探討單片機應(yīng)用中的抗干擾技術(shù)與方法

杜青臣++林憲旗++張文亮+馮倩

摘 要目前，單片機在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用范圍逐漸擴大，但在其應(yīng)用中易出現(xiàn)穩(wěn)定性和可靠性不高等問題，影響其正常運行，因此，在應(yīng)用中必須要考慮單片機系統(tǒng)中的抗干擾技術(shù)。本文對干擾因素對單片機系統(tǒng)造成的影響及影響單片機運作的主要因素和干擾后果進(jìn)行了簡單敘述，并對單片機應(yīng)用系統(tǒng)中的幾項抗干擾技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)敘述。

【關(guān)鍵詞】單片機 抗干擾 方法

近年來，單片機因其獨特的優(yōu)勢在我國工廠生產(chǎn)中占有非常重要的地位，在現(xiàn)在的高端家電、智能儀器以及日常生活中也發(fā)揮著非常重要的作用，但在諸多工業(yè)的應(yīng)用中，因其領(lǐng)域內(nèi)部本身存在較多且復(fù)雜的干擾因素，導(dǎo)致系統(tǒng)運行出現(xiàn)很多不可控制因素，嚴(yán)重影響系統(tǒng)設(shè)備的穩(wěn)定運行，嚴(yán)重還會出現(xiàn)停止運行的問題，因此如何增加單片機的抗干擾性或減少抗干擾因素是人們必須重視的問題

1 干擾因素對單片機系統(tǒng)造成的影響

隨著我國科技水平的發(fā)展，單片機在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用程度也不斷提升，如在某些自動化監(jiān)控系統(tǒng)及儀表中的應(yīng)用，在其應(yīng)用范圍不斷擴大的同時，人們對于系統(tǒng)穩(wěn)定運行的要求也越來越嚴(yán)格，只有這樣才能有效保證生產(chǎn)的穩(wěn)定運行。研究分析單片機的運行過程，電磁干擾、浪涌干擾、放電干擾及高頻振蕩干擾這幾項都會影響單片機系統(tǒng)運行，這些因素會造成系統(tǒng)紊亂，出現(xiàn)取得數(shù)據(jù)不精確、圖像串?dāng)_、串色、聲音失真等問題，嚴(yán)重威脅系統(tǒng)的安全運行。

2 影響單片機運作的主要因素及干擾后果

影響單片機運行的主要干擾源：

2.1 工業(yè)中電磁干擾

單片機的使用可有效提高工業(yè)生產(chǎn)的效率，但在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域必須要有充足的電力，因此附近會有大型電力傳輸設(shè)備，這樣就會存在高強度的電場或者磁場，同時加上一些自然磁波，如太陽磁波或者雷電磁波的影響，勢必影響到單片機的運行，導(dǎo)致單片機運行不穩(wěn)定，嚴(yán)重還會導(dǎo)致單片機停止運行。

2.2 單片機系統(tǒng)的供電干擾

工廠的運行過程中，會用到較大功率的生產(chǎn)設(shè)備，這樣的設(shè)備一旦運行后，需要充足的電力配備，因工廠每個設(shè)備運行的時間不同，導(dǎo)致工廠內(nèi)部電壓也一直會變化，有時處于用電高峰，或出現(xiàn)過壓、欠壓情況，這樣不穩(wěn)定電壓情況會嚴(yán)重單片機的運行情況。

2.3 單片機系統(tǒng)的其他干擾

除了以上兩種干擾因素外，還有其他諸多因素，如生產(chǎn)中出現(xiàn)的噪音干擾、單片機元器件布局或者工廠電路設(shè)計等這些都會在一定程度上影響干擾單片機運行。

3 單片機應(yīng)用系統(tǒng)中的抗干擾技術(shù)

在實際運行中，可以用到的有關(guān)單片機抗干擾技術(shù)主要分為兩種，一種為軟件技術(shù)，另一種為硬件技術(shù)。其系統(tǒng)設(shè)計大都也是包括軟件及硬件兩部分，硬件結(jié)構(gòu)在單片機抗干擾系統(tǒng)主要是發(fā)揮系統(tǒng)之外抵御大部分干擾的作用，軟件部分就是阻擋硬件系統(tǒng)抵抗下仍存在的干擾，可以說其為第二道抗干擾屏障?，F(xiàn)按照這兩種設(shè)計部位的不同，將抗干擾技術(shù)敘述如下。

3.1 硬件部分的抗干擾技術(shù)

3.1.1 供電技術(shù)

供電技術(shù)主要是保障電路通暢，為使得電能保持穩(wěn)定防止因電源系統(tǒng)產(chǎn)生對單片機的應(yīng)用系統(tǒng)造成干擾，可以應(yīng)用交流穩(wěn)壓器，這樣可以保證單片機系統(tǒng)在運行中不會出現(xiàn)電壓過大或者不足的情況，在使用時可以應(yīng)用隔離變壓器隔離高頻噪聲，應(yīng)用低通濾過器過濾工頻干擾，主機部分單獨供電與其他部門隔離開，應(yīng)用獨立的穩(wěn)壓電路供電，保證其不受其他部門的干擾，開關(guān)電源則提供剩余功率的供應(yīng)，必要情況下輸入輸出的供電可應(yīng)用DC-DC模塊來分隔。

3.1.2 接地技術(shù)

接地技術(shù)分為三類且呈傘狀接連在一起，其中一類為機殼地，其主要部分為箱體、機架等，其他的均為金屬質(zhì)地。部件共同接地，形成安全地帶。第二類為弱信號地，其是將系統(tǒng)中的小信號回路、控制以及其直流電源進(jìn)行連接，并將其與地進(jìn)行連接。第三類為功率地，其是通過將繼電器、電磁閥以及驅(qū)動電源相連并放置在一塊，形成功率地。這種方式能增加電路功率，在功率增大時會干擾信號回路，產(chǎn)生噪聲源，因此不可以將其與工作地進(jìn)行連接。

3.1.3 屏蔽技術(shù)

其主要對電磁干擾的噪聲源進(jìn)行屏蔽，噪聲源主要是來自于強電設(shè)備、高頻電壓等的電磁波。該技術(shù)中的屏蔽體為金屬質(zhì)地，可以有效控制電磁波的干擾，其控制的方式分為吸收和反射兩種，在屏蔽體重用高導(dǎo)材料，可有效控制低頻電磁波，并且還會破壞屏蔽體中的電路系統(tǒng)，屏蔽磁場等可使用鋼、銅等材料。

3.1.4 隔離技術(shù)

該技術(shù)主要分為光電隔離和物理隔離兩種，前種的方式為隔斷兩個電路，讓其獨立分開，后將噪聲傳入到其他的電路中，讓光電隔離在光電耦合器中進(jìn)行，耦合器上的輸入與輸出絕緣沒有反饋，有效提升了單片機的抗干擾性。

3.2 軟件抗干擾技術(shù)

在單片機硬件干擾性足夠強大的基礎(chǔ)上，軟件抗干擾技術(shù)的實施也是不可缺少的。

3.2.1 指令冗余

單片機在被干擾后，通常會將操作的代碼運行當(dāng)成指令代碼，使得整體程序出現(xiàn)錯誤也就是單片機程序跑飛。如果程序跑飛到一個單字節(jié)指令時，系統(tǒng)會自動納入，但當(dāng)亂飛到兩字節(jié)時程序就會出現(xiàn)錯誤，三字節(jié)就更容易出現(xiàn)錯誤，而指令冗余就會在重要位置穿插單字節(jié)指令重新編輯有效單字節(jié)指令，使得程序正常運行。

3.2.2 軟件陷阱

其主要是通過設(shè)置程序陷阱，迫使程序重新正常運行。當(dāng)干擾信號將PC值改變，如進(jìn)入了非程序區(qū)，不管PC 指向哪一字節(jié)，都會將程序進(jìn)入到“陷阱”，后強迫程序進(jìn)入到復(fù)原狀態(tài)，重新返回到主程序。

3.2.3 “看門狗”技術(shù)

看門狗”技術(shù)、看門狗定時監(jiān)測都稱之為“看門狗”，這是一種比較常用的抗干擾技術(shù)，其運行時間比較長，與已知的循環(huán)設(shè)定時間相比，如果時間一旦超出，檢測到系統(tǒng)步入死循環(huán)，該技術(shù)就會迫使程序返回到OOOOH入口，出現(xiàn)一段出錯處理程序，將系統(tǒng)運行至正軌。

單片機的運用對我國工業(yè)發(fā)展有著非常重要的影響，但其易受到干擾影響，針對這一問題的抗干擾技術(shù)有很多種，我們必須要結(jié)合實際情況采用科學(xué)合理的抗干擾方法，以保證單片機可靠穩(wěn)定運行。

參考文獻(xiàn)

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[2]索寶劍，李依哲，高雁清.抗干擾技術(shù)的方法在系統(tǒng)控制中的應(yīng)用[J].通訊世界，2016（03）：230.

作者單位

1.山東省科學(xué)院激光研究所 山東省濟寧市 272017

2.山東省現(xiàn)代光學(xué)儀器工程技術(shù)研究中心 山東省濟南市 250101endprint