单片机应用系统的抗干扰技术研究

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单片机 系统在实 际中的应用 比较广 泛和普遍 ，抗干扰技 术是 单片应用 系统设计过程 中的重要环 节。进行单 片机系统 抗干扰 技术与方法 的分析研 究，有利于提 高单片机 系统运行 的稳定性 与可靠性 ，具 有积 极的作用 和意义。 干扰作用对于单片机系统的影响分析 社会 经济 水平 的进步和 工业生产水平 的提高 ，对 于单片 机系统的大规模运用和发展具有相当积极 的意义 ，现 如今智能 化仪表 以及相关 的监 控系统之 中也会大量 的用到单片机 而不 再局限于以往 的仅在工业 生产这一单一领域应用 。故而，单片 机系统也在大量的使用之下被赋予 了更 高的期待 ，其工作过程 中的稳定性和可靠性也势必要大大提升 。而对于上述性能 的影 响条件在 实际工作过程之 中不在少数，所 以说提 升系统 的干扰 性能是实现单片机系统性 能的关键所在 。就实际干扰单片机系 统工作 的各种因素分析可知 ，高频振荡干扰、电磁干扰 以及浪 涌干扰是 影响单片机 系统不能有效 的进行可靠稳 定 的工作最 主要 的原 因。上述干扰的来源主要是其系统的工作环境之 中所 本身存在 的，这不仅仅会使得系统程序发生紊乱，而且还会使 得单片机系统在收集数据的过程之 中容易出现重大 的失误 ，甚 至使得单片机内部的硬件失去控制 ，若是该应用系统之中还包 含 了音频或是视频信号的情况下，那么造成 的干扰现象就更加 的显著，失真，串色 ，串扰等等现象都有可能会发生 。 二、单片机应用系统 的硬件抗干扰设 计 （ 一 ）供 电系统。为 了使得 电能够保 持稳定 以避 免 由于 电源系统产生对于单片机的应用系统干扰，可 以使用交流稳压 器 ，从 而避免 电源 出现 电压 过大或者 是不足 的现 象。分别 使 用低通和 隔离两种变压器来 实现 高频 噪声和工频两种的过滤 。 主机部分的供电和其他部分隔开，通过使用独立的稳压电路 来 供 电确保不受其他部分干扰 ，而开关电源则提供剩余功率的供 应，如果需要 的情况下输 入输 出的供 电还可 以使用 Ｄ Ｃ — Ｄ ｃ模块 来进行分隔。 （ 二 ）注意印制 电路板的布线与工艺。在选取 电 路板的时候 ，多层板是一个最佳的选择 ，因为多层板从性 能上 面要更加的优秀 ，通 过稳定的接地网络能有效的避免元件互相
一
、
产 生耦 合 和 与 地 之 间 的 电位 差 出现 。 印刷 电路 板 的 过程 一 定 要
严 谨，其分区一定要有合理的保证 ，不论是数字和模拟 电路 ，
还是功 率驱动都不能离的太近 ，区与区之间尽可能的分 隔开 ， 尤其是地线绝对不能混用 ，一定要和各 自的 电源端连接 。走线 方 式一 定要注意 ，尽可能的不要在焊接面和元件面 上出现平行 走线 的情况 ， 不论是弯 曲还是垂直斜交的走线方式都是可 以的， 这样可 以避免寄生耦合 的加剧；接近的两个导线之 间尽可能的 控 制相互平行的部分 的长度，越 小越好 ；而信号线之 间尽可能
通过地线 围起来 。时钟的使用 要在符合系统规范的情况下尽可 能使用低频 率 的。输 出的负载太大 的话，输 出的 电压就会 降 低 ，这样的话电压就可能会达不到驱动电压 ，这样 的话系统也 会产生不稳定的现象 。 （ 三 ）用好去耦电容 。好的高频去耦 电 容可 以去除高到 １ Ｇ Ｈ Ｚ的高频成分 。陶瓷片 电容或 多层陶瓷 电 容 的高频特 性较好 。设计印刷线路板时，每个集成电路的电源 与地之间都要加一个去耦 电容 。去耦电容有两个作用 ：一是， 本集成 电路的蓄 能电容，提供和吸收该集成 电路开门、关门瞬 间的充放 电能；二是 ，旁路掉该器件的高频噪声。数字 电路中 典 型的去耦 电容为 ０ ． １ ｕ Ｆ的去耦 电容，它有 ５ ｎ Ｈ分布 电感 ， 它 的并行 共振频率大约在 ７ Ｍ ｔ ｔ ｚ 左右 ，也就是说对于 １ ０ Ｎ ｔ ｚ以 下 的噪声有较好 的去耦作用，对 ４ ０ Ｍ ｔ ｔ ｚ以上的噪声几乎不起作 用 。１ ｕ Ｆ和 １ Ｏ ｕ Ｆ电容 并行 共振频 率在 ２ ０ Ｍ Ｈ ｚ以上 ，去除 高 频率噪声的效果要好一些。在 电源进入 印刷板的地方设置一个 １ １ ． ｔ Ｆ或 １ Ｏ ｕ Ｆ的去高频 电容 往往是有利 的，即使是用 电池供 电的系统也需要这种 电容 。每 １ Ｏ 片左右 的集成 电路要加一片 充放 电电容 ，或称为蓄放 电容 ，电容大小可选 １ Ｏ Ｆ 。最好不 用 电解 电容 ，原因是电解 电容是两层薄膜卷起来 的，这种卷起 来的结构在高频时表现 为电感 ；最好使用钽电容或聚碳酸酝 电 容。 （ 四）使用双机冗余设计。在对控制系统 的可靠性有严格 要求的场合 ，使用双机冗余可进一步提高系统抗干扰能力。双 机冗余 ， 就是执行 同一个控制任 务， 可安排两个单片机来完成， 即主机与从机 。正常情况下，主机掌握着三总线的控制权 ，对 整个系统进行控 制，此时 ，从机处于待机状态 ，等待仲裁器的 触 发。当主机 由于某种原因发生误动作时，仲裁器根据判别条 件 ，若认为主机程序 己混乱，则切断主机 的总线控制权 ，将从 机 唤醒 ，从机将代替主机进行处理与控制。 三 、软件抗干扰技术 正是因为感染信号是因为多方面的因素共 同参与产生 的， 且 其具有相 当的不确定 性，故而 即便是 向硬件 之 中运用 了抗 干扰 技术也 依然不能确保 系统的工作状态 能够一直稳定 。正 因如 此 ，还需要 通过一些软 件的相关技术对硬 件技术 的不足 进行 弥补 。软件 抗干扰技术 之中有两种 非常重要 的方法 ，分 别 为对 于输入信 号 的重 复检 测， 以及数字 滤波。在设计 实际 使用 的单片 的过 程之 中一定 要确保在软件之 中做好安全保护 措施 以防 Ｒ Ａ Ｍ数据缺 失，因为单片机 系统如果受 到强干扰而 面 临着无法 正常工作 的情况下 ，对 于其 Ｒ Ａ Ｍ影 响非常大 ，其 内部数据将很有可能会被破坏 。 参 考文献：
单片机应用系统的抗干扰技术研究
董安龙 （ 曲阜师 范大学，山 东济宁 ２ ７ ３ １ ６ ５） 摘 要：单片机应 用系统的抗干扰能力技 术包括硬件抗干扰技 术和软件抗干扰技 术， 软件技 术又包括数字滤波方法、 输 出信号检测技术及输 出端 口刷 新等 方法。需要将软件抗干扰技术与硬件抗干扰技 术进行 结合 ，能及时有效地避免 干 扰的发生。因此 ，随着相 关技术的高速发展 ，鉴于单片机抗 干扰技术的重要性 ，我们更需要 注重对抗干扰技术的研 究。 关键词 ：单片机 ；系统软件 ；工业领域 ；抗干扰技术 ；方法；分析