綜述單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)抗干擾技術(shù)

摘 要:作為單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中的一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，抗干擾技術(shù)，不但包括硬件抗干擾技術(shù)，同時(shí)包括軟件抗干擾技術(shù)。這兩種抗干擾技術(shù)相結(jié)合能最大限度的避免系統(tǒng)受到干擾，即使系統(tǒng)受到干擾后也能在最短的時(shí)間內(nèi)恢復(fù)正常運(yùn)行，保障系統(tǒng)長(zhǎng)期穩(wěn)定的工作。

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域也越來越廣泛，如工業(yè)自動(dòng)化、智能儀器儀表、電器、生產(chǎn)過程控制甚至醫(yī)學(xué)工程等各個(gè)領(lǐng)域。這不但有效的提高了產(chǎn)品的質(zhì)量，同時(shí)也大大提高了生產(chǎn)效率。但是，由于同一電力系統(tǒng)中的各種電器設(shè)備通過磁或電的聯(lián)系緊密相連，互相影響，這對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)的安全性和可靠性來說是個(gè)很大的威脅。單片機(jī)的測(cè)控系統(tǒng)必須穩(wěn)定、可靠、安全，一旦控制誤差增加，不但會(huì)毀壞系統(tǒng)的靈敏性，有些時(shí)候甚至能給系統(tǒng)造成巨大的損失。因而，研究單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的干擾因素是完全有必要的。

1干擾對(duì)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的影響

單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的安全性和可靠性不但受系統(tǒng)內(nèi)部因素的影響，同時(shí)也受到系統(tǒng)外部的各種電氣的干擾，同時(shí)，元器件選擇、安裝、制造工藝和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也會(huì)對(duì)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)造成干擾。這些因素對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)造成的不良后果主要可以歸納為以下幾個(gè)方面。

1.1 測(cè)量數(shù)據(jù)誤差加大

一旦單片機(jī)系統(tǒng)測(cè)量單元模擬信號(hào)的輸入通道被干擾侵入，同時(shí)疊加在測(cè)量信號(hào)上，會(huì)加大數(shù)據(jù)采集的誤差。尤其是當(dāng)檢測(cè)一些微弱的信號(hào)時(shí)，干擾情況尤其嚴(yán)重，這個(gè)時(shí)候測(cè)量的數(shù)據(jù)的誤差比平時(shí)大好幾倍。

1.2 數(shù)據(jù)受干擾發(fā)生變化

在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)、程序及表格存儲(chǔ)在程序儲(chǔ)存器EPROM中，這樣就避免了這些數(shù)據(jù)受到干擾甚至被破壞。然而，外擴(kuò)RAM和片內(nèi)RAM中的數(shù)據(jù)比較容易收到外界的干擾，進(jìn)而發(fā)生變化，給系統(tǒng)造成程序狀態(tài)改變、控制失靈、數(shù)據(jù)產(chǎn)生誤差，甚至還有可能改變計(jì)數(shù)器/定時(shí)器的工作狀態(tài)，諸如此類等等。

1.3 程序運(yùn)行失常

有時(shí)候外界的干擾會(huì)導(dǎo)致機(jī)器設(shè)備頻繁的復(fù)位，這會(huì)影響程序的正常運(yùn)行。如果單片機(jī)程序計(jì)數(shù)器PC值因?yàn)槭艿酵饨绲母蓴_而發(fā)生改變，那么程序的正常運(yùn)行則得不到保障，甚至?xí)黄茐摹Ｎ覀兌贾?，受干擾后的PC值不是固定的而是隨機(jī)的，這將會(huì)導(dǎo)致程序混亂無章。那么這時(shí)程序會(huì)執(zhí)行一系列沒有任何意義的指令，程序進(jìn)入“死循環(huán)”，這時(shí)輸出的結(jié)果會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的混亂，情況嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)罊C(jī)。

1.4 控制系統(tǒng)失靈

單片機(jī)輸出的控制信號(hào)一般都依賴于在某些條件的狀態(tài)下的信號(hào)和這些信號(hào)的邏輯處理結(jié)果，如果這些輸入狀態(tài)的信號(hào)受到干擾，那么這些信號(hào)的邏輯處理結(jié)果也會(huì)出現(xiàn)偏差，同時(shí)引入虛假的狀態(tài)信息，直接加大了輸出信息控制誤差，甚至?xí)鹂刂剖С?，這對(duì)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的影響都是極大的。

2單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的硬件抗干擾技術(shù)

在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)，首選的抗干擾措施就是硬件抗干擾技術(shù)。它不僅能有效的阻斷干擾傳輸通道，同時(shí)還能有效的抑制干擾源。以下是幾種常用的硬件抗干擾措施:

2.1 抑制電源干擾

直流電源是單片機(jī)各個(gè)系統(tǒng)中的各個(gè)單元都會(huì)使用到的電源，同時(shí)，直流電源一般都是市電電網(wǎng)的交流電經(jīng)過整流、穩(wěn)壓、變壓、濾波后才產(chǎn)生的，因而系統(tǒng)容易受到電網(wǎng)上的各種電流的干擾。此外，交流電源共享，各種電子設(shè)備之間也會(huì)因?yàn)殡娫吹墓蚕矶嗷ジ蓴_，所以抗干擾技術(shù)中一項(xiàng)很重要的任務(wù)便是直電源的干擾。具體有三類:電源線中的高頻干擾、感性負(fù)載產(chǎn)生的瞬間噪音和晶閘管通斷時(shí)的干擾。供電電力線相當(dāng)于一個(gè)接收天線，可以接收到廣播電臺(tái)、電弧、雷電等輻射的高頻干擾信號(hào)，然后通過電源變壓器初級(jí)耦合到次級(jí)，這樣就會(huì)造成對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)的干擾。與此同時(shí)，當(dāng)大容量的感性負(fù)載被切斷時(shí)，會(huì)產(chǎn)生很大的電壓變化率和電流，瞬變?cè)胍舾蓴_將會(huì)形成，這將成為干擾電磁的主要形式。晶閘管通斷時(shí)產(chǎn)生的干擾主要表現(xiàn)在晶閘管通斷時(shí)電流變化率增至極大，瞬間將會(huì)產(chǎn)生一個(gè)高次諧波的大電流，這個(gè)大電流會(huì)產(chǎn)生一個(gè)巨大的壓降，這時(shí)電網(wǎng)電壓會(huì)出現(xiàn)一個(gè)缺口，這種畸變了的電壓波形含有高次諧波，可以向空間輻射或通過傳導(dǎo)耦合，從而會(huì)干擾其他電子設(shè)備。除了這個(gè)之外，還有可能會(huì)導(dǎo)致電壓瞬時(shí)跌落或者電網(wǎng)電壓波動(dòng)產(chǎn)生干擾等等。

2.2 元器件與單片機(jī)的選擇

隨著電子設(shè)備的發(fā)展，市場(chǎng)上可供選擇的元器件種類也越來越多，有些元器件極易受到干擾，有些元器件可以用但是性能不高，因?yàn)樵谶x擇關(guān)鍵元器件的時(shí)候，比如RAM、鍵盤掃描控制器和譯碼器等時(shí)，最好選擇那些口碑好、性能比較穩(wěn)定的工業(yè)級(jí)產(chǎn)品。

在選擇單片機(jī)的時(shí)候，不僅僅要考慮存儲(chǔ)容量和硬件配置，更應(yīng)該選擇那些抗干擾效果極強(qiáng)的單片機(jī)，這樣才能達(dá)到事半功倍的效果。外時(shí)鐘是一種對(duì)系統(tǒng)的內(nèi)外都能產(chǎn)生較大的干擾的高頻噪聲源，因此，只要需求能得到滿足，我們都應(yīng)該選擇頻率低的單片機(jī)。

3單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的軟件抗干擾技術(shù)

由于干擾信號(hào)產(chǎn)生的原因十分復(fù)雜，并且干擾因素具有很大的隨機(jī)性，所以盡管采取了硬件抗干擾措施，也不能保障系統(tǒng)完全不受內(nèi)部和外部因素的干擾。因此，在以硬件抗干擾技術(shù)為基礎(chǔ)的同時(shí)，同時(shí)采取軟件抗干擾技術(shù)作為一種補(bǔ)充措施，能更好的防止系統(tǒng)被干擾。由于軟件抗干擾技術(shù)具有耗費(fèi)低、靈活方便并且使用簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，在系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。軟件抗干擾技術(shù)可分為數(shù)字濾波方法、輸入信號(hào)重復(fù)檢測(cè)方法、輸出端口數(shù)據(jù)刷新方法、軟件攔截技術(shù)和“軟件看門狗”技術(shù)等等。

4結(jié)語(yǔ)

單片機(jī)應(yīng)用抗干擾技術(shù)不但包括硬件抗干擾技術(shù)，同時(shí)也包括軟件抗干擾技術(shù)，軟件抗干擾技術(shù)又包括數(shù)字濾波方法、輸入信號(hào)重復(fù)檢測(cè)方法、輸出端口數(shù)據(jù)刷新方法、軟件攔截技術(shù)和“軟件看門狗”技術(shù)等等。硬件抗干擾技術(shù)和軟件抗干擾技術(shù)的結(jié)合，能及時(shí)有效的避免干擾的發(fā)生。因此，隨著經(jīng)濟(jì)技術(shù)的發(fā)展，鑒于單片機(jī)抗干擾技術(shù)的重要性，我們更要注重對(duì)抗干擾技術(shù)的研究。

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