单片机系统抗干扰性能方面分析方案

单片机系统抗干扰技术措施徐本升(七煤(集团)公司社保局，黑龙江七台河154600)廛屉科夔[}商要]单片机系统主要由信号检测部分、信号处理及控制部分、控制信号驱动部分、拳统零毒部分、显示部分组成。

干扰的种类主要来自系统内部元器件在系统中的状态和系统外部其它电气设备产生的干抚。

硬件抗干扰措施是电潺的抗干扰设计，屏蔽抗干技技术，双绞线及光纤的使用，去耦电路。

软件抗干就措-旌旋出错处理程序，建立软件陷阱，使用空操作指令。

‘‘、联蠢建i司]单片机；系统；抗干扰技术‘，单片机应用系统的硬件电路构成比较复杂、所用元件品种繁多，有的工作场所环境比较差，由于这些原因，为了保证单片机应用系统能够在各种环境下能正常运行，系统的抗干扰性就是一个非常重要的指标。

抗干扰就是针对干扰产生的性质、传播途径、侵入的位置和侵入的形式，采取相应的方法消除干扰源，抑制干扰传播途径，减弱电路或元件对噪声干扰的敏感性，使单片机系统能在线正常、稳定地运行。

1单片机系统的组成一个单片机应用系统的硬件电路是由如下几个部分构成的：1)信号检测部分：2)信号处理及控制部分：3)控制信号驱动部分；4)系统交互部分；5)显示部分。

由此可见一个单片机应用系统的成分是相当复杂的，从各种类型的传感器到名目繁多的各种继电器接触器、电磁阀，从类型繁多的集成电路到各种各样的耦合器件、执行部件、显示器件等。

2干扰的种类干扰就是叠加在有用信号上的不需要的信号。

是影响路正常工作的另一种噪声。

干扰以某种电信号的形式，通过一的渠道。

混入有用信号中侵人单片机系统，造成系统工作不稳定在各种实际环境中，干扰总是存在的，这些干扰能降低电子系统准确性甚至破坏其可靠性。

干扰有两种：一是来自系统内部元器件在工作时产生的干扰通过地址、电源线、信号线，分布电容和电感等传输，影响系统工状态。

二是来自系统外部其它电气设备产生的干扰。

通过传导辐射等途径影Ⅱ向单片机系统的正常工作。

干扰对单片机应用系统的作用有3个部位：1)输入系统。

生产一线单片机系统抗干扰浅析文⊙罗小红（衡东县职业中专学校）摘要:在实验室研制并通过调试的单片机系统，将其置入现场后，往往出现这样或那样的问题，系统变得不稳定，影响其正常工作。

产生这种情况的原因主要是由于所在环境中各种干扰造成的，以致单片机系统的可靠性由多种因素决定的，而系统抗干扰性能就成为系统可靠性的重要指标。

因此，单片机应用系统中抗干扰问题也就成为设计应用中重要的课题。

关键词:单片机系统；干扰来源；抗干扰技术单片机由于其优异的性能价格比，在过程控制、运动控制、智能仪表、医疗器械等各个领域的应用越来越深入和广泛，有效地提高了生产效率和经济效益。

然而，单片机系统工作时，可能出现这样或那样的问题，使系统变得不稳定，影响正常工作。

产生这种情况的原因主要是由于所在环境中各种干扰造成的，以致单片机系统的可靠性由多种因素决定，而系统抗干扰性能就成为系统可靠性的重要指标。

因此，单片机应用系统中抗干扰问题也就成为设计应用中重要的课题。

一、单片机干扰来源及后果干扰用数学语言描述为d u/dt ,d i /dt ，雷电、继电器、可控硅、电机、高频时钟等都可能成为干扰源。

典型的干扰传播路径是通过导线的传导和空间的辐射。

敏感器件有A/D 、D/A 变换器，单片机，数字I C ，弱信号放大器等。

（一）干扰的分类按产生的原因分有放电噪声、高频振荡噪声、浪涌噪声。

按传导方式可分为共模噪声和串模噪声。

按波形可分为持续正弦波、脉冲电压、脉冲序列等。

（二）干扰的耦合方式干扰源产生的干扰信号是通过一定的耦合通道才对测控系统产生作用的。

耦合方式是通过导线、空间、公共线等，主要有：1、直接耦合。

这是最直接、最普遍的一种方式。

比如干扰信号通过电源线侵入系统。

对于这种形式，最有效的方法就是加入去耦电路。

2、公共阻抗耦合。

常常发生在两个电路电流有共同通路的情况。

为了防止这种耦合，通常在电路设计上就要考虑。

使干扰源和被干扰对象间没有公共阻抗。

单片机测控系统的抗干扰能力分析摘要：由于工作环境的多样性，单片机测控系统在工作过程中所受干扰比较大。

为了减少这种影响，提出了抗干扰技术，它是一项系统性的工程，该系统开发的整个过程与环节都要进行抗干扰能力的设计。

本文分析了干扰的来源与形成以及其对单片机测控系统产生的不良影响，从硬件、软件两方面来讨论单片机的抗干扰能力，尽可能的提高整个单片机测控系统的稳定性与可靠性。

关键词：单片机；测控系统；抗干扰能力中图分类号：tp274 文献标识码：a文章编号：1007-9599 (2013) 05-0000-02随着单片微型计算机的应用越来越广泛，主要用于智能化仪表中，尤其是测量控制系统的微型计算机，它是一种新型的微电子设备，具有完善的智能化特性，因而在工业系统中高达90%采用的是单片机测控系统。

由于工业环境中到处都是强弱电设备，不仅有数字电路还有不同模拟电路形成一个强电与弱电数字与模拟共存的局面，同时工作环境电磁干扰强、环境恶劣，其工作性与可靠性都会收到极大的影响。

因此，有必要对单片机测控系统的抗干扰能力进行研究，提高其在电磁环境中的适应能力以及稳定性。

1干扰的来源及形成1.1干扰的来源。

（1）较恶劣的供电环境。

属于重工型企业的铝厂，设备多数是大功率、大感性负载，启动或停止它们都会造成电网电压的大幅度变化，出现欠压、过压的现象，甚至有时候是额定电压的10%，出现这种情况可能持续几分钟或更久。

另外，大功率开关的通断也会造成电网产生尖脉冲，当尖脉冲跟电网的正弦波两者相叠加的时候，其通过交流电源进入到计算机内，对计算机造成了极大的危害，通常情况下，使得计算机发生“飞程序”，出现鼠标乱跳、打印机误动作等故障，使得计算机系统半瘫痪。

（2）严重的噪声环境。

为了实现数据采集或实时控制，模拟量、开关量的输入/输出信号线和控制线长达十几米至几百米，从而对计算机系统的干扰无从避免。

在高压系统调试后，发现在足够大的干扰下，极大的影响了线路分布电容的参数，同时，它对微型计算机引入了够强的干扰，轻微情况只是程序发生错误，影响其正常工作，严重情况下可能导致程序被冲或微机芯片直接被损坏掉【1】。

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。

PIC单片机抗干扰设计摘要:单片机已经普遍应用到各个领域,对其可靠性也提出了更高的要求。

影响单片机可靠性的因素很多,但是抗干扰性能是最重要的一个因素之一。

本文对PIC单片机抗干扰设计主要从硬件干扰抑制技术和软件干扰抑制技术两个大方面来进行分析。

关键词:PIC单片机抗干扰硬件软件1 硬件干扰抑制技术1.1 采用合理的隔离技术采用合理的隔离技术对单片机抗干扰起着非常重要的作用。

隔离不仅能够将外来干扰信号的通道阻断,而且还可以通过控制系统与现场隔离实现抗干扰目的,使得彼此之间的串扰最大限度地降低。

常用的隔离技术主要包括变压器隔离方式、布线隔离方式、光电隔离方式和继电器隔离方式等。

1.2 合理选择系统时钟PIC单片机系统时钟频率为0～20MHz,时基震荡方式主要有四种,每一种时基震荡方式由不同的时基频率相对应:外接电阻电容元件的阻容振荡方式RC,频率为0.03MHz～5MHz;低频晶体振荡器/陶瓷谐振器振荡方式LP,频率为32.768kHz或200kHz;标准晶体振荡器/陶瓷谐振器振荡方式XT,频率为0.2MHz～4MHz;高频晶体振荡器/陶瓷谐振器振荡方式HS,频率为4MHz～20MHz。

外接方式主要有三种:外接晶体振荡器/陶瓷谐振器、外接时钟电路、外接RC。

用户在选择基振荡方式和外接方式时可根据PIC单片机应用系统的性能、应用场合、价格等因素来进行。

外接时钟属于高频噪声源,从可靠性方面来讲,不仅会干扰本应用系统,而且还能够干扰外界。

频率越高越容易成为噪声源,因此应采用低频率的系统时钟,但是必须把与系统性能要求相符作为前提条件。

1.3 合理设计电路板在电路板设计时,不要只是采用单一的PCB板进行,而应尽可能多的采用多层PCB板来进行,其中一层用作接地,而另外一层用作电源布线,这样就使得退耦电路形成,同时,这样的电路其屏蔽效果也比较好。

如果对空间没有任何的硬性规定,同时要成本因素进行考虑,此时在设计电路板时就可以采用单层或者双层的PCB板进行布线,这样需要从电源单独引电源线进行布线,并将其逐个分配到每个功能电路中,另外,还要将所有的地线汇集到靠近电源地的一个点上。

单片机系统软件抗干扰设计【摘要】本文主要讨论了在基于单片机的测控系统中，如何通过软件抗干扰设计，提高系统稳定运行的可靠性和安全性。

【关键词】冗余；软件陷阱；中断；程序监视定时器0 引言随着单片机测控系统越来越复杂，工作环境的干扰也越来越严重。

面对环境恶劣的工业现场，大量的干扰源虽然不会造成单片机系统硬件的破坏，却常常会侵入系统破坏数字信号的时序，更改单片机寄存器内容，导致程序在地址空间内“乱飞”，或者陷入死循环。

因此，要保证新型微控制器的可靠性、安全性，就必须在提高硬件可靠性的基础上，在程序设计中采取措施，通过软件技术增强系统的稳定运行。

由于程序设计灵活，节省硬件资源，所以软件抗干扰设计越来越引起人们的重视。

下面，就以MCS-51系列单片机为例，讨论在基于单片机的测控系统中，主要应用的软件抗干扰设计。

1 指令冗余设计“指令冗余”就是在程序关键的地方人为插入一些单字节指令，或将有效单字节指令重写。

它是使程序从“乱飞”状态恢复正常的一种有效措施，其前提条件要求PC指针必须指向程序运行区，且必须执行到冗余指令。

正常情况下CPU取指令过程是先取操作码，再取操作数，当指令计数器PC受到干扰出现错误时，程序便脱离正常轨道“乱飞”，导致CPU把一些操作数当作操作码来执行，从而引起整个程序的混乱。

NOP指令的插入是指令冗余设计的一种主要方式，由于MCS-51的所有指令不超过3个字节，且多为单字节指令，所以通常是在双字节指令和三字节指令后插入两个字节以上的NOP指令。

这样即使程序“乱飞”落到操作数上，由于空操作指令NOP的存在，就避免了后面的指令被当作操作数执行，使程序自动纳入正轨。

此外，在对于程序流向控制起决定作用（如RET、ACALL、LJMP等）或对系统工作状态起重要作用（如SETB等）的指令后面，插入两条NOP指令或重复写入该指令，也可迅速将乱飞程序纳入正轨，确保这些重要指令的正确执行。

2 软件陷阱的设计当乱飞的程序进入非程序区，冗余指令便失去作用。