單片機(jī)控制系統(tǒng)的抗干擾措施研究

宋紅記 河南經(jīng)濟(jì)貿(mào)易技師學(xué)院

引言：單片機(jī)控制系統(tǒng)在使用過程當(dāng)中具有較高的靈敏度，也正是因?yàn)檫@一點(diǎn)，單片機(jī)控制系統(tǒng)也容易受到外界環(huán)境的干擾和影響。例如在噪音的環(huán)境中，單片機(jī)系統(tǒng)容易監(jiān)測到多余的信號波，影響到持續(xù)性的工業(yè)作業(yè)。在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的環(huán)境當(dāng)中，往往具有眾多的干擾源可以發(fā)出多種干擾信號，相互之間構(gòu)成一種較為復(fù)雜的場域環(huán)境，會(huì)影響到單片機(jī)的控制測量系統(tǒng)，使單片機(jī)的運(yùn)行狀況受到影響。因此從某種角度來說，單片機(jī)在系統(tǒng)在運(yùn)行過程中要特別重視對于環(huán)境干擾因素的分析。本文圍繞著單片機(jī)控制系統(tǒng)的抗干擾措施展開論述，希望能為單片機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展提供一些參考和建議。

一、單片機(jī)控制系統(tǒng)的硬件抗干擾措施

在單片機(jī)的控制系統(tǒng)當(dāng)中，硬件抗干擾技術(shù)是主要的抗干擾措施。硬件抗干擾主要是通過屏蔽技術(shù)和濾波技術(shù)對于外界的信號干擾源起到抑制的作用，體現(xiàn)了抗干擾技術(shù)的綜合性，抑制了信號干擾的源頭，減輕外界干擾因素對于單片機(jī)系統(tǒng)的影響，切斷了干擾源的信號傳輸渠道。具體而言有以下幾種抗干擾措施：

（一）單片機(jī)的電路設(shè)計(jì)

在單片機(jī)抗干擾系統(tǒng)的技術(shù)設(shè)計(jì)當(dāng)中，可以將電路和電源裝置通過分離邏輯和模擬電路的方式產(chǎn)生虛擬裝置的效果，使單片機(jī)的硬件能夠順利的抵御外界干擾。通過分離邏輯的運(yùn)用，可以使單片機(jī)控制系統(tǒng)的傳感器在耦合作用下不斷的對電子單元發(fā)出控制信號，從而對單片機(jī)的控制系統(tǒng)產(chǎn)生影響，另外一方面，通過分離邏輯，可以有效的降低電路干擾，減輕電路耦合對于邏輯電路發(fā)出的干擾信號[1]。這一種硬件抗干擾方案已經(jīng)得到了較為廣泛的利用，在工業(yè)實(shí)踐領(lǐng)域，模塊供電系統(tǒng)當(dāng)中一般采用三端穩(wěn)壓的集成芯片裝置為單片機(jī)的電源提供獨(dú)立的保護(hù)，維護(hù)電壓差。因此，利用分離邏輯的方式，可以使整個(gè)電路系統(tǒng)處在一個(gè)較為穩(wěn)定的電源電壓參數(shù)當(dāng)中和，不斷的為電壓數(shù)值維護(hù)一個(gè)較為安全的運(yùn)行環(huán)境，避免給電源裝置造成損害而發(fā)生故障。在單片機(jī)電源控制當(dāng)中，可以使用低通濾波裝置的技術(shù)對于高次諧波進(jìn)行過濾和篩查，避免使高次諧波影響到控制系統(tǒng)的運(yùn)行，同時(shí)通過高次諧波的調(diào)整，可以優(yōu)化單片機(jī)電源的波段和波形，達(dá)到整體上的抗干擾效果。

（二）屏蔽裝置

單片機(jī)系統(tǒng)在進(jìn)行抗干擾設(shè)計(jì)的過程當(dāng)中，也可以利用屏蔽裝置和技術(shù)阻擋電子設(shè)備向外輻射的電磁波信號，同時(shí)，屏蔽系統(tǒng)還可以對于電磁干擾的源頭進(jìn)行有效的控制，特別是對于單片機(jī)所處環(huán)境當(dāng)中發(fā)出造成較大的污染源裝置，屏蔽系統(tǒng)可以通過雙重屏蔽裝置，對于單片機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部的扼流圈進(jìn)行變流調(diào)整，使單片機(jī)系統(tǒng)內(nèi)的高壓變頻器同步得到利用，使屏蔽技術(shù)可以不斷的擴(kuò)大利用的范圍，保證開關(guān)的電源能夠?qū)υO(shè)備提供信號保護(hù)，提升單片機(jī)系統(tǒng)整體的抗干擾效果[2]。

（三）模擬電路抗干擾技術(shù)

在單片機(jī)控制系統(tǒng)當(dāng)中，電路模塊需要模擬電路的設(shè)計(jì)。在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用環(huán)境下，單片機(jī)在工作中要面臨著溫度差的調(diào)整和轉(zhuǎn)換，其自身發(fā)動(dòng)機(jī)的工作環(huán)境也會(huì)受到不同溫度的考驗(yàn)，因此，在進(jìn)行單片機(jī)零部件的構(gòu)造選擇時(shí)，要優(yōu)先測量模塊部件的溫漂系數(shù)，選取數(shù)值相對較低的部分安裝放大裝置，對于不良信號進(jìn)行集成型的收集，制作成集成放大裝置[3]。之后，必須要考慮到單片機(jī)的電路板可能會(huì)受到的不良磁場的干擾和影響，要留意共模信號對于集成裝置的作用力，應(yīng)當(dāng)把單片機(jī)的差動(dòng)裝置安放在模擬的電路系統(tǒng)當(dāng)中，使單片機(jī)系統(tǒng)兩端的信號輸出值區(qū)域穩(wěn)定。在接受信號的過程中，實(shí)現(xiàn)了信號端口的單雙切換，對于共模信號的端口信號發(fā)散具有一定的抑制作用，減小干擾信號對模擬端口的信號穩(wěn)定性的影響。此外，為了避免單片機(jī)的電氣零件遭受損害，在電波的輸入和輸出存在的大范圍波動(dòng)的前提下，應(yīng)當(dāng)在單片機(jī)當(dāng)中安裝一定的比較裝置，或者加入輸入端的電路保護(hù)，使單片機(jī)系統(tǒng)在運(yùn)行的過程當(dāng)中免受不良信號的干擾。

（四）電路去耦設(shè)計(jì)

單片機(jī)在工業(yè)領(lǐng)域的運(yùn)行當(dāng)中，有可能會(huì)受到外部數(shù)字設(shè)備發(fā)出的信號影響，這些干擾信號在電力平臺(tái)上進(jìn)行不斷的轉(zhuǎn)換，這一過程會(huì)對單片機(jī)控制系統(tǒng)產(chǎn)生較為明顯的沖擊波影響，導(dǎo)致單片機(jī)抗干擾系統(tǒng)可能會(huì)受到電力系統(tǒng)的干擾，該影響不會(huì)立刻消除，而是會(huì)不斷的擴(kuò)大，直到影響傳達(dá)至運(yùn)輸線路之上，對單片機(jī)系統(tǒng)產(chǎn)生較為明顯的沖擊波干擾，影響電源內(nèi)部的電阻壓降水平，造成壓力的數(shù)值增加，會(huì)對單片機(jī)系統(tǒng)造成非常明顯的干擾[4]。若要在軟件設(shè)計(jì)當(dāng)中不斷的遏制干擾的因素，就必須要將藕電容的裝置進(jìn)行合理的配置，安裝在單片機(jī)的抗干擾系統(tǒng)當(dāng)中，也可以為數(shù)字電視和信號處理器等裝置配置耦電容裝置，完成電路的設(shè)計(jì)，使集成電路在運(yùn)行的過程當(dāng)中不斷的達(dá)到抗干擾的效果。

二、單片機(jī)控制系統(tǒng)的軟件抗干擾措施

單片機(jī)控制系統(tǒng)在進(jìn)行硬件部分的抗干擾設(shè)計(jì)之后，依然無法完全避免某些外界因素的干擾，一方面由于信號干擾源頭較為復(fù)雜，另外一方面信號產(chǎn)生的端口具有一定的隨機(jī)性，因此，除了對于硬件的抗干擾設(shè)計(jì)之外，還需要考慮對于單片機(jī)控制系統(tǒng)的軟件部分進(jìn)行抗干擾設(shè)計(jì)，在一系列新型技術(shù)的輔助之下，幫助單片機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)抗干擾的目的。具體來說，單片機(jī)控制系統(tǒng)的抗干擾措施主要包括以下幾點(diǎn)的內(nèi)容。

（一）數(shù)字化信號過濾技術(shù)

在單片機(jī)的控制系統(tǒng)當(dāng)中，如果系統(tǒng)的信號輸入通道受到模擬信號的干擾，將會(huì)導(dǎo)致單片機(jī)在運(yùn)行過程當(dāng)中可能會(huì)出現(xiàn)一系列的誤差，特別是在模擬信號較為微弱時(shí)，單片機(jī)控制系統(tǒng)更加容易受到影響[5]。若要使這一誤差在可能的范圍之內(nèi)降到最低，保證單片機(jī)控制系統(tǒng)能夠在一定的范圍內(nèi)安全的運(yùn)行，工作人員應(yīng)當(dāng)仔細(xì)的分析信號干擾的來源、脈沖頻率等參數(shù)，在一系列數(shù)學(xué)技術(shù)的輔助之下，將數(shù)字信號過濾技術(shù)進(jìn)行更加優(yōu)化的設(shè)計(jì)，通過數(shù)字技術(shù)對于干擾波段進(jìn)行篩查和過濾，也可以使用濾波器等裝置，對于外界的輸入信號進(jìn)行干擾分析和控制，對于發(fā)現(xiàn)的錯(cuò)誤進(jìn)行有效的阻礙，防止出現(xiàn)外界的因素干擾，導(dǎo)致單片機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行錯(cuò)誤。

（二）指令冗余技術(shù)

當(dāng)單片機(jī)控制系統(tǒng)處于強(qiáng)干擾的環(huán)境當(dāng)中時(shí)，有可能會(huì)造成計(jì)數(shù)器當(dāng)中的PC數(shù)值發(fā)生異常變化，直接導(dǎo)致系統(tǒng)軟件程序運(yùn)行出錯(cuò)，嚴(yán)重的可能會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)事故的發(fā)生。為了解決這一問題，工作人員可以利用單字節(jié)的指令對于單片機(jī)控制系統(tǒng)的核心部位進(jìn)行指引，也可以將單字節(jié)的系統(tǒng)命令安插在單片機(jī)的控制系統(tǒng)當(dāng)中，如果有程序受到干擾影響而紊亂，在JMP的指令幫助之下，單片機(jī)控制系統(tǒng)可以自動(dòng)捕獲到正確的指令信息，之后再自動(dòng)進(jìn)行復(fù)位，進(jìn)入到初始的入口地址當(dāng)中，使程序結(jié)束循環(huán)狀態(tài)，不斷的進(jìn)行自動(dòng)修復(fù)和復(fù)位操作，直到錯(cuò)誤的指令危機(jī)解除，使系統(tǒng)始終保持著相對的穩(wěn)定狀態(tài)。除了指令冗余技術(shù)之外，看門狗技術(shù)也可以幫助單片機(jī)控制系統(tǒng)阻隔外界環(huán)境的干擾，解決以往存在的程序亂碼的問題?？撮T狗技術(shù)能夠準(zhǔn)確的對單片機(jī)的運(yùn)行程序進(jìn)行時(shí)空范圍之內(nèi)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測，一旦在監(jiān)視過程中發(fā)現(xiàn)某些問題，或者出現(xiàn)系統(tǒng)故障導(dǎo)致的計(jì)數(shù)器數(shù)值爆表，看門狗技術(shù)可以自動(dòng)將控制系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)位，迫使系統(tǒng)軟件能夠繼續(xù)進(jìn)入到正常的運(yùn)行狀態(tài)當(dāng)中。

（三）開關(guān)量的抗干擾能力

在單片機(jī)的控制系統(tǒng)當(dāng)中，如果將一連串的離散型脈沖信號覆蓋在有效信號之上，那么將會(huì)使脈沖信號的控制量發(fā)生數(shù)值異常，同時(shí)也會(huì)造成系統(tǒng)的脈沖信號受到外界不良因素的嚴(yán)重干擾，導(dǎo)致單片機(jī)控制系統(tǒng)無法受到硬件參數(shù)的控制，也無法通過對硬件設(shè)備進(jìn)行設(shè)置來達(dá)到調(diào)整脈沖頻率的效果。針對以上問題，工作人員可以通過對于開關(guān)量的調(diào)節(jié)來提高單片機(jī)控制系統(tǒng)輸入和輸出設(shè)備的抗干擾能力，利用專業(yè)的應(yīng)用軟件對于重復(fù)脈沖進(jìn)行技術(shù)檢測和篩查，對于輸入輸出開關(guān)的接口處進(jìn)行抗干擾設(shè)計(jì)，通過這種方式提高設(shè)備對于外界信號的敏感度和阻隔能力，達(dá)到單片機(jī)控制系統(tǒng)的抗干擾效果。

結(jié)語：綜上所述，單片機(jī)的控制系統(tǒng)在設(shè)計(jì)的過程的當(dāng)中，應(yīng)當(dāng)通過硬件和軟件的參數(shù)設(shè)計(jì)和設(shè)置調(diào)整，不斷的提高系統(tǒng)阻隔外界干擾源頭的能力，做好單片機(jī)控制系統(tǒng)的抗干擾工作，提升單片機(jī)的使用價(jià)值。