干擾對單片機的影響及抗干擾技術(shù)的應(yīng)用

孫惠芳

鄭州自動化研究所，河南鄭州 450000

干擾對單片機的影響及抗干擾技術(shù)的應(yīng)用

孫惠芳

鄭州自動化研究所，河南鄭州 450000

單片機被廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域，它對生產(chǎn)效率的提高有著重要的作用。但是單片機在運行的過程中可能會呈現(xiàn)出不穩(wěn)定的狀態(tài)，這可能是因為系統(tǒng)的整體設(shè)計中存在一定的問題，對單片機造成了干擾。為了保證生產(chǎn)工作的有序展開，需要對這些干擾因素進行細致的分析，并應(yīng)用技術(shù)予以抗干擾處理。文章對單片機可能受到的干擾及其影響進行分析，并對抗干擾技術(shù)予以闡述。

干擾；單片機；抗干擾技術(shù)

單機片在社會生產(chǎn)中應(yīng)用的領(lǐng)域越來越廣泛，單片機的優(yōu)勢在于高集成度、小體積以及較強的可控性，常被應(yīng)用于儀器或電器設(shè)備中。這些設(shè)備往往具有智能化的設(shè)計要求并包含檢測體系，因而對設(shè)備運行的安全性與穩(wěn)定性有著極高的要求。但單片機在使用中很容易受到元件、信號、設(shè)備等干擾源的影響，最終導(dǎo)致儀器或設(shè)備在運行中出現(xiàn)故障，影響生產(chǎn)的效率，因此必須利用技術(shù)對干擾予以及時的處理，從而提高設(shè)備的運行效率。

1 單片機可能受到的干擾及其影響

單片機受到的干擾既有可能來自于內(nèi)部，也有可能源于外部。干擾的產(chǎn)生與生產(chǎn)的環(huán)境與要求有著重要的關(guān)系，從總體上來看，干擾可以分為三類，分別是電磁干擾、供電干擾以及其他干擾。

1.1 干擾類型

1.1.1 電磁干擾

工業(yè)生產(chǎn)的過程中一般會將電力作為能源供給，因此工業(yè)區(qū)附近通常都會設(shè)有電力輸送系統(tǒng)以及輸電線，各種系統(tǒng)交錯的情況下會形成交變電場以及較大的磁場。再加上雷電運動磁場與太陽輻射磁波的影響，單片機系統(tǒng)的運行就會受到干擾。如果磁場較為普通，那么精度控制就會出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況；如果磁場較為嚴重，那么整個單片機都將無法正常運行。

1.1.2 供電干擾

工廠生產(chǎn)中應(yīng)用的機械設(shè)備大多具有較高的頻率，當(dāng)設(shè)備運行時需要電力上的強大支持。但是生產(chǎn)設(shè)備不會在同時運行，因此電壓也會呈現(xiàn)出變化的趨勢，有時會出現(xiàn)用電高峰，有時則會出現(xiàn)過壓與欠壓的現(xiàn)象。由于電壓的反復(fù)波動，單片機的運行也不穩(wěn)定。

1.1.3 其他干擾

除了電磁干擾與供電干擾兩個主要干擾因素外，單片機還會受到很多其他因素的影響，包括噪聲干擾、元器件布局干擾以及電路設(shè)計干擾等。以噪聲為例，當(dāng)噪聲達到一定的分貝后，就會對單片機造成接觸噪聲干擾。噪聲干擾很大程度上來源于單片機系統(tǒng)的內(nèi)部，如果不予以及時處理，就會造成嚴重的影響。

1.2 干擾影響

無論是哪種干擾，它對單機片的影響都主要包括三個方面，第一，干擾會降低系統(tǒng)的精度，單片機運行中會對數(shù)據(jù)信號進行采集，若干擾信號在數(shù)據(jù)信號上疊加就會將數(shù)據(jù)誤差擴大。若干擾較為嚴重，那么干擾信號就很有可能完全掩蓋單片機采集到的數(shù)據(jù)信號。第二，干擾較為嚴重的情況下，單片機內(nèi)用于程序數(shù)據(jù)存儲的E2PROM、外擴RAM、片內(nèi)RAM等都有可能受到影響，造成數(shù)據(jù)的損壞或錯亂。第三，干擾可能會導(dǎo)致單片機系統(tǒng)失常，單片機會出現(xiàn)頻繁的復(fù)位，同時其PC值可能也會因干擾而改變，系統(tǒng)內(nèi)部繼而會出現(xiàn)指令混亂的情況，最終使單片機所執(zhí)行的都是無效操作，影響生產(chǎn)的順利展開。

2 抗干擾技術(shù)的在單片機中的應(yīng)用

2.1 對系統(tǒng)硬件進行優(yōu)化

單片機需進行優(yōu)化的硬件包括CPU與外時鐘等，在選擇CPU時除了要考慮硬件的容量與配置外，還需對其抗干擾的強度予以分析，實踐中發(fā)現(xiàn)性能較好的單片機品牌包括AVR系列與摩托羅拉等。外時鐘屬于高頻器件，很容易造成較大的噪聲，對單片機形成干擾。因此在滿足企業(yè)生產(chǎn)需求的前提下，應(yīng)當(dāng)盡量選擇應(yīng)用低頻率外時鐘的單片機。

對硬件系統(tǒng)予以優(yōu)化還可以從對系統(tǒng)的隔離與屏蔽方面入手。隔離與屏蔽是指將容易受到干擾的部分與干擾源隔離開來，切斷干擾通道，避免生產(chǎn)現(xiàn)場與監(jiān)控裝置產(chǎn)生電的聯(lián)系，避免強電與弱電之間發(fā)生聯(lián)系。隔離的方式包括變壓器隔離、布線隔離、光電隔離與繼電器隔離等，最為常見的隔離方式為光電隔離，這種情況下單片機系統(tǒng)的輸入與輸出會被隔離為兩個通道，從而保證干擾信號不會進入單片機中，而單片機自身的噪聲等也不會對外界造成影響。

另外為了保證抗干擾技術(shù)能夠起效，應(yīng)當(dāng)對設(shè)備進行接地處理。接地處理對噪聲干擾的抑制作用最為突出，它能夠有效的避免內(nèi)部噪音耦合，同時又可避免干擾從外部侵入。而且金屬外殼的與導(dǎo)體的接地處理也能夠增強設(shè)備運行的安全性，保證對雷擊的防范。一般單片機所使用電源的接地被稱為邏輯地，其接地方式包括浮空、相通以及接電阻等，可是實際情況選擇，接地處理要規(guī)范，避免與零線或火線混淆。還要注意，如果單片機系統(tǒng)中同時含有數(shù)字電路與模擬電路，那么要將二者的接地處理進行隔離，避免相互之間產(chǎn)生干擾。

2.2 對系統(tǒng)電源予以完善

單片機系統(tǒng)中使用的電源為直流電，其來源為城市電網(wǎng)中的交流電，交流電在引入的過程中需經(jīng)過變壓、整流、濾波以及穩(wěn)壓等處理，因此單片機系統(tǒng)會不可避免的受到電網(wǎng)的干擾，設(shè)備之間也會因為電源而引入干擾，因此對系統(tǒng)電源予以完善處理是十分必要的。對系統(tǒng)電源需進行的抗干擾處理包含以下幾個方面，首先，可以對交流端予以電感電容濾波處理，將低頻或高頻的干擾脈沖予以清除；其次，可以將變壓器上的初級輸入端與電容相串接，將初級與次級線圈之間的屏蔽層與初級電容之間的中心接點做接地處理，將次級外的屏蔽層與印制板地相接；最后，也可以將低通濾波器加諸于次級上，從而將浪涌電壓予以吸收。

2.3 對復(fù)位電路進行設(shè)計

一般來說，單片機都會存在復(fù)位引腳，可幫助系統(tǒng)完成復(fù)位，但是電源常常會給復(fù)位電路造成干擾，在這種情況下電壓就會降低，復(fù)位處的單位會隨電壓降低到低電平狀態(tài)，此時系統(tǒng)就會發(fā)出復(fù)位的指令，單片機停止運行。因此需對復(fù)位電路進行一定的設(shè)計與改良，可將復(fù)位電路RC濾波電路進行串聯(lián)，從而對電源波動干擾予以抑制，串聯(lián)的位置有兩個，一是大地，二是復(fù)位端。

2.4 對布線設(shè)計進行改良

布線設(shè)計是指印刷線路板方面的設(shè)計工藝，如果印刷線路板方面的設(shè)計較為合理，那么將提高單片機的抗干擾能力。相關(guān)設(shè)計應(yīng)當(dāng)遵循三個原則，其一要將噪聲源予以控制；其二要將噪聲耦合與傳播盡量減少；其三要將噪聲的吸收減少到最低。

具體來說，印刷線路板可分為三個區(qū)域，第一個區(qū)域為模擬電路區(qū)，模擬電路區(qū)為易受到干擾的區(qū)域；第二個是功率驅(qū)動區(qū)，這一區(qū)域為干擾源，容易產(chǎn)生干擾；第三個區(qū)域為數(shù)字電路區(qū)，這一區(qū)域既會受到干擾又會產(chǎn)生干擾。為了避免干擾的擴大化，應(yīng)當(dāng)以單點接地、單點接電源為原則進行布線設(shè)計，保證每一區(qū)域獨立引線。同時應(yīng)當(dāng)將非噪聲與噪聲元件予以隔離處理。

3 結(jié)論

單片機在使用中很可能受到電磁、供電、噪聲等方面的干擾，這些干擾可能來自外部，也可能來自于內(nèi)部。一旦發(fā)生干擾，系統(tǒng)的運行與數(shù)據(jù)信息采集、存儲工作都會受到較為嚴重的影響，因此抗干擾是十分必要的。對干擾的處理與抑制可以從多個角度入手，對系統(tǒng)進行優(yōu)化與改良，提高系統(tǒng)在抗干擾方面的性能。

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1674-6708（2015）142-0057-02