短波發(fā)射機(jī)中單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的抗干擾措施

寧建英

摘 要：隨著我國(guó)廣播電視技術(shù)的飛速發(fā)展，單片機(jī)系統(tǒng)在廣播發(fā)射機(jī)系統(tǒng)的作用越來(lái)越大，諸多短波發(fā)射機(jī)的數(shù)字化改造中都使用了單片機(jī)系統(tǒng)，由于自身和周?chē)嬖谥罅康母蓴_源，會(huì)對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)造成巨大的威脅，因此，提高系統(tǒng)的抗干擾能力至關(guān)重要，文章從單片機(jī)的硬件和軟件方面給出了具體的抗干擾措施。

關(guān)鍵詞：短波發(fā)射機(jī)；單片機(jī)；抗干擾措施

在大功率短波發(fā)射機(jī)的數(shù)字化改造中常用單片機(jī)來(lái)作為數(shù)據(jù)采集和處理的核心器件，由于功率較大的短波發(fā)射機(jī)機(jī)房?jī)?nèi)存在著諸如電網(wǎng)干擾、高頻、噪聲等因素的影響，勢(shì)必會(huì)對(duì)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性造成影響，因此，需采取些相應(yīng)措施消除這些干擾，以確保單片機(jī)系統(tǒng)免受諸多干擾的影響，本文通過(guò)介紹單片機(jī)系統(tǒng)中硬件抗干擾和軟件抗干擾方面的相關(guān)措施，以減少各種干擾信號(hào)對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)的影響。

1 硬件抗干擾措施

1.1 過(guò)壓保護(hù)電路

通過(guò)在長(zhǎng)輸入信號(hào)通道上安置過(guò)壓保護(hù)電路，可阻止高壓進(jìn)入單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，該保護(hù)電路由限流電阻和穩(wěn)壓管構(gòu)成。限流電阻要選擇得當(dāng)，過(guò)大會(huì)導(dǎo)致信號(hào)衰減；過(guò)小失去了保護(hù)作用，穩(wěn)壓管同樣適度選擇，通常穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值要略微最大傳輸信號(hào)的電壓值，若穩(wěn)壓值過(guò)小會(huì)導(dǎo)致信號(hào)失真。

1.2 光電耦合隔離

在長(zhǎng)線(xiàn)輸入與輸出信號(hào)傳輸中，通常采用光電隔離器進(jìn)行光電耦合隔離，在單片機(jī)與電路中的傳感器、開(kāi)關(guān)、繼電器間進(jìn)行光電隔離，從而有效抑制了各種干擾信號(hào)進(jìn)入單片機(jī)系統(tǒng)。光電隔離器有兩個(gè)方面的作用：①用于隔離被控對(duì)象通過(guò)前向和后向通道對(duì)單片機(jī)造成干擾；②作為驅(qū)動(dòng)隔離器，用于驅(qū)動(dòng)長(zhǎng)線(xiàn)輸入和輸出的信號(hào)并抑制各種過(guò)程通道的干擾。

1.3 阻止單片機(jī)與FPGA傳輸線(xiàn)路干擾

單片機(jī)輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)線(xiàn)路的運(yùn)輸后因干擾的影響導(dǎo)致信號(hào)出錯(cuò)，在短波發(fā)射機(jī)單片機(jī)系統(tǒng)中，由單片機(jī)發(fā)出的信號(hào)需經(jīng)過(guò)FPGA處理后送達(dá)驅(qū)動(dòng)電路，由于FPGA對(duì)單片機(jī)送入的系統(tǒng)難于分辨，會(huì)因動(dòng)作有誤使控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障，為免受故障發(fā)生可將單片機(jī)系統(tǒng)與FPGA布置在同一電路板上，同時(shí)軟件方面也采取相應(yīng)的抗干擾措施，諸如若縮短單片機(jī)指令信號(hào)的循環(huán)周期，使FPGA接收到被干擾信號(hào)后還未來(lái)得及反應(yīng)又一正確信號(hào)送至FPGA，從而有效的阻止了此類(lèi)干擾。

1.4 去耦電容配置

為提高單片機(jī)系統(tǒng)的抗干擾能力，需在印刷電路板的關(guān)鍵部位配置去耦電容。電源輸入端應(yīng)接有10～100μF的電解電容器，原則上要求每個(gè)集成電路芯片上均應(yīng)安置一個(gè)陶瓷電容，考慮到電路板的空隙狹小，可每4～10個(gè)芯片間安置一個(gè)鉭電容器，對(duì)于抗噪聲能力較弱、關(guān)斷時(shí)電流變化較大的器件和存儲(chǔ)件，可在芯片的電源線(xiàn)和地線(xiàn)間直接接入去耦電容，且電容線(xiàn)的引線(xiàn)不應(yīng)過(guò)長(zhǎng)。

1.5 屏蔽和接地

將單片機(jī)系統(tǒng)安在金屬盒的屏蔽體中即可使其免受電磁波的干擾，屏蔽體的一點(diǎn)務(wù)必要接地。接地作為抑制干擾的重要方法，在低頻電路中，地線(xiàn)采用單點(diǎn)并聯(lián)接地；在高頻電路中，地線(xiàn)則采用多點(diǎn)串聯(lián)接地，同時(shí)數(shù)字地和模擬地要分開(kāi)設(shè)計(jì)，地線(xiàn)應(yīng)加粗到允許通過(guò)電流的三倍以上，為了減少地線(xiàn)上的電位差，接地線(xiàn)應(yīng)構(gòu)成回路，從而提高了單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的抗干擾能力。

1.6 電源抗干擾

由于單片機(jī)系統(tǒng)中的諸多干擾均是由電源耦合進(jìn)來(lái)的，因此，抑制電源耦合引起的干擾至關(guān)重要。可采用下面的方法：系統(tǒng)電源選用照明電源；通過(guò)隔離變壓器、低通濾波器、光電耦合器將交流電網(wǎng)地和設(shè)備地隔離開(kāi)來(lái)；使用干擾抑制器將尖峰電壓中的能量分配到不同的頻率上，抑制尖峰干擾的影響；使用瞬間電壓抑制器保護(hù)器件，其兩極受到反向瞬態(tài)高能量的沖擊時(shí)，可將兩極間的高阻抗變?yōu)榈妥杩?，從而使抑制器兩極間的電壓嵌位于一個(gè)預(yù)定值，可使線(xiàn)路中的器件免受電網(wǎng)干擾的影響。

2 軟件抗干擾措施

2.1 待機(jī)抗干擾

MCS-51單片機(jī)具有待機(jī)工作方式，該工作方式是由專(zhuān)門(mén)的寄存器PCON中的有關(guān)位來(lái)控制，當(dāng)IDL置1的指令執(zhí)行完后，單片機(jī)進(jìn)入待機(jī)工作方式后，提供給CPU內(nèi)部的時(shí)鐘信號(hào)被中斷，但時(shí)鐘信號(hào)仍可提供給定時(shí)/計(jì)數(shù)器、串行口等，確保其正常工作。該種工作方式，CPU的全部狀態(tài)得以保留，同時(shí)不會(huì)對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)三總線(xiàn)中的干擾信號(hào)做出敏感的反應(yīng)，從而使CPU免受隨機(jī)干擾的威脅。

2.2 指令冗余

若CPU受到干擾，會(huì)將一些操作數(shù)誤當(dāng)作指令碼來(lái)執(zhí)行，造成程序混亂，因此需將程序引入正軌。通過(guò)AT89系列單片機(jī)進(jìn)一步說(shuō)明，由于該系列單片機(jī)指令均小于等于3B，并有諸多的單子節(jié)指令。若“跑飛”的程序落到單子節(jié)指令上，即可自動(dòng)納入正軌。若“跑飛”的程序落到雙字節(jié)或三字節(jié)指令上，也可能會(huì)落到操作數(shù)上，為避免再次出錯(cuò)，可在較為關(guān)鍵的位置插入單子節(jié)指令或?qū)⒂行У膯巫止?jié)指令重復(fù)書(shū)寫(xiě)，此即為指令冗余。將2條單字節(jié)指令插入到雙字節(jié)或三字節(jié)指令后，便可使程序運(yùn)行走上正軌，為了不致影響程序正常運(yùn)行的效率，插入2條單字節(jié)指令既能滿(mǎn)足。

2.3 軟件陷阱

指令冗余僅對(duì)程序落到程序區(qū)時(shí)有效，對(duì)落到非程序區(qū)的程序則不起作用，針對(duì)這種情況就需要設(shè)立軟件陷阱。軟件陷阱作為一條引導(dǎo)指令強(qiáng)行將捕獲到的程序引向一指定的地址，會(huì)對(duì)出錯(cuò)的程序進(jìn)行處理。該方法通過(guò)在非程序區(qū)設(shè)置攔截措施，在“跑飛”的程序落入到非程序區(qū)時(shí)，程序即可落入陷阱，便可使程序走上正軌。該軟件陷阱通常設(shè)立在未使用的大片ROM區(qū)、未使用的中斷向量區(qū)、表格區(qū)以及程序區(qū)。

2.4 軟件看門(mén)狗

對(duì)于沒(méi)有落入軟件陷阱和冗余指令中的程序，會(huì)形成一個(gè)死循環(huán)，可通過(guò)軟件啟動(dòng)單片機(jī)中的看門(mén)狗（監(jiān)視定時(shí)器）使系統(tǒng)復(fù)位。該方法只需小于64K狀態(tài)周期的時(shí)間即可使計(jì)算機(jī)恢復(fù)正常，注意需要利用軟件定點(diǎn)使看門(mén)狗復(fù)位一次。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文詳細(xì)闡述了單片機(jī)系統(tǒng)硬件和軟件抗干擾方面的諸多措施，針對(duì)不同的干擾信號(hào)采取了相應(yīng)的抗干擾措施，實(shí)踐表明，這些措施滿(mǎn)足了單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的既定要求，從而大大提高了單片機(jī)系統(tǒng)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，希望對(duì)以后相關(guān)發(fā)射機(jī)的改造提供一定的經(jīng)驗(yàn)。

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