單片機(jī)自動(dòng)控制中抗干擾相關(guān)問(wèn)題的探討

黃開(kāi)平

摘 要：?jiǎn)纹瑱C(jī)在自動(dòng)化流程中比較容易受到干擾，會(huì)影響微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，有時(shí)還會(huì)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)造成不利影響，因此，為了讓控制系統(tǒng)更穩(wěn)定更安全的運(yùn)行，就要提高單片機(jī)的抗干擾能力，本文就單片機(jī)自動(dòng)控制中抗干擾相關(guān)問(wèn)題做出簡(jiǎn)單分析，希望能為單片機(jī)的抗干擾能力的提高做出一些幫助，提高自動(dòng)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī);抗干擾能力;問(wèn)題探討

引言：?jiǎn)纹瑱C(jī)受到干擾可能會(huì)造成系統(tǒng)的自動(dòng)化流程失控，主要的現(xiàn)象有：由于干擾的原因?qū)е孪到y(tǒng)內(nèi)的數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確;干擾會(huì)造成數(shù)據(jù)采集的誤差較大;干擾可能會(huì)造成系統(tǒng)的控制失靈;干擾可能會(huì)造成控制系統(tǒng)的程序運(yùn)行異常。這些基本都是由于單片機(jī)受到干擾而產(chǎn)生的一些不利現(xiàn)象，為了提高單片機(jī)的抗干擾能力，現(xiàn)如今，比較可靠的技術(shù)主要可以分為兩個(gè)方面，硬件抗干擾技術(shù)和軟件抗干擾技術(shù)。下面就單片機(jī)抗干擾能力做出一些簡(jiǎn)單概述。

一、硬件抗干擾技術(shù)

硬件抗干擾技術(shù)主要是通過(guò)抑制干擾源來(lái)提高抗干擾的能力，這種技術(shù)主要是阻斷干擾傳輸通道，通過(guò)合理的布置以及有關(guān)參數(shù)的選擇，可以很好的抑制對(duì)系統(tǒng)的干擾。硬件抗干擾技術(shù)是一種比較常使用的技術(shù)，通過(guò)一定的硬件設(shè)計(jì)，可以有效的抑制大部分的干擾[1]。硬件抗干擾技術(shù)的主要措施有：盡量選取頻率低的微控制器;減小信號(hào)傳輸中的畸變;降低信號(hào)間的交叉干擾;合理的對(duì)元件進(jìn)行布置分區(qū)等，如果可以有效的實(shí)施硬件抗干擾技術(shù)，就可以把絕大部分的干擾阻隔，雖然還會(huì)有小部分的干擾會(huì)對(duì)微機(jī)系統(tǒng)系統(tǒng)有一定的影響，這時(shí)就可以通過(guò)軟件抗干擾技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)干擾的阻斷，這樣就可以有效的使微機(jī)受到的干擾能力變小，由此可以看出要想使微機(jī)的抗干擾系統(tǒng)成功的組建，需要硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)相結(jié)合才能實(shí)現(xiàn)。

二、軟件抗干擾技術(shù)

在微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)中，軟件抗干擾技術(shù)的應(yīng)用最為廣泛，主要是由于軟件抗干擾系統(tǒng)具有耗費(fèi)資源少、靈活方便等優(yōu)點(diǎn)，在軟件抗干擾技術(shù)進(jìn)行實(shí)施時(shí)，主要是通過(guò)對(duì)模擬器輸入的噪聲進(jìn)行消除，當(dāng)程序出現(xiàn)混亂時(shí)使程序重入正規(guī)的方法。下面對(duì)機(jī)電軟件抗干擾技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)單的概述。

（一）指令冗余

在CPU進(jìn)行取令時(shí)，一般都是先對(duì)操作碼進(jìn)行提取，然后再對(duì)操作數(shù)進(jìn)行提取，這時(shí)，如果在一些地方插入單字節(jié)指令，或?qū)⒁恍﹩沃噶钪貙懢涂梢苑Q之為指令冗余。一般認(rèn)定在程序“跑飛”后會(huì)進(jìn)某個(gè)代碼段中，這時(shí)可以在代碼段的指令中插入3個(gè)以上的nop空命令，這樣就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)程序“跑飛”的控制，但是當(dāng)中斷程序出現(xiàn)干擾而使得“程序”跑飛，這時(shí)冗余技術(shù)將會(huì)失效，控制系統(tǒng)也不能正常工作。

（二）攔截技術(shù)

攔截技術(shù)就是將亂飛的程序引向制定的位置，然后通過(guò)一定的處理，使程序進(jìn)入正軌，這個(gè)過(guò)程需要通過(guò)軟件陷阱來(lái)對(duì)亂飛的程序進(jìn)行攔截，因此首先要設(shè)計(jì)合理的陷阱，通過(guò)對(duì)陷阱合理的擺放，才能對(duì)亂飛的程序進(jìn)行有效的攔截。當(dāng)亂飛的程序進(jìn)入非程序區(qū)時(shí)，指令冗余便會(huì)失效，不能對(duì)干擾進(jìn)行一定抑制，因此，要通過(guò)一定的陷阱，將亂飛的程序控制住，然后進(jìn)行及時(shí)的處理，這樣才能對(duì)干擾進(jìn)行一定的阻礙。在對(duì)陷阱進(jìn)行放置時(shí)，一般都會(huì)在未使用的EPROM中填寫0000020000[2]。最后一條填寫020000，這樣，當(dāng)亂飛的程序進(jìn)入此區(qū)域時(shí)，就可以自動(dòng)入軌。此外，在用戶程序區(qū)各模塊之間的空余單元中也可以設(shè)置陷阱指令，這樣也可以對(duì)亂飛的程序進(jìn)行有效的攔截。當(dāng)使用的中斷因干擾而開(kāi)放時(shí)，在對(duì)應(yīng)的中斷程序中設(shè)置軟件陷阱，就可以對(duì)中斷的錯(cuò)誤進(jìn)行及時(shí)的發(fā)現(xiàn)。在考慮到整個(gè)系統(tǒng)的容量，一般情況下，陷阱的設(shè)置不要太多，1K空間中有2～3個(gè)陷阱就可以對(duì)亂飛的程序進(jìn)行有效的攔截。

（三）軟件“看門狗“技術(shù)

在失控的程序進(jìn)入“死循環(huán)”時(shí)，一般都是采用“看門狗”技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)程序的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，通過(guò)對(duì)程序的運(yùn)行時(shí)間進(jìn)行不斷的檢測(cè)，可以發(fā)現(xiàn)程序循環(huán)時(shí)間是否正常，若程序的循環(huán)時(shí)間超過(guò)了最大循環(huán)運(yùn)行時(shí)間，則可以認(rèn)定程序進(jìn)入“死循環(huán)”，這時(shí)就可以通過(guò)“看門狗”技術(shù)進(jìn)行處理[3]?！翱撮T狗”技術(shù)可以通過(guò)硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)，也可以通過(guò)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，一般都是通過(guò)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)的，因?yàn)檐浖翱撮T狗”可以減少系統(tǒng)自我修復(fù)的時(shí)間，而硬件“看門狗”基本都是通過(guò)復(fù)位的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)程序的處理，這樣耗費(fèi)的時(shí)間相對(duì)較多。

三、單片機(jī)控制系統(tǒng)的抗干擾對(duì)策

（一）加強(qiáng)系統(tǒng)分析

要想實(shí)現(xiàn)對(duì)單片機(jī)控制系統(tǒng)的抗干擾工作，如果僅靠傳統(tǒng)的手段進(jìn)行實(shí)施，不僅效果不會(huì)太好，還會(huì)有著很多的問(wèn)題產(chǎn)生。在對(duì)單片機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行抗干擾的處理時(shí)，可以通過(guò)對(duì)系統(tǒng)分析層面進(jìn)行入手，選擇合理的手段和方法。首先，可以通過(guò)對(duì)單片機(jī)控制系統(tǒng)運(yùn)作的不同環(huán)境，進(jìn)行合理有效的分析，對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行全面的掌握，以便于對(duì)出現(xiàn)問(wèn)題進(jìn)行有效的排查，保障整個(gè)控制系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定。其次，要對(duì)影響控制系統(tǒng)的干擾源和動(dòng)態(tài)因素進(jìn)行深入的研究，對(duì)控制系統(tǒng)的抗干擾進(jìn)行全面的設(shè)計(jì)，從而使得單片機(jī)控制系統(tǒng)的抗干擾體系更加的豐富。

（二）數(shù)字輸入端的噪聲抑制

對(duì)于單片機(jī)控制系統(tǒng)的抗干擾工作，硬件抗干擾是一種比較有效的抗干擾方式，要想使單片機(jī)控制系統(tǒng)穩(wěn)定的運(yùn)行，與硬件抗干擾的應(yīng)用有著非常密切的關(guān)系，如果硬件抗干擾系統(tǒng)維護(hù)的不到位，就會(huì)使得單片機(jī)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行受到影響。在對(duì)數(shù)字輸入端噪聲抑制的抗干擾進(jìn)行合理的實(shí)施時(shí)，可以使整個(gè)系統(tǒng)的抗干擾能力大大提高，保障單片控制系統(tǒng)更加穩(wěn)定的運(yùn)行。首先可以在輸入端接RV濾波器和施密特集成電路，其中RC濾波器的時(shí)間常數(shù)要大于現(xiàn)場(chǎng)可能出現(xiàn)噪聲的最大脈寬，還要保證濾波器的時(shí)間常數(shù)小魚(yú)信號(hào)的寬度，這樣不僅可以有效的對(duì)噪聲進(jìn)行抑制，也不會(huì)使信號(hào)丟失。在輸入端加上拉電阻，可以使系統(tǒng)的供電電源電壓提高，從而使輸入端的電平提高，使輸入端的噪聲容限更大。提高輸出低電平的噪聲容限，可以通過(guò)降低信號(hào)源內(nèi)阻的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，使用放大倍數(shù)為1的電壓跟隨器，可以使單片機(jī)控制系統(tǒng)的效用更加的明顯。

（三）外圍擴(kuò)展存儲(chǔ)器的抗干擾

在對(duì)單片機(jī)控制系統(tǒng)的抗干擾進(jìn)行實(shí)施時(shí)，應(yīng)該按照多元化的模式進(jìn)行，單一技術(shù)手段的實(shí)施，雖然可以暫時(shí)性的對(duì)抗干擾能力提高有著明顯效果，但是長(zhǎng)期的應(yīng)用，會(huì)使得控制系統(tǒng)的抗干擾能力下降，不利于單片機(jī)控制系統(tǒng)長(zhǎng)期穩(wěn)定的運(yùn)行。外圍擴(kuò)展存儲(chǔ)器的抗干擾手段是促進(jìn)單片機(jī)控制系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的重要組成部分，在實(shí)施外圍擴(kuò)展存儲(chǔ)器的抗干擾手段時(shí)，首先要控制數(shù)據(jù)線、地址線、控制線的長(zhǎng)度，讓其盡量變短，這樣能減少對(duì)地的電容。然后要加粗電源線和地線，走線時(shí)盡量要短，這樣才能使外圍擴(kuò)展存儲(chǔ)器的抗干擾能力得到有效提升。

四、結(jié)語(yǔ)

對(duì)于單片機(jī)控制系統(tǒng)的抗干擾能力來(lái)說(shuō)，要綜合考慮硬件和軟件技術(shù)想結(jié)合，這樣才能使得單片機(jī)控制系統(tǒng)的抗干擾能力得到有效加強(qiáng)，同時(shí)還要針對(duì)開(kāi)發(fā)的成本和軟件的穩(wěn)定性去綜合進(jìn)行考慮，選取合理科學(xué)的抗干擾方式方法，促使我國(guó)單片機(jī)控制系統(tǒng)更加的穩(wěn)定。我國(guó)在單片機(jī)控制系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計(jì)方面，正在不斷的改進(jìn)，通過(guò)突破自身的局限性，現(xiàn)如今已經(jīng)取得了比較好的效果，相信通過(guò)我國(guó)對(duì)于單片機(jī)控制系統(tǒng)的不斷研究，我國(guó)的單片機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的抗干擾能力會(huì)不斷的加強(qiáng)。

參考文獻(xiàn)：

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