單片機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用開發(fā)中電磁干擾的解決

摘 要：文章對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)應(yīng)對(duì)電磁干擾的問題提出了抑制電磁干擾的解決方案。并對(duì)電磁兼容對(duì)抗電磁干擾的措施做了全面分析，大大提升了單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：單片機(jī)；電磁干擾；解決方案；電磁兼容

0 引言

隨著電子產(chǎn)品的日益豐富，以計(jì)算機(jī)為代表的電子產(chǎn)品在日常生活中的應(yīng)用中越來越廣泛。單片機(jī)系統(tǒng)是一個(gè)較復(fù)雜的電子系統(tǒng)，由于它所處的電磁環(huán)境較惡劣，因此單片機(jī)在工作中，系統(tǒng)經(jīng)常受到內(nèi)部和外部的干擾，而為了解決單片機(jī)受電磁的干擾，提高系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性和可靠性，我們提出了單片機(jī)系統(tǒng)電磁兼容的解決方案。

1 電磁兼容的概述

電磁兼容是指在不損害信息的情況下，干擾信號(hào)可以與有用信號(hào)共同同在。換言之就是系統(tǒng)在預(yù)期的電磁環(huán)境下，在較強(qiáng)的電磁干擾環(huán)境下不受電磁干擾的影響，又對(duì)其環(huán)境周邊的設(shè)備不產(chǎn)生超出國家規(guī)定范圍的干擾值。所以要抑制電磁干擾源對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)的影響 ，盡量減少系統(tǒng)對(duì)外產(chǎn)生的電磁輻射。

為了保證單片機(jī)系統(tǒng)具有很好的兼容性，縮短研制周期，降低成本，我們應(yīng)該清楚電磁兼容的設(shè)計(jì)原則。它包括以下三個(gè)方面：（1）抑制噪聲源，從根本上消除或減弱噪聲的傳播；（2）盡量消除噪聲源與受干擾的系統(tǒng)之間的輻射；（3）提高系統(tǒng)中易干擾元件的抗干擾性，降低系統(tǒng)對(duì)電磁噪聲的敏感度。

2 電磁干擾的干擾源

當(dāng)單片機(jī)含有以下三種系統(tǒng)時(shí)容易受到電磁干擾：1）單片機(jī)時(shí)鐘頻率很高，而且總線周期特別快的系統(tǒng)；2）包含有類似于大電流開關(guān)的系統(tǒng)；3）含有微弱模擬信號(hào)電路的系統(tǒng)。而這些系統(tǒng)往往又會(huì)因?yàn)槭艿诫姶鸥蓴_源、耦合途徑、敏感設(shè)備等因素產(chǎn)生干擾。因此只要對(duì)其中任何一個(gè)因素進(jìn)行有效的控制，就能解決電子干擾的問題，所以我們首先要找出單片機(jī)系統(tǒng)受電磁干擾的干擾源。

（1）在電磁環(huán)境中易受干擾的是單片機(jī)的低電平傳送信號(hào)，而影響信號(hào)的主要來源有系統(tǒng)中的電源、晶振、模擬電路和數(shù)字電路等。所以要在設(shè)計(jì)中尤其注意這些因素。

（2）電磁能量干擾是單片機(jī)系統(tǒng)受干擾的主要干擾源，而這種干擾源也可分為內(nèi)部干擾源和外部干擾源。

1）內(nèi)部干擾源。由印制電路和電板之間形成的相互干擾時(shí)內(nèi)部電源干擾，內(nèi)部電源干擾產(chǎn)生的原因是由于系統(tǒng)內(nèi)部印制電路板設(shè)計(jì)走線不合理，元器件布局不正確及接地等。

2）外部干擾源。受電磁波和電磁場(chǎng)產(chǎn)生的干擾源是外部干擾。而他們主要是通過電源進(jìn)入單片機(jī)系統(tǒng)。

3 抑制電磁干擾的措施

應(yīng)對(duì)電磁干擾的措施有很多種，而一般的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中常用到的抗干擾措施有兩種，分別為硬件措施和軟件措施。而硬件抗干擾措施也是最容易最有效的措施，所以應(yīng)優(yōu)先考慮。

3.1 硬件措施

（1）抑制干擾源。在整個(gè)系統(tǒng)中，可以采用并聯(lián)干擾源兩端電容，或在干擾源回路時(shí)采用串聯(lián)電感的措施，來解決干擾源的電壓或電流變化幅度較大，且維持的時(shí)間較短的問題。還可以采用屏蔽材料將電磁干擾源封閉起來，使其外部電磁場(chǎng)低于允許值，從而抑制干擾源。

（2）精選元器件。元器件是單片機(jī)系統(tǒng)的基本重要組成部分。為了確保整個(gè)系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，我們要合理并科學(xué)地選擇這些元器件，應(yīng)該選用集成度高、抗干擾能力強(qiáng)、功耗小的先進(jìn)電子器件。

（3）增加穩(wěn)壓器。受外部電磁的干擾主要是通過電源進(jìn)入單片機(jī)系統(tǒng)，因此保證電源的質(zhì)量，就可以降低電子干擾的一半幾率。所以可以給電源增加濾波電路或穩(wěn)壓器，從而最大可能減少集成電路對(duì)電源的影響。

（4）切斷干擾傳播路徑。還可以通過隔離把外來的干擾通道全部切斷，改善印制電路板的設(shè)計(jì)與布局，對(duì)防止噪聲的產(chǎn)生與傳播。通常采用屏蔽、隔離、接地等措施抑制干擾源的傳播。

3.2 軟件措施

采取上述硬件措施固然可以減少電磁干擾對(duì)單片機(jī)的影響，但由于電磁干擾信號(hào)產(chǎn)生的原因錯(cuò)綜復(fù)雜，具有很大的隨機(jī)性和不可預(yù)見性，所以要采取一些軟件措施加以補(bǔ)充和彌補(bǔ)。

（1）開機(jī)自檢。開機(jī)自檢程序是為了保證程序在正式啟動(dòng)或執(zhí)行過程中出現(xiàn)的數(shù)據(jù)丟失或錯(cuò)誤等及時(shí)重寫和更正。

（2）指令冗余技術(shù)。當(dāng)單片機(jī)受到很強(qiáng)的干擾時(shí)，程序會(huì)脫離正常軌跡，出現(xiàn)指令PC值改變及操作碼放入錯(cuò)誤等，采用冗余技術(shù)后，不僅可以使在錯(cuò)誤軌道上的程序納入正規(guī)，而且還有助于消除隨機(jī)干擾，在很大程度上提高了其可靠性能。

（3）軟件或數(shù)字濾波法。軟件濾波法可以保證系統(tǒng)收集到數(shù)據(jù)精準(zhǔn)度的提高?？梢杂行У亟鉀Q周期性的干擾，很大程度地降低了系統(tǒng)隨機(jī)干擾對(duì)單片機(jī)造成的負(fù)面影響。數(shù)字濾法是通過不用增加硬件設(shè)備科多通道共用的程序?？梢詫?duì)低頻信號(hào)濾波，具有很好的可靠性和穩(wěn)定性。

（4）“看門狗”是一種保護(hù)手段，單片機(jī)在經(jīng)常受到電磁干擾的情況下，會(huì)產(chǎn)生程序無序執(zhí)行，較嚴(yán)重會(huì)進(jìn)入無限死循環(huán)狀態(tài)而導(dǎo)致單片機(jī)死機(jī)。“看門狗”的出現(xiàn)就是為了解決這個(gè)問題，它按照定時(shí)器初始化設(shè)定，是在程序出現(xiàn)跑飛的瞬間及時(shí)中斷并發(fā)出跳轉(zhuǎn)的指令，從而使程序進(jìn)入正常軌道。

由此可見，要解決單片機(jī)受電磁干擾的問題，還需要硬件與軟件相互結(jié)合，彌補(bǔ)不足，才能保證單片機(jī)系統(tǒng)穩(wěn)定的正常運(yùn)行。

4 結(jié)束語

為了保證單片機(jī)系統(tǒng)在電磁干擾情況下的正常運(yùn)行，單片機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，就必須要考慮電磁的兼容性。而要實(shí)現(xiàn)這種兼容性，就要弄清干擾源，切斷傳播路徑，實(shí)現(xiàn)硬件與軟件的相結(jié)合。這樣既能提高單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性，又能降低成本。

參考文獻(xiàn)：

[1]孟維國.單片機(jī)系統(tǒng)電磁兼容性研究[J].微處理機(jī)，2009，23（01）：175-177.

[2]王華平.單片機(jī)電磁干擾噪聲抑制及優(yōu)化方案[J].工礦自動(dòng)化，2011，13（05）：26-30.

[3]秦臻，田宏偉.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)電磁干擾技術(shù)研究[J].機(jī)械管理開發(fā)，2011，21（05）：67-68+70.

作者簡介：余浪英（1967—），男，湖南長沙人，本科，研究方向：電子技術(shù)應(yīng)用。