單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)

楊曉紅

摘 要 在單片機(jī)的設(shè)計(jì)過程中最為重要的環(huán)節(jié)就是關(guān)于抗干擾技術(shù)的設(shè)計(jì)，該技術(shù)主要分為軟件技術(shù)與硬件技術(shù)兩個(gè)方面，在具體的設(shè)計(jì)過程中只有實(shí)現(xiàn)這兩種技術(shù)的有機(jī)結(jié)合才能實(shí)現(xiàn)更加良好的抗干擾能力。通過這兩個(gè)方面的設(shè)計(jì)可以保障系統(tǒng)的正常工作，即使受到一定的干擾，系統(tǒng)仍然可以處于相對(duì)穩(wěn)定的環(huán)境中工作。

關(guān)鍵詞 單片機(jī)；嵌入式系統(tǒng)；抗干擾技術(shù)；發(fā)展

中圖分類號(hào)：TN713 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2014）06-0054-01

單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)是保障產(chǎn)品質(zhì)量的重要措施，同時(shí)也可以在很大程度上提高生產(chǎn)效率。單片機(jī)在實(shí)際的工作中經(jīng)常受到各種電磁的影響和干擾，這就對(duì)單片機(jī)的安全性與可靠性帶來了巨大的挑戰(zhàn)欲威脅。在具體的工作之中，必須保證單片機(jī)工作的可靠性與穩(wěn)定性，否則一旦出現(xiàn)問題將產(chǎn)生十分惡劣的后果，造成不必要的損失。因此，我們應(yīng)該重視研發(fā)和提高單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)，為生產(chǎn)過程保駕護(hù)航。本文針對(duì)單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)干擾形式進(jìn)行了分析，并從硬件抗干擾技術(shù)和軟件抗干擾技術(shù)兩個(gè)方面進(jìn)行了系統(tǒng)分析與介紹。

1 單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)及其干擾形式

單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)的定義為：以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，軟件硬件可裁剪，適合應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能可靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。比較簡(jiǎn)單的理解可以認(rèn)為嵌入式系統(tǒng)就是植入單片機(jī)內(nèi)部的，用戶無法直接觀察的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

單片機(jī)在進(jìn)行工作的過程中受到干擾是在所難免的，干擾的主要形式分為以下3種。

1）磁場(chǎng)干擾也稱空間干擾，這種干擾的特點(diǎn)是干擾信號(hào)以空氣為媒介對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生相應(yīng)的干擾。

2）單片機(jī)的過程通道干擾，這種干擾形式在發(fā)生的過程中干擾信號(hào)的路徑主要依靠后向通道、前向通道以及系統(tǒng)內(nèi)部相互連接的其他通道。

3）供電系統(tǒng)干擾，這種干擾一般是和電磁信號(hào)結(jié)合在一起，電磁信號(hào)通過供電系統(tǒng)進(jìn)入應(yīng)用系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，這是最為廣泛和嚴(yán)重的干擾形式，干擾發(fā)生之后會(huì)對(duì)單片機(jī)的系統(tǒng)產(chǎn)生十分重大的影響，其主要表現(xiàn)為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)誤差增大，系統(tǒng)控制狀態(tài)失靈，系統(tǒng)程序也會(huì)發(fā)生不同程度的變化。

2 硬件抗干擾技術(shù)

硬件抗干擾技術(shù)是提高單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)抗干擾能力中最有效的措施。硬件抗干擾技術(shù)可以將干擾傳輸?shù)耐ǖ雷钄啵c此同時(shí)還可以在很大程度上抑制干擾源的干擾作用。在實(shí)際的硬件抗干擾技術(shù)中較為常用的有：電源抗干擾、屏蔽技術(shù)以及去耦技術(shù)。

1）電源干擾控制。電源干擾是單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)中一個(gè)十分重要的來源，電源是為單片機(jī)提供能源的裝置，他在向單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)提供能源的同時(shí)直接將噪聲加在單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)嗓、復(fù)位線、中斷線以及其他一些控制線路。在提高電源抗干擾能力的過程中我們通常是在電源的變壓器中安裝初級(jí)線圈屏蔽層和次級(jí)線圈屏蔽層，通過這種方式減少電源內(nèi)部的脈沖干擾。用壓敏電阻抑制尖峰、浪涌、壓敏電阻兩端的電壓如超過其限定值，電流會(huì)迅速增大，呈短路狀態(tài)，利用這一特點(diǎn)可以吸收瞬時(shí)尖峰、浪涌電壓、壓敏電阻并聯(lián)在電源的初次級(jí)可有效抑制尖峰浪涌電壓。

2）屏蔽技術(shù)。為了提高單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)的抗干擾能力在實(shí)際的工作中我們可以充分的利用屏蔽技術(shù)，具體方式就是將單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)放入金屬質(zhì)地的箱體之中，通過金屬箱體對(duì)電磁的屏蔽作用來抑制箱體外部的的電場(chǎng)與磁場(chǎng)信號(hào)，從而提高應(yīng)用系統(tǒng)的抗干擾能力。另外，我們?cè)趯?duì)單片機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中應(yīng)該隔離電源線路和信號(hào)線路，避免這兩種線路同時(shí)穿入同一箱體或者金屬管內(nèi)，這樣可以在很大程度上避免干擾，實(shí)現(xiàn)更有效的屏蔽。

3）去耦技術(shù)。單片機(jī)嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)中會(huì)有很多數(shù)字信號(hào)電平轉(zhuǎn)換的情況發(fā)生，這些過程會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)大的沖擊電流，造成傳輸線路與電源內(nèi)阻上較大的電壓降，從而對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生干擾。為了消除和控制這種干擾，我們?cè)趯?duì)嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)安裝的過程中應(yīng)該適當(dāng)?shù)脑O(shè)置去耦電容，通過這種方式形成去耦電路。去耦電容的安裝對(duì)于單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)的作用是多方面的，其中比較重要的兩個(gè)方面是：其一，去耦電容具有一定的蓄能功能，可以收集線路關(guān)閉瞬間的充放電能量；其二，去耦技術(shù)可以消除旁路期間的高頻噪聲。

3 軟件抗干擾技術(shù)

單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)在工作過程中會(huì)產(chǎn)生很多的干擾信號(hào)，干擾機(jī)理十分復(fù)雜，干擾因素也比較多，存在很多的偶然性與隨機(jī)性，因此我們僅僅使用硬件技術(shù)提高其抗干擾能力是不夠的，還應(yīng)該提高系統(tǒng)軟件的抗干擾能力，以此來保障單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)的正常工作。軟件抗干擾技術(shù)是硬件抗干擾技術(shù)的重要補(bǔ)充，該技術(shù)能耗較低，投入較少，在實(shí)際的使用中十分廣泛，也對(duì)提高單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)抗干擾能力有著十分重要的意義。

1）系統(tǒng)指令冗余技術(shù)。單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)在工作的過程中如果跑飛的程序在ROM區(qū)中工作的時(shí)候，我們可以采用指令冗余技術(shù)進(jìn)行調(diào)整。在具體的設(shè)計(jì)過程中，指令冗余技術(shù)主要分為兩種：重要指令冗余以及NOP指令的使用。這兩種指令的應(yīng)用方式與應(yīng)用場(chǎng)所是不同的，在實(shí)際的軟件設(shè)計(jì)之中我們應(yīng)該對(duì)其具體的工作環(huán)境進(jìn)行分析與討論，根據(jù)其工作環(huán)境的特點(diǎn)靈活的選用這兩種方式來提高單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)的軟件抗干擾技術(shù)。

2）系統(tǒng)軟件陷阱技術(shù)。當(dāng)跑飛的程序落在非程序區(qū)（如EPROM未使用的空間或某些數(shù)據(jù)表格區(qū)），則采用軟件陷阱使程序恢復(fù)正常所謂軟件陷阱，就是在非程序區(qū)設(shè)置一些攔截程序，將失控的程序引至復(fù)位入口地址0000H或處理錯(cuò)誤程序的入口地址ERR，在此處利用LJMP指令，使程序走入正軌。

4 結(jié)束語

綜上所述，單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)在提高抗干擾能力的過程中主要從提高其軟件抗干擾能力與硬件抗干擾能力。本文針對(duì)這兩個(gè)大的方向中具體的幾個(gè)小方向都進(jìn)行了系統(tǒng)詳細(xì)的分析，總結(jié)了各個(gè)方面提高抗干擾能力的方式與方法，希望這些建議可以對(duì)以后單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)的發(fā)展與研究帶來一定的啟發(fā)。

參考文獻(xiàn)

[1]朱順華，王成春，鄒逢興.單片機(jī)控制系統(tǒng)的硬件抗干擾設(shè)計(jì)[J].微計(jì)算機(jī)信息，2007（23）：8-2.

[2]劉光斌.單片機(jī)系統(tǒng)實(shí)用抗干擾技術(shù)[M].北京：人民郵電出版社，2006.endprint