第6章 6.6 软件抗干扰技术

软件抗干扰的几种办法在提高硬件系统抗干扰能力的同时，软件抗干扰以其设计灵活、节省硬件资源、可靠性好越来越受到重视。

下面以MCS-51单片机系统为例，对微机系统软件抗干扰方法进行研究。

1、软件抗干扰方法的研究在工程实践中，软件抗干扰研究的内容主要是：一、消除模拟输入信号的噪声(如数字滤波技术);二、程序运行混乱时使程序重入正轨的方法。

本文针对后者提出了几种有效的软件抗干扰方法。

(1) 指令冗余CPU取指令过程是先取操作码，再取操作数。

当PC受干扰出现错误，程序便脱离正常轨道“乱飞”，当乱飞到某双字节指令，若取指令时刻落在操作数上，误将操作数当作操作码，程序将出错。

若“飞”到了三字节指令，出错机率更大。

在关键地方人为插入一些单字节指令，或将有效单字节指令重写称为指令冗余。

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。

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

此外，对系统流向起重要作用的指令如RET、RETI、LCALL、LJMP、JC等指令之前插入两条NOP，也可将乱飞程序纳入正轨，确保这些重要指令的执行。

(2) 拦截技术所谓拦截，是指将乱飞的程序引向指定位置，再进行出错处理。

通常用软件陷阱来拦截乱飞的程序。

因此先要合理设计陷阱，其次要将陷阱安排在适当的位置。

软件陷阱的设计当乱飞程序进入非程序区，冗余指令便无法起作用。

通过软件陷阱，拦截乱飞程序，将其引向指定位置，再进行出错处理。

软件陷阱是指用来将捕获的乱飞程序引向复位入口地址0000H的指令。

通常在EPROM中非程序区填入以下指令作为软件陷阱：NOPNOPLJMP 0000H其机器码为0000020000。

陷阱的安排通常在程序中未使用的EPROM空间填0000020000。

最后一条应填入020000，当乱飞程序落到此区，即可自动入轨。

在用户程序区各模块之间的空余单元也可填入陷阱指令。

浅谈单片机软件抗干扰技术摘要：本文主要讨论单片机软件抗干扰技术的应用与实现。

首先阐述了干扰的概念和种类，然后介绍了单片机软件抗干扰的技术方法，包括降低干扰对系统的影响、增强系统对干扰的抵抗力和恢复受到干扰的系统运行；接着，分析了单片机软件抗干扰技术的不足和应对策略；最后，通过实例说明如何应用单片机软件抗干扰技术，总结了该技术在实际应用中的优点和展望。

关键词：单片机；软件抗干扰技术；干扰；抗干扰性能；应对策略正文：单片机是一种具有极强计算能力、可编程性和控制能力的微处理器，广泛应用于工业控制、家用电器、汽车电子等领域。

然而，由于工作环境与电磁干扰、电源波动等因素的影响，单片机很容易受到各种外部干扰，导致系统运行失常、数据错误等问题。

因此，单片机软件抗干扰技术的研究具有重要的现实和理论意义。

1 干扰的种类和影响干扰是指各种非期望的信号在系统中的出现，可以分为外部干扰和内部干扰。

外部干扰包括电磁干扰、电源波动、磁性干扰等，可以通过屏蔽、滤波、隔离等方法来减少其对单片机系统的影响；内部干扰主要是由于电路元件、信号传输线路等内部因素引起的，可以通过优化布局、提高信号质量、减小电流或电压等方法来减少其干扰效应。

干扰对单片机系统的影响主要体现在以下几方面：①引起系统崩溃或死机；②导致系统运行速度变慢、执行结果错误等；③损坏单片机芯片和外围设备，影响设备寿命和使用效率。

2 单片机软件抗干扰技术的方法单片机软件抗干扰技术主要包括以下三种方法：2.1 降低干扰对系统的影响为降低外部干扰对系统的影响，可以采用屏蔽、滤波、隔离等物理方法。

屏蔽是采用金属屏蔽罩、屏蔽织物等物理手段将系统与外界隔离；滤波可以通过电容、电感、滤波器等电路件实现对干扰的滤波控制；隔离可以采用光耦、隔离放大器等器件实现对信号的隔离和传输控制。

2.2 增强系统对干扰的抵抗力为提高系统的抗干扰性能，可以采用以下方法：首先，采用合适的单片机芯片和外围器件，如高标干、低噪声放大器等；其次，在软件中增加容错机制，如存储冗余、校验码等；最后，加强系统安全控制，如密码锁、权限认证等。

详解工控机软件抗干扰技术软件抗干扰技术就是利用软件运行过程中对自己进行自监视，和工控网络中各机器间的互监视，来监督和判断工控机是否出错或失效的一个方法。

这是工控系统抗干扰的最后一道屏障。

1 工控软件的结构特点及干扰途径在不同的工业控制系统中，工控软件虽然完成的功能不同，但就其结构来说，一般具有如下特点：实时性：工业控制系统中有些事件的发生具有随机性，要求工控软件能够及时地处理随机事件。

周期性：工控软件在完成系统的初始化工作后，随之进入主程序循环。

在执行主程序过程中，如有中断申请，则在执行完相应的中断服务程序后，继续主程序循环。

相关性：工控软件由多个任务模块组成，各模块配合工作，相互关联，相互依存。

人为性：工控软件允许操作人员干预系统的运行，调整系统的工作参数。

在理想情况下，工控软件可以正常执行。

但在工业现场环境的干扰下，工控软件的周期性、相关性及实时性受到破坏，程序无法正常执行，导致工业控制系统的失控，其表现是：程序计数器PC值发生变化，破坏了程序的正常运行。

PC值被干扰后的数据是随机的，因此引起程序执行混乱，在PC值的错误引导下，程序执行一系列毫无意义的指令，最后常常进入一个毫无意义的“死循环”中，使系统失去控制。

入/ 输出接口状态受到干扰，破坏了工控软件的相关性和周期性，造成系统资源被某个任务模块独占，使系统发生“死锁”。

数据采集误差加大。

干扰侵入系统的前向通道，叠加在信号上，导致数据采集误差加大。

特别是当前向通道的传感器接口是小电压信号输入时，此现象更加严重。

RAM 数据区受到干扰发生变化。

根据干扰窜入渠道、受干扰数据性质的不同，系统受损坏的状况不同，有的造成数值误差，有的使控制失灵，有的改变程序状态，有的改变某些部件（如定时器／计数器、串行口等）的工作状态等。

控制状态失灵。

在工业控制系统中，控制状态的输出常常是依据某些条件状态的输入和条件状态的逻辑处理结果而定。

在这些环节中，由于干扰的侵入，会造成条件状态错误，致使输出控制误差加大，甚至控制失常。

抗干扰技术名词解释抗干扰技术名词解释【引言】在当今数字化的时代，各种无线设备和通信技术的普及与发展，给我们的生活带来了巨大的便利，但同时也带来了频繁的干扰问题。

为了确保信息传输和通信的稳定性与安全性，抗干扰技术应运而生。

本文将对抗干扰技术进行全面解析，从定义、分类、应用等多个方面进行深入探讨，以帮助读者更好地理解和应用该领域的相关知识。

【主体部分】1. 定义抗干扰技术是指通过采用各种技术手段，以减弱或抵消外界干扰对系统性能的影响，从而提高系统的抗干扰能力。

它主要通过在设计、制造和运行过程中采取一系列措施，使系统能够在噪声干扰和有害信号的影响下，仍能正常工作并输出可靠的结果。

2. 分类抗干扰技术可根据应用领域、干扰源的性质和干扰的程度等因素进行分类。

根据应用领域可分为通信领域的抗干扰技术、电磁兼容性领域的抗干扰技术和电力系统领域的抗干扰技术。

根据干扰源的性质可分为人为干扰和自然干扰。

根据干扰的程度可分为强干扰和弱干扰。

不同分类下的抗干扰技术在具体的应用场景中有着不同的关注点和方法。

3. 应用抗干扰技术广泛应用于通信、航空航天、电力、医疗、交通等领域。

其中在通信领域尤为重要。

随着无线通信技术的飞速发展，各种无线设备的频谱资源紧张，干扰问题日益突出。

抗干扰技术通过筛选编码技术、调制技术、多址技术等手段，提高系统的抗干扰性能，并实现可靠的通信。

4. 技术手段为了实现抗干扰的目标，抗干扰技术采用了多种技术手段。

其中包括：- 频谱分析与抑制技术：通过分析干扰信号的频谱特性，采取相应的抑制措施，提高系统对干扰的抵抗能力。

- 滤波器设计技术：通过对输入信号进行滤波处理，滤除干扰信号，以减小对系统的影响。

- 编码与解码技术：采用差错编码技术，增加冗余信息，提高数据传输的可靠性和抗干扰性能。

- 多址技术：在多用户接入的情况下，通过分配不同的码片序列，实现用户之间的区分和抗干扰。

【个人观点和理解】在当今数字化的时代，抗干扰技术对于信息传输和通信的稳定性至关重要。

244 •电子技术与软件工程 Electronic Technology & Software Engineering单片机技术• SCM Technology【关键词】单片机 抗干扰技术 数字滤波技术1 引言如图1所示，单片机测控系统是在程序化管理下形成的测控系统，它可以在工业生产过程中提高机械控制的效率。

但是，工业现场环境复杂，具有电磁功能的大量设备频繁启动、停止，产生的干扰影响了单片机系统的正常运行。

本文针对单片机测控系统中的抗干扰问题，单片机测控系统中的软件抗干扰技术文/陈欣从软件抗干扰技术方面进行了分析和研究，并提出了解决方案。

工业单片机测控系统的常见影响如下：1.1 干扰加大数据采集的误差测试系统通道的输入部分受到干扰信号的入侵，有用信号和外来干扰信号相互叠加，加剧了该通道数据采集的误差。

尤其在当前系统输入的是小电压信号时，数据干扰的现象更加严重。

1.2 干扰使数据发送变化单片机系统中的程序是存放在存储器EPROM 中，这些程序不易发生变化。

但是单片机系统的RAM 数据区是可以读写的，它可能会受到读入信息的干扰从而发生变化。

因为干扰渠道的区别，以及数据性质的区别，单片机系统受损害的情况也各不相同，可能造成控制失灵，也可能造成数值误差，更严重的会改变单片机系统某些部件（如串行口、定时器／计数器等）的运行状态等。

1.3 干扰使控制状态失灵在单片机系统中，控制状态依赖于特定条件的输入状况和处理结果，干扰的侵入会造成条件状态错误，引起虚假的信号，从而加大输出控制的误差，甚至控制失常。

1.4 干扰使程序运行失常单片机系统正常运行的前提是CPU 正常工作，如果干扰信号影响到了CPU ，则程序计数器不能正常运行，从而引起系统混乱、控制失灵，即通常说的程序“跑飞”。

现在使用的单片机抗干扰技术主要分为硬件与软件两类。

硬件抗干扰技术固然可以降低系统受干扰的程度，但是成本较高，灵活性不足，而且容易受电磁干扰。

第六章计算机控制系统的抗干扰技术6.1 工业现场的干扰及对系统的影响在对生产过程的计算机控制过程当中，常常会因为各种各样的干扰导致控制不准确或失常。

很多从事计算机控制的人员都会有这样的经历，当他把经过千辛万苦安装和调试好的样机投入工业现场进行运行时，却不能够正常工作。

为什么在实验室调试时就很好，到了现场就不行呢，原因就是在生产现场的工业环境中有强大的干扰，微机系统如果没有采取抗干扰措施，或者措施不力。

（当然，还有其它原因，比如设计本身的不完善导致出错，或者在运输安装过程中对设备有所损坏，接线不正确等，但这类原因可以比较容易发现并迅速改正。

）因此，抗干扰技术对于计算机控制系统来讲是非常重要的。

所谓干扰，就是有用信号以外的噪声或造成计算机设备不能正常工作的破坏因素。

在生产过程中，人们不断的积累各种抗干扰技术，可以分为硬件措施和软件措施。

一个成功的抗干扰系统是硬件和软件相结合构成的。

硬件抗干扰效率高，但要增加系统的投资和设备；软件抗干扰投资低，以CPU的开销为代价的，影响到系统的工作效率和实时性。

6.1.1 干扰的来源微机控制系统所受到的干扰源分为外部干扰和内部干扰。

1 外部干扰外部干扰指那些与系统结构无关，而是由外界环境因素决定的，主要是空间电与磁的影响，环境温度，湿度等气象条件也是外来干扰。

外部干扰的主要来源有：电源电网的波动、大型用电设备(如天车、电炉、大电机、电焊机等)的启停、高压设备和电磁开关的电磁辐射、传输电缆的共模干扰等。

2 内部干扰内部干扰则是由系统结构，制造工艺等决定的。

内部干扰主要有：系统的软件干扰、分布电容或分布电感产生的干扰、多点接地造成的电位差给系统带来的影响等。

长线传输的波反射，多点接地的电位差，元器件产生的噪声也属于内部干扰。

6.1.2 干扰的作用途径1 传导耦合干扰由导线进入电路中称为传导耦合。

电源线、输入输出信号线都是干扰经常窜入的途径。

6.1.3 干扰的作用形式各种干扰信号通过不同的耦合方式进入系统后，按照对系统的作用形式又可分为共模干扰和串模干扰。

软件抗干扰技术及其在单片机上的应用2008-04-28 21:18软件抗干扰技术及其在单片机上的应用黄鑫，宋洋(中国空空导弹研究院河南洛阳471009)1 引言微机测控系统中，对软件有以下几个方面的基本要求：(1)可维护性：要求尽可能地采用模块化设计，程序流程清晰明了，最大限度地控制使用和调用嵌套次数；(2)可理解性：软件源代码应注意加注提示内容，一般应不少于整个代码行数的60％，使其易于理解和阅读，便于修改和补充；(3)实时性：随着集合度和运算速度的提高，实时性已经成为测试系统对软件的普遍要求，在工程应用软件设计中，采用汇编语言要比采用高级语言更具有实时性；(4)准确性：系统要求在进行大量运算时，要选取合适的算法，以便控制最后结果的精度；(5)可靠性：可靠性是测控软件最重要的指标之一，他要求两方面的内容：一方面是运行参数环境发生变化时(如电压在规定范围内出现较大波动)，软件都能可靠运行并得出正确的结果，也就是软件的自适应性；另一方面是在工作环境恶劣，干扰环境复杂严重的情况下，软件必须保证可靠运行，这对测控软件尤为重要。

为了保证以上两方面的要求，就必须使用多种抗干扰技术。

2软件抗干扰技术及一般方法2．1 简介软件抗干扰技术是当系统受干扰后，使系统恢复正常运行或输入信号受干扰后去伪存真的一种辅助方法。

此技术属于一种被动抗干扰措施，但是由于软件抗干扰设计灵活，节省硬件资源，操作起来方便易行，所以软件抗干扰技术越来越受到人们的重视。

软件抗干扰技术主要研究的方面：(1)采取软件的方法对叠加在模拟输入信号上的噪声进行抑制，以读取真正有用的信息，如数字滤波器；(2)在程序受到干扰"跑飞"的情况下，采取措施使程序回到正常的轨道上来，常见的抗干扰技术有：软件拦截技术(软件陷阱等)；输人口信号重复检测方法；输出口数据刷新；数字滤波；(3)程序具有自检功能。

2．2软件拦截技术2．2．1 NOP指令使用单片机中最容易受到干扰的是内部程序计数器--PC的值，当受到干扰时，PC值被改变，CPU误将程序从正确位置跳转到无意义区域，导致程序运行出错。