与可靠性的影响情况来看，形成干扰影响的单片机系统运行可靠性干扰作用，主要有单片机系统运行环境中的放电干扰以及高频振荡干扰、电磁干扰、浪涌干扰等，这些干扰作用主要来自单片机系统工作运行的环境，不仅容易造成单片机系统程序的运行出现混乱，而且还会导致单片机系统中的硬件控制失灵以及数据采集出现较大误差，对于带有音频以及视频信号的应用系统中，干扰作用还会造成单片机应用系统出现声音失真或者是图像串色、串扰等问题，对于单片机系统的正常可靠运行有着很大的危害作用。

１ 述 概 众所周知 ，在电场 中电场强度与距离 的平 字节以上的 Ｎ Ｐ Ｏ 指令 。 这样即使程序“ 乱飞 ” 落 单 片 机 已 经 在 工 业 生 产 、 研 、 学 等 领 方存 在 着 一 个 反 比 的关 系 ，因此 如 果 我 们 拉 开 到操作 数上 ， 科 教 由于存在空 操作指 令 Ｎ Ｐ 就可 Ｏ， 域都得到 了广泛应用 ， 然而 ， 多领域对单片机 控制 系统与电磁辐射源的距离，那么电磁辐射 以使程序 自动纳入正轨 。 很
科
科技论 坛 Ｉ Ｊ Ｉ
单片机 系统抗 干扰研 究
沈 碉
（ 绍兴 县职 业教 育 中心 ， 江 绍 兴 ３２ ０ ） 浙 １０ ０
摘 要： 单片机在很 多领域得到非常广泛的应用， 但是 对其 可靠性也提 出了较高的要 求， 在单 片机 系统受到干扰 时， 就会导致程序 失控 ， 本文
从 几个方面对单片机 系统的干扰进行探 讨， 分别从硬件和软件提 出抗干扰的措施 。 关键词 ： 单片机； 干扰； 硬件； 软件
的可靠性要求越来越高。一个在实验室调试正 的强 度 就 会 明显 减 小 ，相应 的 电磁 辐 射 的 干 扰 ３． ． ２软件陷阱的设计 ２ 常的智能仪器系统 。一旦 到了实际的工作环境 也会明显的减小 。防止电磁辐射干扰的最有效 软件陷阱就是用一条引导指令 ，该指令强 中， 往往出现频繁死 机、 系统运行混乱 的现象 ， 方法之一就是使小信号和数字信号离干扰源尽 行将捕获的程序引向错误处理程序或复位地址 其原 因主要在于各 可能的远 ， 并且要将控制器屏蔽起来 ， 即我们要 ０ ０ Ｈ ０ ０ 。就是当单 片机在执 行程序过程中受 到 种各样的干扰 ，因此对 于单片机系统的可靠性 将控制器装入一个屏蔽的金属盒子中。然后再 干扰使 Ｃ Ｕ离开原有 的“ Ｐ 轨道 ” 飞进入非程 乱 冗余指令就失去了作用 。 时可通过软件 此 设计 、 抗干扰技术的研究显得尤为重要 。 将金属盒的外壳与大地相连接 ，这样 电磁辐射 序 区， ２ 片机系统的干扰来源及其后果 单 不会再影 响到控制器件的正常工作 了。 陷阱迫使程序强制跳转到错误处理程序，使程 单片机应用环境 中， 干扰是以脉冲的形式 ３１ ．３电路板的抗干扰设计 ． 序重新纳入正轨 ， 提高单 片机的可靠性 。 进入单片机 系统 ， 主要有三条渠道 ，有电源干 在 电路板设计时，为降低系统各连线之间 但是在单片机系统中不能随意设置软件陷 扰、 过程通道干扰和电磁波干扰等 ， 中最广泛 的分布参数 ，单片机采用的电路板最好选用 ４ 阱 ， 其 否则会打断程序的正常流程 ， 造成程序执行 也是最严重的干扰是电源干扰。 层 以上 ， 采用分层处理 的布线设计 ， 中间两层为 紊乱 ，一般放 置在 空白的 Ｅ Ｒ Ｍ区域和一些 ＰＯ 单 片机是高速运行 的数字运 算和处理器 电源及地 ； 注意将强 、 电路分开 ， 弱 不要把 它们 跳转指令等断点（ 如在 Ｒ Ｔ指令之后） Ｅ 。 件， 如果在运行过程中电源不稳或受到前向通 设计在一块电路板上 ，特别是系统 中采样信号 ３２３看门狗技术 ．－ 道 、后向通道以及与单片机系统相连的其 它器 取 自 ２ ０ 交流电，更应注意防止交流干扰及 ２Ｖ 在系统运行时启动看门狗计数器 ，看门狗 件和设备的干扰 ， 易使 Ｃ Ｕ的程序处 理产生 高压放电 ；电源线的走向尽量与数据传递方 向 就开始 自动计数，到 了规定 时间如果没有够计 极 Ｐ 错乱 。另外 ， 单片机工作频率较高 ， 围产生 致 。将正 负载流的导线分别布在电路板 的两 数器重新置初 值，看门狗计数器就会溢出从而 向周 的电磁辐射也会影响 自 身工作 ； 同时 ， 的电 面 ， 外部 并设法使两个载流导体平行 ； 将模拟地与信 引起看门狗 中断 ， 使系统复位 。 磁信号 ， 特别是感性负载通断时产生 的电磁干 号地分离， 接地线应尽量加粗 ， 在印制 电路板 的 ３ ． 机 自检 ．４开 ２ 扰， 都会影响单片机控制系统的工作 。 各个 关 键 部 位 配置 去 耦 电容 器 ，如 Ｃ Ｕ 、 Ｐ 开 机 自检 程 序 通 常 包 括 对 Ｒ ＡＭ、 Ｏ 和 ＲＭ 单 片机受到干扰 ， 其后果主要 表现在两个 Ｒ ＡＭ、 Ｏ Ｒ Ｍ等 主芯 片 ，以及 ＶＣ Ｃ和 Ｇ Ｄ之问 Ｉ Ｎ ／ Ｏ口状 态的检 测 。在 编制程序 时将 Ｒ Ｍ 或 Ａ 方面 ： 一是数据采集误差变大。 干扰侵入单片机 接电解 电容及瓷片电容 ，去掉 高、低频干扰信 Ｒ Ｍ 中的内容分区存放 ， Ｏ 在程序运行初始或 中 系统的前 向通道叠加在信号上，数据采集误差 号 。 间过程经常对这些数据进行 比较检查 ，若发现 增 大，特别是前 向通道的传感器接 Ｉ为小电压 ： １ ３１ ．． ４接地设计 数据 出错 ， 则重写这些数据。 信号输入时 ， 误差会更加明显 ； 二是程序运行失 单 片机 系统 中接地是 一个非 常重 要的 问 ３ ．延 时抖动技术 ．５ ２ 常。 主要表现有 ： 控制状态失灵 、 死机、 系统被控 题 ， 有利于系统稳定工作 。 在单片机系统中主要 单片机系统可能会遇到强干扰 ，如浪涌电 对象误操作 、 被控对象状态不稳定、 定时不准和 有模 拟地和数字地两种地线。 由于模拟地 与电 压 、 电源过压 、 欠压以及尖峰干扰等 ， 在软件设 数据发生变化等。 网直接相连 ， 火地 ”故会串人电网中的各种 计中可 以采取措施加 以避 开 ，当干扰到来时 。 为“ ， ３ 单片机系统抗干扰分析 干扰 ，而数字地富含各种高次谐波并具有较强 使 Ｃ Ｕ暂停工作 ，待干扰 过后 再恢复 Ｃ Ｕ工 Ｐ Ｐ ３１ ．单片机硬件抗干扰 辐射作用。常见的接地方法由 ： 首先 ， 一点接地 作 。 硬件抗干扰设计主要 针对开关 电源干扰、 和多点接地。 在接地设计时 ， 当系统工作频率小 结束语 电磁辐射干扰、 信号传输通道干扰这三个方面， 于 Ｉ ＭＨｚ ， 蔽 线 应 采 用 一 点 接 地 ； 系 统 工 时 屏 当 抗干扰技术是单片机系统设计过程 中的重 我们可 以从以下几个方面来进行单片机的防干 作频率在 Ｉ ｚ １ ＭＨ 时 ， ＭＨ ～ ０ ｚ 屏蔽线应采用 多点 要 环节 ， 合理的使用软件 、 硬件抗干扰技术 ， 可 扰设 计 ： 接地 ； 其次 ， 机箱 的外壳与屏蔽层直接接地 ， 使 系统最大限度地避免干扰的产生 ，使系统恢 将 ３１ ．． １开关电源设计 以起到防漏电的效果 ； 最后 ， 数字地和模 拟地应 复正常 ， 保证 系统长期稳定可靠 的工作。 在以往 解决开关 电源干扰 的有 效方法是 减少干 该分开接地 ， 最后在一点接于电源端地线 。 的单片机系统抗干扰设计中 。本文介绍的几种 扰源的噪声能量 ， 的措施如下 ： 相应 ３２单 片 机 软 件抗 干 扰 ． 抗干扰方 法在实际应用当中具有一定的参考价 首先 ， 减少环路 面积 ， 要求 开关 电源在一 随着单片机实用 系统越来越复杂 ，工作环 值 ， 由于干扰源的性质不同， 在仪器中通 常并用 次整流回路 中二极管与变压器彼此靠近 ，在二 境的干扰也越来越严重 。要保证新型微控制器 这些抗干扰方法 ， 取长补短相互完善 ， 以达到最 次整流回路中 ， 二极管 、 变压器和输 出电容彼此 的 可靠 性 、 全性 ， 必 须 在提 高硬 件 可 靠 性 的 佳的抗干扰效果 ， 安 就 保证 系统 长期稳定 、 可靠 、 安 靠近。 基础上 ， 在程序设计 中采取措施 ， 通过软件技术 全 的运 行 。 其次 ，在电源输入端连接低通滤波器 ， 滤 增强系统的稳定运行能力。 参 考 文献 波高次谐波以改善电源波形 ，这样既可以抑制 ３２１ ．．指令冗余设计 Ｉ】 立民． １何 单片机 高级教 程『 ． Ｍ１ 北京： 北京航 空 开关电源产生并 向电网反馈 的干扰 ，也 可以抑 在 Ｃ Ｕ受到干扰后 ， Ｐ 会将 一些操作数作 为 航 天 大学 出版 社．０ ０ ２０． 制来 自电网的噪声对电源本身 的侵害 ；在开关 指令码来执行 ， 从而导致程序紊乱。 指令冗余是 【】 ２ 吴黎 明． 片机 原理及应 用技术［ ． 单 ＭＩ 北京： 科 电源次级加低通滤波器可吸收变压器产 生的浪 指 在 程 序 的关 键 地 方 插 入 一 些 单 字 节 指 令 ， 或 学 出版 社 ．３５ ２（． （ ３ 涌 电压。最 后 ， 采用变压器 双隔离（ 、 初 次级屏 将有效单字节指令重写 。Ｎ Ｐ Ｏ 指令的插入是指 蔽） 措施减少分布电容， 高系统抗共模干扰能 令 冗 余 设 计 的 一 种 主 要 方 式 ， Ｓ ５ 提 ＭＣ 一 １系 列 的 力。 所有指令都不超过 ３字节 ，且大部分单宁节指 ３１ ．２电磁辐射防干扰的设计 ． 令 ，因 此 在 双 字 节 指 令 和 ３字 节 指 令 后 插 人 ２

单片机别称微控制器，是把一整套的计算机系统集成到一块芯片上，具有质量轻、体积小、成本低、易开发与应用等优点。

因此，单片机在我们日常生活中的应用十分广泛，已经渗透到通信设施、导航系统、电器以及程控玩具等多个领域。

但是当下的生活环境，单片机的运行必然受到各种干扰，这些干扰会使单片机在运行中出现失误甚至系统失灵，造成极大损失，因此，单片机系统的抗干扰能力和技术一直是受关注的重要课题。

一、单片机系统主要干扰源及其危害 1、单片机系统主要干扰源单片机易受干扰与其结构组成有很大关系。

单片机一般由信号检测、信号处理与控制、信号驱动、系统交互以及显示五大部分组成，不仅包含了各种传感器、继电器、接触器、电磁阀，而且还有各种集成电路和多种耦合器件、执行器件、显示器件等。

这种复杂的结构导致单片机极易受到内外干扰源的干扰。

单片机系统自身运行产生的放电、高频振动等噪声和电磁波以及外部环境中的各种电磁波、信号等都会对单片机系统产生干扰。

干扰源产生的干扰主要通过耦合通道对单片机系统产生作用。

主要的耦合方式有：（1）直接耦合。

直接耦合是单片机干扰最普遍的方式。

这种方式主要是干扰信号通过导线直接传到被干扰线路中而对单片机的电路产生干扰。

（2）公共阻抗耦合。

这种耦合方式发生的条件是一个电源电路对几个电路供电时，当电源不是理性的内阻抗为零的电压时，则起内阻抗就成为几个电路的公共阻抗。

只要其中某一电路发生变化，便会使其他供电电压发生变化。

（3）电容耦合。

又称静电耦合或是电场耦合。

主要是电位变化在干扰源和干扰对象之间产生的静电感应。

（4）电磁感应耦合。

磁场存在于任何载流导体周围，若是交变磁场，则会对周围的闭合电路产生感应电势。

在设备圈内部如果线圈或变压器漏磁则会产生很大干扰，在设备圈外，当三根导线在长区间架设时也会产生干扰。

（5）辐射耦合。

电流流经导体会在导体周围产生电力线和磁力线，并发生高频变化，从而形成在空间传播的电磁波。

电磁干扰是种无规则的干扰方式，很容是通过电源线传到单片机系统中。

5．开机自检自诊断，RAM中重要内容要分区存放，经常进行比较检查，机器不能带病工作
6．表格参数放在EPROM中，检验和存于最后单元，防止EPROM内容被修改
7．加看门狗，软件走飞可从头开始
8．开关信号延时去抖动
9．IO口正确操作，必须检查口执行命令情况防止外部故障不执行控制命令
10．通讯应加奇偶校验或查询表决比较等措施，防止通讯出错
（2）递推平均滤波法
该方法是把N个测量数据看成一个队列，队列的长度为N，每进行一次新的测量，就把测量结果放入队尾，而扔掉原来队首的一次数据。计算N个数据的平均值。对周期性的干扰，此方法有良好的抑制作用，平滑度高，灵敏度低。但对偶发脉冲的干扰抑制作用差。
（3）防脉冲干扰平均值滤波法
理想的复位特征应该是：系统可以鉴别是首次上电复位（又称冷起动），还是异常复位（又称热启动）。首次上电复位则进行全部初始化，异常复位则不需要进行全部初始化，测控程序不必从头开始执行，而应故障部位开始。
（1）上电标志的设定方法
①SP建立上电标志。
②PSW．5建立上电标志。
2．4 睡眠抗干扰
在实际应用中，强干扰的来源往往是系统本身，例如被控负载的中断状态变化等。而这种干扰是可预知的，在软件设计时可采取适当措施避开。当系统接通或断开大功率负载时，暂停一切数据采集等工作。待干扰过后，再恢复进行。这比单纯在硬件上采取抗干扰措施要好的多。8031单片机中有一个电源控制寄存器 PCON。当PCON．0＝1时，8031单片机进入等待工33作状态。这时单片机时钟被封锁，所有I／O口引脚均保持进入等待工作方式前的状态，内部时钟仍然继续供给中断系统定时／计数器和串行口、8031单片机现场（栈指针、程序计数器PC、状态字PSW、累加器ACC、内部RAM）和其他特殊功能寄存器内容保持不变。中断退出和硬件复位均可使8031单片机退出睡眠状态。

是来 自系统外部其它电气设备产生 的干扰。 这些干扰大致分为 四类 ： （ 一）
的时间处于睡眠状态 ， 从而使 Ｃ Ｐ Ｕ受到随机的干扰大大减少。
（ 四 ）软件 “ 看 门狗”技术 ：也称为程序运行监视系统 ，当指令冗
放 电干扰 ； （ 二） 高频震荡干扰 ； （ 三） 浪涌干扰 ； （ 四） 电磁干扰 。这些 干扰对单片机造成 的影响主要有 ： 数据采集误差增大；控制状态失灵 ； 数据受干扰发生变化 ； 程序运行失常。
行。
（ 二） 程序区受干扰后不会被破坏 。对于单片机应用系统表格 、常 数及程序固化在 Ｒ Ｏ Ｍ中 ，可以保证干扰后不被破坏 ，但对 于在 Ｒ Ａ Ｍ区 运行程序 的应用系统，就不能保证程序不被破坏 ，只能在干扰过后 ，重
新向Ｒ ＡＭ区调入程序。
参考文献
［ １ 】 何 立 民． 单片机 应用 系统设计 ［ Ｍ ］ ． 北京： 北京航 空航天 大学 出版
（ 一 ）受干扰后 ，单片机应用系统硬件部分不会受 到任何损坏 ，设 置有监测状态 ，可供查询 。
定时器溢出 ， 产生高优先级中断 ， 从而跳出 “ 死循环” 。 结 语 本文介绍了单片机应用系统软件抗干扰技术 ，由于软件设计灵活 ， 节省硬件资源 ，当应用 系统受到干扰而瘫痪时 ， 抗干扰软件则发挥作用 引导系统进入正轨 ， 从而提高系统的可靠性和稳定性 ，确保 系统正常运
社． １ ９ ９不能改变 ，即使改变也能恢复 。
三 、 单 片 机 应 用 系 统 软 件 抗 干 扰技 术
当单片机应用系统瘫痪或者不能正常工作时 ，通常可以通过手工复
［ ２ 】 吴黎明． 单片机原理及 应用技术 ［ Ｍ ］ ． 北京：科学 出版社． ２ ０ ０ ５ ． ［ ３ ］ 雷林均 ． 单片机控制装置 安装与调试 ［ Ｍ ］ ． 北 京：电子工业 出版

.2009-10-08 | 抗干扰和接地除了正确进行接地设计、安装,还要正确进行各种不同信号的接地处理。

控制系统中，大致有以下几种地线：（1）数字地：也叫逻辑地，是各种开关量（数字量）信号的零电位。

（2）模拟地：是各种模拟量信号的零电位。

（3）信号地：通常为传感器的地。

（4）交流地：交流供电电源的地线，这种地通常是产生噪声的地。

（5）直流地：直流供电电源的地。

（6）屏蔽地：也叫机壳地，为防止静电感应和磁场感应而设。

以上这些地线处理是系统设计、安装、调试中的一个重要问题。

下面就接地问题提出一些看法：（1）控制系统宜采用一点接地。

一般情况下,高频电路应就近多点接地，低频电路应一点接地。

在低频电路中，布线和元件间的电感并不是什么大问题，然而接地形成的环路的干扰影响很大，因此，常以一点作为接地点；但一点接地不适用于高频，因为高频时，地线上具有电感因而增加了地线阻抗，同时各地线之间又产生电感耦合。

一般来说，频率在1MHz以下,可用一点接地；高于10MHz时，采用多点接地；在1～10MHz之间可用一点接地，也可用多点接地。

（2）交流地与信号地不能共用。

由于在一段电源地线的两点间会有数mV甚至几V 电压，对低电平信号电路来说，这是一个非常重要的干扰，因此必须加以隔离和防止。

（3）浮地与接地的比较。

全机浮空即系统各个部分与大地浮置起来，这种方法简单，但整个系统与大地绝缘电阻不能小于50MΩ。

这种方法具有一定的抗干扰能力，但一旦绝缘下降就会带来干扰。

还有一种方法，就是将机壳接地，其余部分浮空。

这种方法抗干扰能力强，安全可靠，但实现起来比较复杂。

（4）模拟地。

模拟地的接法十分重要。

为了提高抗共模干扰能力，对于模拟信号可采用屏蔽浮技术。

对于具体模拟量信号的接地处理要严格按照操作手册上的要求设计。

（5）屏蔽地。

在控制系统中为了减少信号中电容耦合噪声、准确检测和控制，对信号采用屏蔽措施是十分必要的。

根据屏蔽目的不同，屏蔽地的接法也不一样。