單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)抗干擾技術(shù)之我見

張冰 李玲鵬 王超

摘 要：對于單片機(jī)來說，在建立系統(tǒng)時必須充分考慮抗干擾技術(shù)，對系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行有重要作用和意義。本文主要對單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的內(nèi)涵、干擾對單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的影響以及單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中的抗干擾技術(shù)的相關(guān)問題進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：單片機(jī)；應(yīng)用系統(tǒng)；抗干擾技術(shù)

單片機(jī)具有耗能少、體積小、使用方便等優(yōu)勢，使用范圍較為廣泛，被應(yīng)用于例如工業(yè)、農(nóng)業(yè)、教育等各個領(lǐng)域。隨著各領(lǐng)域相關(guān)技術(shù)、設(shè)備等的推陳出新，人們對單片機(jī)的要求也在不斷變化。尤其是在工業(yè)領(lǐng)域，工業(yè)生產(chǎn)的環(huán)境等會對單片機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生不利影響，因此工業(yè)上對單片機(jī)的可靠性有更高的要求。這就使得人們對單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)日漸重視。

一、單片機(jī)概述

單片機(jī)，又被稱為單片微型計算機(jī)。它是一種較為典型的嵌入式微控制器，因此單片機(jī)也被稱為單片微控制器。單片機(jī)將整個計算機(jī)系統(tǒng)集中于一塊芯片上。也就是說，一塊芯片就相當(dāng)于整個計算機(jī)。單片機(jī)具有成本低、體積小、應(yīng)用方便等諸多優(yōu)勢。在單片機(jī)的最初發(fā)展階段，設(shè)計理念是將CPU與大部分外圍芯片集中于一個芯片中，使計算機(jī)系統(tǒng)的體積變小，從而更加符合對體積要求更高且系統(tǒng)更加復(fù)雜的設(shè)備要求。最早以這種思想為指導(dǎo)設(shè)計出的單片機(jī)是8位以及4位。其中最受歡迎的是intel的8031，具有可靠性強(qiáng)、較為簡單且性能較好的優(yōu)點。

二、干擾對單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的影響

隨著相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步，我國的工業(yè)化進(jìn)程也在不斷加快。在工業(yè)領(lǐng)域中，單片機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用程度不斷提高，例如在某些自動化監(jiān)控系統(tǒng)及儀表中的應(yīng)用。應(yīng)用程度越高，應(yīng)用范圍也就越廣，對系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的要求也就越高，如此才能保證生產(chǎn)的安全性及可靠性。但就目前的技術(shù)而言，單片機(jī)系統(tǒng)在一定環(huán)境下會受到干擾，導(dǎo)致所收集到的數(shù)據(jù)不夠精確，信號的穩(wěn)定性受到影響，圖像、聲音等失真，設(shè)備運(yùn)行的安全性及穩(wěn)定性也受到不同程度的沖擊，最終對生產(chǎn)過程產(chǎn)生不利影響。單片機(jī)系統(tǒng)在運(yùn)行過程中容易受到的干擾主要有高頻振蕩干擾、電磁干擾、浪涌干擾以及放電干擾等。

三、單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中的抗干擾技術(shù)

在實際生產(chǎn)活動中，能夠使用到的有關(guān)單片機(jī)抗干擾的技術(shù)主要包括軟件技術(shù)和硬件技術(shù)兩種。單片機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計過程也和前者相同，包括軟件部分和硬件部分。其中軟件技術(shù)的主要作用是對系統(tǒng)中硬件部分對干擾的抵抗作用進(jìn)行補(bǔ)充，那么毫無疑問，硬件部分就是進(jìn)行抗干擾的主要部分。按照這種方法，單片機(jī)系統(tǒng)具有雙層抗干擾功能，從而提高了整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性。以下按照硬件部分和軟件部分的不同，分別對兩部分抗干擾技術(shù)進(jìn)行具體分析。

1、硬件部分的抗干擾技術(shù)

（1）供電技術(shù)

供電技術(shù)的主要作用是保證電路暢通。因為供電系統(tǒng)使用的是和其他系統(tǒng)不同的電路，因此在某些條件下，可使用DC-DC對電的輸入和輸出進(jìn)行隔離，從而減小干擾對整個電路所造成的影響，相應(yīng)的電路上各個部分所受的干擾也會減少。此外，可采用隔離變壓器對較大的噪聲進(jìn)行隔離，使用低通濾波器對工頻干擾進(jìn)行過濾，使用交流穩(wěn)壓器降低電源系統(tǒng)引入的干擾以及超負(fù)荷和電壓虧欠發(fā)生的概率，保證供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

（2）接地技術(shù)

接地技術(shù)主要分為三類，且都呈傘狀接在一起。其一是機(jī)殼地。機(jī)殼地的主要部件為箱體、機(jī)架等，其都為金屬質(zhì)地。部件共同接地，形成安全地帶。其二是弱信號地。所謂弱信號地就是將系統(tǒng)中的小信號回路、控制及其直流電源進(jìn)行連接，并將其與地連接。其三是功率地。通過將繼電器、電磁閥以及驅(qū)動電源相連并置于一起，形成功率地。這種方式能夠增加電路的功率，功率增加對信號回路產(chǎn)生干擾，造成噪聲源，因此不能將功率地與工作地接在一處。

（3）屏蔽技術(shù)

屏蔽技術(shù)的主要作用是屏蔽電磁干擾的噪聲源。這里所說的噪聲源主要指的是來自于強(qiáng)電設(shè)備、高頻電壓等的電磁波。屏蔽技術(shù)中的屏蔽體為金屬質(zhì)地，能夠?qū)﹄姶挪ǖ母蓴_進(jìn)行有效控制。屏蔽技術(shù)對電磁波進(jìn)行控制的方式主要包括吸收和反射。在屏蔽體中使用高導(dǎo)材料，能夠?qū)Φ皖l電磁波進(jìn)行控制，同時也不會對屏蔽體中的電路系統(tǒng)產(chǎn)生破壞，且屏蔽詞場等可使用鋼、銅等材料。

（4）隔離技術(shù)

隔離技術(shù)包括光電隔離和物理隔離。光電隔離的方式是隔斷兩個電路使其互相獨立，然后將噪聲傳到其他電路中，使得光電隔離最終在光電耦合器中進(jìn)行，耦合器上的輸入與輸出絕緣而且沒有反饋，提高了單片機(jī)系統(tǒng)的抗干擾性能。

2、軟件部分的抗干擾技術(shù)

（1）數(shù)據(jù)采集中出現(xiàn)誤差的解決技術(shù)

數(shù)據(jù)采集中出現(xiàn)誤差的軟件解決技術(shù)主要包括軟件濾波器算法和軟件冗余。軟件濾波器算法通過對輸入的信號進(jìn)行處理來降低控制中的錯誤。常用算法有取舍法、中值法以及算術(shù)平均法等。可根據(jù)具體情況的不同采用不同的計算方法，從而降低失誤。軟件冗余主要是增加部分?jǐn)?shù)據(jù)的冗余位，使數(shù)據(jù)本身在某些情況下能夠自行進(jìn)行糾錯。常用校驗方法有循環(huán)碼校驗及奇偶校驗。

（2）程序運(yùn)行脫離控制的解決技術(shù)

針對程序運(yùn)行脫離控制這一情況，要實現(xiàn)系統(tǒng)恢復(fù)，可采用以下三種方式：其一是指令冗余。部分單片機(jī)的指令多數(shù)情況下為單字節(jié)。如果單字節(jié)出錯，那么系統(tǒng)會自動納入；如果多字節(jié)出錯，那么程序會在起決定作用指令的作用下恢復(fù)。其二是設(shè)置陷阱。陷阱的主要作用是修補(bǔ)程序并對錯誤之處進(jìn)行處理。要在不同位置設(shè)置不同的陷阱使軟件出錯，然后使用陷阱捕獲錯誤之處。其三是使用實時嵌入式操作系統(tǒng)。使用實時嵌入式操作系統(tǒng)能夠通過減少復(fù)位次數(shù)來提高單片機(jī)的抗干擾能力。

結(jié)束語：

綜上所述，單片機(jī)的應(yīng)用范圍較為廣泛。但由于系統(tǒng)容易受到干擾，影響運(yùn)行的穩(wěn)定性。因此要加大對系統(tǒng)抗干擾技術(shù)的研究力度，提高系統(tǒng)性能，從而更好的為實際的社會生產(chǎn)服務(wù)。

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