單片機(jī)控制系統(tǒng)的抗干擾及實(shí)現(xiàn)方式分析

胡偉剛

摘 要：單片機(jī)操縱系統(tǒng)的廣泛運(yùn)用給人們的日常生活和工業(yè)化生產(chǎn)帶來了巨大經(jīng)濟(jì)效益，但其也存在一些問題，如可靠性能不夠理想，非常容易受軟件環(huán)境干擾而減少線性度，乃至引起系統(tǒng)失效。這就要求大家對其干擾要素用心剖析，以尋找有效的突破口，從而對其抗干擾設(shè)計(jì)方案加以改進(jìn)，使其充分運(yùn)用系統(tǒng)的優(yōu)勢。

關(guān)鍵詞：單片機(jī)操縱系統(tǒng);抗干擾;經(jīng)濟(jì)效益

1? ? 單片機(jī)遙控器系統(tǒng)原理

單片機(jī)以其體型小、價(jià)錢廉、朝向操縱等層面的與眾不同優(yōu)勢，促使單片機(jī)普遍運(yùn)用到了工業(yè)控制系統(tǒng)、儀表設(shè)備、自動(dòng)化技術(shù)、智能化系統(tǒng)等。單片機(jī)的遙控器系統(tǒng)以單片機(jī)系統(tǒng)為基本上操縱模塊，可以組成無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、速率調(diào)整系統(tǒng)，并且其優(yōu)勢是，可以在3 km外操縱健身運(yùn)動(dòng)總體目標(biāo)的運(yùn)行、速率速度、終止、來回。尤其是在健身運(yùn)動(dòng)總體目標(biāo)的運(yùn)作全過程中，可以任意調(diào)整速率速度，變速一般是在7～25 km/h范疇。單片機(jī)完成操縱了全部這種狀態(tài)，逐漸根據(jù)數(shù)字鍵盤主要參數(shù)，隨后歷經(jīng)單片機(jī)計(jì)算和解決個(gè)人行為，根據(jù)無線網(wǎng)絡(luò)數(shù)傳模塊進(jìn)行對主要參數(shù)的無線數(shù)據(jù)傳輸、運(yùn)作狀態(tài)及其變速機(jī)器設(shè)備的操縱方法，做到遙控器運(yùn)作的目的規(guī)定。

2? ? 單片機(jī)操縱系統(tǒng)干擾的關(guān)鍵要素

單片機(jī)操縱系統(tǒng)關(guān)鍵根據(jù)數(shù)據(jù)信號輸出、鍵入完成被控制目標(biāo)操縱，假如外界要素存有著干擾因素，則會搞混數(shù)據(jù)信號，進(jìn)而影響到單片機(jī)的操縱特性。外部干擾要素主要是磁感應(yīng)干擾導(dǎo)致的，傳入、輻射源方式影響鍵入、輸出數(shù)據(jù)信號。其中，傳輸磁感應(yīng)干擾關(guān)鍵會影響電容器、電感。輻射性干擾是根據(jù)外界輻射源對內(nèi)部磁感應(yīng)導(dǎo)致干擾，造成磁感應(yīng)傳輸缺失可靠性。不論是哪一種磁感應(yīng)干擾方式，都是會對其電磁場導(dǎo)致干擾，進(jìn)而影響單片機(jī)數(shù)字信號處理。在單片機(jī)操縱系統(tǒng)中，假如硬件配置電路原理欠缺合理性、電子器件品質(zhì)不合格，都是會對單片機(jī)操縱系統(tǒng)導(dǎo)致不良影響。普遍干擾源包含供電系統(tǒng)、全過程安全通道，因?yàn)楦蓴_數(shù)據(jù)信號由供電系統(tǒng)直流穩(wěn)壓電源路線及其接地線功效于操縱系統(tǒng)之中，進(jìn)而影響信號源的連接和輸出。

3? ? 抗干擾電源電路與運(yùn)算放大器

因?yàn)閿?shù)據(jù)信號在傳送全過程中會遭受各種各樣干擾，因而，不論是數(shù)據(jù)量I/O安全通道還是模擬量輸入I/O安全通道，都需要提升抗干擾電源電路。因此，D/A轉(zhuǎn)化器輸出的工作電壓數(shù)據(jù)信號對直流調(diào)速器執(zhí)行操縱以前要?dú)v經(jīng)一段抗干擾電源電路。光耦合器能夠組成合理的抗干擾電源電路，可是光耦合器的特點(diǎn)是離散系統(tǒng)的，并且溫度系數(shù)大，用于傳輸模擬量輸入會造成很大的非線性失真及溫度漂移，因此這里不選用光耦合器開展防護(hù)，而選用線性光耦。

運(yùn)算放大器OP-07當(dāng)正負(fù)極端鍵入相同工作中，這時(shí)，運(yùn)算放大器有工作電壓輸出，開啟三極管通斷，使2個(gè)二極管-二極管型光耦合器工作中，D2與D3的陽極氧化輸出電壓同樣，則運(yùn)算放大器1與運(yùn)算放大器2的正端鍵入值相同。因此經(jīng)線性光耦后，TLC5615輸出的工作電壓數(shù)據(jù)信號維持不會改變，但卻強(qiáng)大地抑制了干擾數(shù)據(jù)信號。

4? ? 系統(tǒng)運(yùn)作中由干擾造成的狀況及抗干擾剖析

系統(tǒng)地軟、硬件配置抗干擾對策按基本方法都選用后，系統(tǒng)逐漸放進(jìn)當(dāng)場環(huán)境中運(yùn)行，依然發(fā)生了許多常見故障，絕大部分是干擾的緣故，創(chuàng)作者選擇了好多個(gè)典型性的狀況開展剖析和解釋，期待能和開展單片機(jī)應(yīng)用研究的專家學(xué)者互相討論。

狀況1：將89C51集成IC置入印刷線路板中通電運(yùn)作，程序流程沒有反應(yīng)。殊不知將89C51單片機(jī)集成IC取下，換作仿真器運(yùn)作時(shí)，程序流程逐漸實(shí)行;或是電路板上電時(shí)，先按住復(fù)位開關(guān)，程序流程也會一切正常實(shí)行。

剖析：單片機(jī)系統(tǒng)中的I/O插口集成IC的校準(zhǔn)端口號與單片機(jī)的校準(zhǔn)端口號連在一起，統(tǒng)一校準(zhǔn)。插口集成IC因?yàn)樯a(chǎn)商不一樣，校準(zhǔn)時(shí)間也稍有不一樣。校準(zhǔn)線較長而有很大的分布電容，造成這種插口的校準(zhǔn)全過程落后于單片機(jī)。工程項(xiàng)目實(shí)踐活動(dòng)說明，當(dāng)單片機(jī)校準(zhǔn)完畢馬上對這種I/O集成IC開展復(fù)位實(shí)際操作時(shí)，通常不成功。

狀況2：實(shí)行狀態(tài)不穩(wěn)定，例如按住前行鍵有時(shí)候系統(tǒng)會實(shí)行，而按過許多次后不會再實(shí)行。這時(shí)候查詢程序流程發(fā)覺程序流程跑飛，應(yīng)該是當(dāng)?shù)夭倏v狀態(tài)，卻進(jìn)到遠(yuǎn)程控制管理程序。

剖析：當(dāng)?shù)貭顟B(tài)或遠(yuǎn)程控制狀態(tài)地給出是根據(jù)P0.3口鍵入的，P0.3口是“0”時(shí)為遠(yuǎn)程操作狀態(tài)，是“1”時(shí)為當(dāng)?shù)夭倏v狀態(tài)。在數(shù)字電路設(shè)計(jì)中，當(dāng)數(shù)據(jù)信號由一個(gè)狀態(tài)轉(zhuǎn)化成另一個(gè)狀態(tài)時(shí)，會造成瞬變干擾。從P0.3中鍵入的狀態(tài)因?yàn)楦蓴_的功效發(fā)生了轉(zhuǎn)變，使分辨打錯(cuò)，程序流程跑飛。用示波儀觀察P0.3端口號的轉(zhuǎn)變，發(fā)覺有瞬間單脈沖，此瞬間單脈沖窄小，習(xí)慣性上，假如單脈沖噪音的脈長寬比有效脈沖寬度小許多，稱這類單脈沖為窄單脈沖噪音。

狀況3：程序流程逐漸通電實(shí)行，當(dāng)開展到彼此逐漸通信時(shí)，推送方無線網(wǎng)絡(luò)數(shù)傳模塊自始至終處在傳送數(shù)據(jù)狀態(tài)，接受方無線網(wǎng)絡(luò)數(shù)傳模塊自始至終處在讀取數(shù)據(jù)狀態(tài)，無線網(wǎng)絡(luò)數(shù)傳不會再開展。

剖析：無線網(wǎng)絡(luò)數(shù)傳模塊要被恰當(dāng)運(yùn)用才能夠恰當(dāng)傳送數(shù)據(jù)。規(guī)定推送模塊與接收模塊的輸出功率一致，且目的詳細(xì)地址和真實(shí)身份詳細(xì)地址相互之間相匹配。因?yàn)楦蓴_的功效，無線網(wǎng)絡(luò)數(shù)傳模塊的目的詳細(xì)地址被改動(dòng)，使推送模塊傳送數(shù)據(jù)時(shí)找不著到達(dá)站。

狀況4：按住前行、倒退等鍵許多次后，汽車?yán)^電器不會再吸合，程序流程有時(shí)候會自動(dòng)回復(fù)內(nèi)容到復(fù)位，有時(shí)候會出現(xiàn)錯(cuò)誤操作。例如：按住“前行鍵”時(shí)，操縱“前行”狀態(tài)的交流接觸器的電磁線圈吸合一下又快速彈回，反倒操縱“倒退”狀態(tài)的交流接觸器的電磁線圈吸和。

剖析：搜索緣故的全過程是以一個(gè)最簡程序流程逐漸地，這一最簡程序流程只有進(jìn)行簡易的前行、倒退、終止實(shí)際操作，即便這，所述情況依然存有，這清除了手機(jī)軟件不正確的很有可能。把硬件配置電源電路回應(yīng)到最簡狀態(tài)，僅保存最基本上的作用，所述狀態(tài)仍然存有，到此判斷是干擾的緣故。為了更好地減少干擾，在各集成IC的開關(guān)電源與的中間加電容濾波，發(fā)覺加的電解電容器的容積越大，系統(tǒng)發(fā)生此常見故障越快;反過來，電解電容器容積越小，能夠?qū)嵭械念l次越多，由此判斷是高頻率干擾，因電解電容器自身具備一定電感器，對高頻率過濾實(shí)際效果不太好。把無線網(wǎng)絡(luò)數(shù)傳模塊拿開，系統(tǒng)實(shí)行明顯改善，在這時(shí)模塊挨近單片機(jī)系統(tǒng)，并使其機(jī)殼再次接地裝置時(shí)，系統(tǒng)回應(yīng)到原先狀態(tài)。到此判斷，干擾源來源于無線網(wǎng)絡(luò)數(shù)傳模塊，而且是高頻率干擾。

5? ? 根據(jù)單片機(jī)的遙控器系統(tǒng)硬件配置抗干擾解決方法

前邊提及了一些在現(xiàn)場運(yùn)作是系統(tǒng)發(fā)生的常見故障，對于這種狀況，大家采用了一些抗干擾對策，合理地確保了系統(tǒng)的一切正常運(yùn)作。

狀況1：解決方法當(dāng)單片機(jī)進(jìn)到0000H詳細(xì)地址后，最先實(shí)行約1 ms的手機(jī)軟件適時(shí)，隨后再對這種I/O集成IC開展復(fù)位。

狀況2：解決方法在P0.3端口號與地中間添加RC過濾階段，運(yùn)用RC的低通特點(diǎn)濾除窄單脈沖噪音。RC的穩(wěn)態(tài)值依據(jù)工作經(jīng)驗(yàn)一般須超過當(dāng)場很有可能發(fā)生的噪音較大占空比10倍上下，低于數(shù)據(jù)信號占空比的1/10，僅有這才可以做到既能抑制噪音，又不至于使數(shù)據(jù)信號遺失的目的。本例中合理數(shù)據(jù)信號具體為一個(gè)脈沖信號狀態(tài)，頻率極低，故過濾穩(wěn)態(tài)值可選擇大一些。

狀況3：解決方法無線網(wǎng)絡(luò)數(shù)傳模塊非常容易遭受外部干擾。外界干擾入侵無線網(wǎng)絡(luò)數(shù)傳模塊，會更改模塊輸出功率、真實(shí)身份詳細(xì)地址或目的詳細(xì)地址，使模塊不可以開展一切正常通信。為使模塊具備不錯(cuò)的抗干擾工作能力，采用了下列對策：（1）將無線網(wǎng)絡(luò)數(shù)傳模塊與外界連接的電源插頭和數(shù)據(jù)電源線均換為金屬材料手工編織屏蔽電纜，金屬材料編織作屏蔽掉層，心里作電源線。屏蔽掉層起靜電屏蔽功效，屏蔽掉層與9 V開關(guān)電源共地。（2）萬一再次發(fā)生模塊主要參數(shù)被改動(dòng)的狀況，為使無線網(wǎng)絡(luò)數(shù)傳能再次開展，設(shè)定一個(gè)常見故障檢驗(yàn)鍵，當(dāng)按住此鍵時(shí)，再次對模塊主要參數(shù)開展設(shè)定。

狀況4：解決方法既然根據(jù)剖析獲知干擾源為無線網(wǎng)絡(luò)數(shù)傳模塊，對無線網(wǎng)絡(luò)數(shù)傳模塊選用了下列對策，使其不會再干擾別的數(shù)據(jù)信號的鍵入與輸出：無線網(wǎng)絡(luò)數(shù)傳模塊與微型機(jī)系統(tǒng)的供電系統(tǒng)路線分離供電系統(tǒng);無線網(wǎng)絡(luò)數(shù)傳模塊的開關(guān)電源并接耦合電容;將無線網(wǎng)絡(luò)數(shù)傳模塊浮置起來;對微型機(jī)系統(tǒng)開展磁屏蔽材料。

6? ? 結(jié)語

隨著在我國科技進(jìn)步持續(xù)發(fā)展，單片機(jī)操縱系統(tǒng)在具體運(yùn)用更加普遍，可是會遭受內(nèi)外干擾要素影響。這就要對于影響單片機(jī)系統(tǒng)平穩(wěn)的要素，采用目的性解決方法，進(jìn)而提升單片機(jī)操縱系統(tǒng)運(yùn)作的可靠性。

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（編輯 姚 鑫）

Anti - jamming and realization analysis of MCU control system

Hu Weigang

（Hubei Xianning Vocational Education Group School， Xianning 437100， China）

Abstract：The wide use of single-chip MCU control system for everyones daily life and industrial production has produced a huge convenient and economic benefits， but in addition it is not enough， and its reliable performance is not ideal， very easy to be affected by the software environment interference and reduce linearity， and even cause system failure. This stipulates that we analyze the interference elements carefully in many aspects， in order to find an effective breakthrough， so as to improve the anti-interference design scheme and make full use of the advantages of the system.

Key words：MCU control system; anti-interference; economic benefits