单片机控制系统的抗干扰设计
单片机测控系统中的抗干扰设计
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ｓ ｓｅ ａｃｒ ｉｇ ｔ ｈ ｏ ｉ ｅｉｂｌ ｙ ａ ｄ ｎｉｉｔｒｅｅ ｃ ｆｃｏｓ ａ ｄ ｏ ｈ ｒ ｅ ｔｒｓ ｏ ｈ ｍｉ ｏ ｐｏ ｅｓｒ ｙｔｍ ｃｏ ｄｎ ｏ ｔ ｅ ｒｎ ｔ ｍｅ ｒｌ ｉｔ ｎ ａ ｔ ｎ ｅｆｒｎ ｅ ａ ｔｒ ｎ ｔ ｅ ｆａｕｅ ｆ ｔ ｅ ａ ｉ ｃ ｒｃｓｏ ｒ
切入 点 ，描述 了单 片机 测控 系统 干 扰 的 引入 原 因，然 后 从 软 件 抗 干 扰 设 计 与硬 件 抗 干扰 设 计 的
单片机控制系统的抗干扰技术
３ 软件 抗干扰技术
与硬件抗干扰相 比， 软件抗干扰显得 比较灵活 ， 固定模 式， 没有 并且
在不断地发展 。各种软 件抗干 扰措施能 够大大 地提 高控制 系统 的可靠
Ｍ Ｘ １Ｌ的Ｔ １６ ｗ＝ ． 秒） Ｍ Ｘ １Ｌ的输出端将由低电平变为高电 ， Ａ ８３ 性。特别是软件滤波技术， 它可以使用多个通道共用一个软件滤波器以 后（ Ａ ８３
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第 ６期
Ｎ ６ Ｏ．
宜宾学院学报
Ｊｕ ａ ｏ ｉｉ ｎｖｒｔ ｏ ｒ ｌ ｆ ｂｎＵ ｉ ｓｙ ｎ Ｙ ｅｉ
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单 片机 控 制 系统 的 抗 干 扰 技 术
孙 凯
（ 南京铁道职业技术学院 ， 江苏 南京 ２ ０ １ ） １０５
Ｍ Ｘ １Ｌ的输入端不再 出现脉 冲信 号 ， Ａ ８３ 则定 时器在一 个规定 的时间 Ｔ ｗ
２３１ 采用开关电源并提供足够的功率余量， ．． 主机部分使用单独的 失控的程序正好使某些操作数变形成为修改监视器时间的指令或禁止中
２３２ 防止从电源系统引入干扰， ．． 可采取交流稳压器保证供电的稳
向通道抗干扰电路如图２ 所示。
收稿 日期 ：０ ７—０ ２０ ７—２ ４
２２３ 配置去耦电容 ．．
作 者简介 ： 孙凯（ ９７一）女 ， １７ ， 安徽 宿州人 ， 讲师 ， 工程硕士 ， 从事 自动控制研 究。 主要
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６ ８
宜宾 学 院 学 报
时多个地引脚可以减少地阻抗。 ２２２ 电源线布置 ．．
２ １ 前后向通道干扰的隔离措施 ． 为了防止现场干扰进入前后向通道中， 在硬件设计中采用光电隔离
MCS51单片机应用系统可靠性及抗干扰设计
（2）死机0316baowencailiao/ 3．系统对被控对象的误操作 4．被控对象状态不稳定
9.2 单片机系统中硬件抗干扰设计
9.2.1 干扰的耦合方式 1．直接耦合 nizifn mynzf mynzf mynzgf 0838mlj zhongtezc topbrightness/
9.3.3 系统复位特征
1．上电标志的设定方法 ① SP建立上电标志。 ② PSW.5建立上电标志。 ③ 内RAM建立上电标志。 2．软件复位与中断激活标志 3．程序失控后恢复运行的方法 4．睡眠抗干扰
9.4 “看门狗”技术和掉电保护
9.4.1 “看门狗”技术
1．软件“看门狗”技术 nizifn mynzf mynzf mynzg mynzg mynzg mljsgf mljnzf
0838mlj zhongtezc topbrightness/
2．硬件“看门狗”技术 hd8go hd88go sj93 oemgc/
189288 hzp580 yjoem
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3．上电复位与“看门狗”信号复位的不同处 zhongtezc yanjigz/ zg-nsk skf-zt nsk-zt/ fag-zt/ ntn-zt 189286/ xcdnpx/ dgxcdn dgxcpx xcwxpx
理过程
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0316baowencailiao/
9.4.2 掉电保护电路
1．简单的COMS RAM 掉电保护电路 2．可靠的COMS RAM掉电保护电路 nizifn mynzf mynzf mynzg
单片机系统抗干扰浅析
生产一线单片机系统抗干扰浅析文⊙罗小红（衡东县职业中专学校）摘要:在实验室研制并通过调试的单片机系统，将其置入现场后，往往出现这样或那样的问题，系统变得不稳定，影响其正常工作。
产生这种情况的原因主要是由于所在环境中各种干扰造成的，以致单片机系统的可靠性由多种因素决定的，而系统抗干扰性能就成为系统可靠性的重要指标。
因此，单片机应用系统中抗干扰问题也就成为设计应用中重要的课题。
关键词:单片机系统；干扰来源；抗干扰技术单片机由于其优异的性能价格比，在过程控制、运动控制、智能仪表、医疗器械等各个领域的应用越来越深入和广泛，有效地提高了生产效率和经济效益。
然而，单片机系统工作时，可能出现这样或那样的问题，使系统变得不稳定，影响正常工作。
产生这种情况的原因主要是由于所在环境中各种干扰造成的，以致单片机系统的可靠性由多种因素决定，而系统抗干扰性能就成为系统可靠性的重要指标。
因此，单片机应用系统中抗干扰问题也就成为设计应用中重要的课题。
一、单片机干扰来源及后果干扰用数学语言描述为d u/dt ,d i /dt ，雷电、继电器、可控硅、电机、高频时钟等都可能成为干扰源。
典型的干扰传播路径是通过导线的传导和空间的辐射。
敏感器件有A/D 、D/A 变换器，单片机，数字I C ，弱信号放大器等。
（一）干扰的分类按产生的原因分有放电噪声、高频振荡噪声、浪涌噪声。
按传导方式可分为共模噪声和串模噪声。
按波形可分为持续正弦波、脉冲电压、脉冲序列等。
（二）干扰的耦合方式干扰源产生的干扰信号是通过一定的耦合通道才对测控系统产生作用的。
耦合方式是通过导线、空间、公共线等，主要有：1、直接耦合。
这是最直接、最普遍的一种方式。
比如干扰信号通过电源线侵入系统。
对于这种形式，最有效的方法就是加入去耦电路。
2、公共阻抗耦合。
常常发生在两个电路电流有共同通路的情况。
为了防止这种耦合，通常在电路设计上就要考虑。
使干扰源和被干扰对象间没有公共阻抗。
单片机软件系统的抗干扰设计
式 中Ｑ为数字滤波系数； Ｘ ｎ 为第１ １ 次采样时的滤波 器输入 ； Ｙ ｎ 为第ｎ 次
采样 时的滤波器输 出； Ｙｎ — Ｉ 为第ｎ ＋ １ 次采样时的滤波器输 出。
滤波系数Ｑ＝Ａ Ｔ ／ Ｔ ｆ ＜ １ ，其中Ａ Ｔ 为采样周期 ： Ｔ 伪 数字滤波器的时间 系数 。 具体 的参数应通过实际运行选取适当数值 ， 使周期性噪声减至最弱或 全部消除。
字节，都能复位 。也可在程序区每隔一段 （ 如几十条指令） 连续安排三条 ＮｏＰ 于 旨 令。因为８ ０ ５ １ 指令字节最长为三字节。当程序失控 时， 只要不跳转 ， 指令连续执行， 就会运行ＮＯＰ ￣＇ 令， 就能使程序恢复正常。 ３ ． ２设置“ 看门狗” 。设置软件陷阱能解决一部分程序失控 问题， 但当程
科 学 论 坛
献 嗨与 蛄
单片机软件 系统的抗干扰设计
马卫滨 － 李艳华ｚ
（ １ ． 鹤煤技师学院； ２ ． 鹤煤新 闻中心 河南 鹤壁 ４ ５ ８ ０ ０ ０ ） 摘 要： 为了保证单片机产 品能够长期稳定、 可靠地工作 ， 在产 品设计 时必须对抗干扰 能力给 予足够 的重视， 尤其在软件方面， 而且很容易造成数据 采集误 差增大 ， 程序－ ‘ ‘ 飞走 ” 失控或陷入死循环等严重的后果。所以提 高单片机软件系统的抗干扰 能力是很有必要 的。 关键 词： 单片机 干扰 软件 滤波
特别是单片机产品。由于产品本 身比较复杂 ， 再加上工作环境比较恶劣 （ 如 温度和湿度高， 有振动和冲击， 空气中灰尘 多， 并含有腐蚀性气体 以及 电磁
场的干扰等） ， 同时还要受到使用条件 （ 包括 电源质量 、 运行条件、 维护条件 等） 的影响， 因而可以毫不夸张地说 ， 当代世界的干扰如同环境污染 一样 ， 正 危机着现代工业的各个方面。抗干扰方面的课题不但有许多实际问题要解 决， 而且有不少理论问题要探讨。 软件的抗干扰设计 是单片机应用系统的一个重要组成部分。干扰对单
单片机测控系统抗干扰能力分析
单片机测控系统的抗干扰能力分析摘要：由于工作环境的多样性，单片机测控系统在工作过程中所受干扰比较大。
为了减少这种影响，提出了抗干扰技术，它是一项系统性的工程，该系统开发的整个过程与环节都要进行抗干扰能力的设计。
本文分析了干扰的来源与形成以及其对单片机测控系统产生的不良影响，从硬件、软件两方面来讨论单片机的抗干扰能力，尽可能的提高整个单片机测控系统的稳定性与可靠性。
关键词：单片机；测控系统；抗干扰能力中图分类号：tp274 文献标识码：a文章编号：1007-9599 (2013) 05-0000-02随着单片微型计算机的应用越来越广泛，主要用于智能化仪表中，尤其是测量控制系统的微型计算机，它是一种新型的微电子设备，具有完善的智能化特性，因而在工业系统中高达90%采用的是单片机测控系统。
由于工业环境中到处都是强弱电设备，不仅有数字电路还有不同模拟电路形成一个强电与弱电数字与模拟共存的局面，同时工作环境电磁干扰强、环境恶劣，其工作性与可靠性都会收到极大的影响。
因此，有必要对单片机测控系统的抗干扰能力进行研究，提高其在电磁环境中的适应能力以及稳定性。
1干扰的来源及形成1.1干扰的来源。
（1）较恶劣的供电环境。
属于重工型企业的铝厂，设备多数是大功率、大感性负载，启动或停止它们都会造成电网电压的大幅度变化，出现欠压、过压的现象，甚至有时候是额定电压的10%，出现这种情况可能持续几分钟或更久。
另外，大功率开关的通断也会造成电网产生尖脉冲，当尖脉冲跟电网的正弦波两者相叠加的时候，其通过交流电源进入到计算机内，对计算机造成了极大的危害，通常情况下，使得计算机发生“飞程序”，出现鼠标乱跳、打印机误动作等故障，使得计算机系统半瘫痪。
（2）严重的噪声环境。
为了实现数据采集或实时控制，模拟量、开关量的输入/输出信号线和控制线长达十几米至几百米，从而对计算机系统的干扰无从避免。
在高压系统调试后，发现在足够大的干扰下，极大的影响了线路分布电容的参数，同时，它对微型计算机引入了够强的干扰，轻微情况只是程序发生错误，影响其正常工作，严重情况下可能导致程序被冲或微机芯片直接被损坏掉【1】。
浅析单片机应用系统的抗干扰设计
高 新 技 术
浅 析 单 片机 应 用 系 统 的抗 干 扰设 计 ①
杨 丽 英 （ 南通航运 职业技 术学 院 江苏南通 ２ ２ ６ ０ １ ０ ） 摘 要： 随着科 学技 术的迅 速 发展 ， 单 片机 的应 用越来越 广泛 。 在众 多的 应 用系统 中共 同面临 的一个 问题 ， 就是 它在整个 系统 的安 全 性 以及 可靠性 ， 单 片机 系统的特 点是 实时性和 外部环 境干扰 因素 多， 本文 就几个 常见的 抗干扰 措施进行 分 析研 究， 从硬 件抗干 扰重 点 介 绍 了在 整个 可靠性 ， 针对 单 片机 应 用系统 实时性 强， 干扰 因素较 多的特 点 ， 本文介 绍 了几种实 用的抗干扰 措施 ， 在 供 电系统的设 计 ． 电路 板 的 布 局 应 用 以及 抑 制 输 入 的 干 扰 等 硬 件 抗 干 扰 方 面 以及 软 冗余 技 术 ， 软 件 陷阱 技 术 ， “ 看 门狗” 技 术 等 软 件 方 面 进 行 了实 用 分 析
之相连 的测控对象分布 在控制区域 ， 干 扰 源将直接、 间接 的 干 扰 单 片机 系统 的 工作 ， 分， 地 线 分 别 和 电 源 端 的 地 线相 连 不 要 混 操 作 码 执 行 ， 引起程序紊乱 。 因此 ， 软 件 冗 合实 用 。 （ ３ ） 不 要 环路 布 线 ， 特 别是 沿 印 制 电
力， 使 单 片机 稳 定 可 靠 的 工 作 。 以 下 就是 从
宽 度提 高抗 干 扰 能 力 。 （ ４ ） 去 耦 电容 应 该 布 而 保 证 程 序 紊乱 后 其 后 面 的 指 令 不 会 丢 失
局到 每 个Ｉ Ｃ。
硬 件和软件两个方面阐述抗干扰设计 。
PIC单片机抗干扰设计
PIC单片机抗干扰设计摘要:单片机已经普遍应用到各个领域,对其可靠性也提出了更高的要求。
影响单片机可靠性的因素很多,但是抗干扰性能是最重要的一个因素之一。
本文对PIC单片机抗干扰设计主要从硬件干扰抑制技术和软件干扰抑制技术两个大方面来进行分析。
关键词:PIC单片机抗干扰硬件软件1 硬件干扰抑制技术1.1 采用合理的隔离技术采用合理的隔离技术对单片机抗干扰起着非常重要的作用。
隔离不仅能够将外来干扰信号的通道阻断,而且还可以通过控制系统与现场隔离实现抗干扰目的,使得彼此之间的串扰最大限度地降低。
常用的隔离技术主要包括变压器隔离方式、布线隔离方式、光电隔离方式和继电器隔离方式等。
1.2 合理选择系统时钟PIC单片机系统时钟频率为0～20MHz,时基震荡方式主要有四种,每一种时基震荡方式由不同的时基频率相对应:外接电阻电容元件的阻容振荡方式RC,频率为0.03MHz～5MHz;低频晶体振荡器/陶瓷谐振器振荡方式LP,频率为32.768kHz或200kHz;标准晶体振荡器/陶瓷谐振器振荡方式XT,频率为0.2MHz～4MHz;高频晶体振荡器/陶瓷谐振器振荡方式HS,频率为4MHz～20MHz。
外接方式主要有三种:外接晶体振荡器/陶瓷谐振器、外接时钟电路、外接RC。
用户在选择基振荡方式和外接方式时可根据PIC单片机应用系统的性能、应用场合、价格等因素来进行。
外接时钟属于高频噪声源,从可靠性方面来讲,不仅会干扰本应用系统,而且还能够干扰外界。
频率越高越容易成为噪声源,因此应采用低频率的系统时钟,但是必须把与系统性能要求相符作为前提条件。
1.3 合理设计电路板在电路板设计时,不要只是采用单一的PCB板进行,而应尽可能多的采用多层PCB板来进行,其中一层用作接地,而另外一层用作电源布线,这样就使得退耦电路形成,同时,这样的电路其屏蔽效果也比较好。
如果对空间没有任何的硬性规定,同时要成本因素进行考虑,此时在设计电路板时就可以采用单层或者双层的PCB板进行布线,这样需要从电源单独引电源线进行布线,并将其逐个分配到每个功能电路中,另外,还要将所有的地线汇集到靠近电源地的一个点上。
单片机系统软件抗干扰设计
单片机系统软件抗干扰设计【摘要】本文主要讨论了在基于单片机的测控系统中，如何通过软件抗干扰设计，提高系统稳定运行的可靠性和安全性。
【关键词】冗余；软件陷阱；中断；程序监视定时器0 引言随着单片机测控系统越来越复杂，工作环境的干扰也越来越严重。
面对环境恶劣的工业现场，大量的干扰源虽然不会造成单片机系统硬件的破坏，却常常会侵入系统破坏数字信号的时序，更改单片机寄存器内容，导致程序在地址空间内“乱飞”，或者陷入死循环。
因此，要保证新型微控制器的可靠性、安全性，就必须在提高硬件可靠性的基础上，在程序设计中采取措施，通过软件技术增强系统的稳定运行。
由于程序设计灵活，节省硬件资源，所以软件抗干扰设计越来越引起人们的重视。
下面，就以MCS-51系列单片机为例，讨论在基于单片机的测控系统中，主要应用的软件抗干扰设计。
1 指令冗余设计“指令冗余”就是在程序关键的地方人为插入一些单字节指令，或将有效单字节指令重写。
它是使程序从“乱飞”状态恢复正常的一种有效措施，其前提条件要求PC指针必须指向程序运行区，且必须执行到冗余指令。
正常情况下CPU取指令过程是先取操作码，再取操作数，当指令计数器PC受到干扰出现错误时，程序便脱离正常轨道“乱飞”，导致CPU把一些操作数当作操作码来执行，从而引起整个程序的混乱。
NOP指令的插入是指令冗余设计的一种主要方式，由于MCS-51的所有指令不超过3个字节，且多为单字节指令，所以通常是在双字节指令和三字节指令后插入两个字节以上的NOP指令。
这样即使程序“乱飞”落到操作数上，由于空操作指令NOP的存在，就避免了后面的指令被当作操作数执行，使程序自动纳入正轨。
此外，在对于程序流向控制起决定作用（如RET、ACALL、LJMP等）或对系统工作状态起重要作用（如SETB等）的指令后面，插入两条NOP指令或重复写入该指令，也可迅速将乱飞程序纳入正轨，确保这些重要指令的正确执行。
2 软件陷阱的设计当乱飞的程序进入非程序区，冗余指令便失去作用。
单片机系统抗干扰的主要措施
， 抑制干扰源的 干扰作用
针对不同干扰源采取相应措施来抑制干扰 作用。如给电机加滤波电路， 在继电器接点两 端并接火花抑制电路以减少电火花影响; 继 电器线圈增加续流二极管， 来消除断开线圈时 产生的反电动势干扰， 可控硅两端并接RC 抑 制电路， 减小可控硅产生的噪声. 系统中加入 气体放电管等元件使它们与抗共模和抗差模干 扰的电感配合使用， 防止雷击千扰。
科技资讯 SCI〔 NCE & TECHNOLOGY ‘ NFORMATION
35 双 绞线及光纤的 使用 在数字信号的长线传输时利用双绞线， 可 对噪声千扰有较好的抑制效果。由于外界磁 场或电磁场在双绞线上产生的电流流动方向 相 反， 从整体上看， 感应磁通引起的噪声电流互 相 抵消， 使得双绞线具有抵消电磁感应干扰的能 力。屏蔽双绞线杭千扰的能力更强， 因为屏蔽 层可以起静电屏蔽作用， 双绞线起消除电磁感 应干扰作用。在工程实践中， 可以将双绞线穿 在钢管或金属蛇皮管中， 并将钢管和金属蛇皮 管牢固接地， 就可收到较好的抗干扰效果。如 需进一步提高抗千扰能力， 可与光电祸合器联 合使用或者使用平衡输入接收器和输出的驱动 器。为了避免信号的反射和回波， 需要在接收 端接人终端匹配电阻。而由于光纤是电绝缘
屏蔽 。
程序区(如E ROM 中未使用空间)， P 则指令冗余 失效， 这时常采用设置软件陷阱的方法使其恢 复正常。所谓软件陷阱就是用一条引 导指令强 行将捕获的程序重新引人它的复位入口 主 处，
要安 在 排 未使用的中 断区、 用的E ROM 未使 P
空间、程序运行区及中断服务程序区。 4 . 2 软件 “ 看门狗“技术 当失控的程序进入 “ 死循环” 通常采用 ， “ 看门狗”技术使其 脱离 “ 死循环” 。以 MC于5 为例， 1 它有2 个定时器TO和Tl ， 可用 这2个定时器来对主程序的运行进行监控。如 用定时器功 监视定时器T I ， 用定时器T l 监视 主程序， 主程序监视定时器TO， 采用这种环形 结构的软件 “ 看门狗”具有良 ， 好的抗干扰性
综述单片机控制系统的抗干扰设计
摘要：单片机应用系统在发动机电喷中得到了广泛的应用,然而由于发动机工作环境恶劣，提高控制系统的抗干扰性至关重要。
分析了单片机干扰的主要来源，并从硬件和软件抗干扰设计中总结了一些取得良好抗干扰性的方法。
关键词在进行单片机应用开发的过程中，经常遇到在实验室调整很好的单片机一到工作现场就会出现这样或那样的问题，这主要是由于设计未充分考虑到外界环境存在的干扰，如机械震动、各种电磁波和环境温差都会影响硬件系统的性能，导致电控单元不能正常工作。
鉴于此本文较全面分析了干扰单片机应用系统的因素并结合自己的研究课题，提出一些可增强系统抗干扰性的方法。
1单片机系统的主要干扰源（1）无线电设施的射频干扰；（2）发动机上的高压点火线圈向外辐射磁场强度大、频带宽的电磁波;（3）单片机内部的晶振电路是内部干扰源之一；（4）数字电路本身门电路频繁的导通、截止造成电源地线电流变化，也会产生很大的高频电磁干扰，各种开关电子设备通断时产生的急剧变化的电流会产生较宽频谱干扰；（5）外界交流电路中产生的工频干扰亦会影响模拟电路输出信号的准确性。
2干扰的耦合方式隔离干扰源与控制系统之间的耦合信道。
表1列出了干扰源的主要干扰方式及特征。
3单片机的硬件抗干扰设计断干扰的传输信道。
常用的措施有：滤波技术、去耦技术、屏蔽技术和接地技术。
3.1电源电路的设计源耦合逻辑电路产生的干扰进入模拟电路，二是为了避免传感器通过电源耦合对ECU干扰。
各功能模块供电系统如图1所示，皆采用7812和7805三端稳压集成芯片，且都单独对电源进行负压差保护，这样不会因其中某一稳压电源出现故障而影响整个系统电路；使用低通滤波器亦可减少以高次谐波为主的干扰源，从而改善电源波形;在输出端采用了过压保护电路。
通过上述设计可大大提高供电的可靠性。
图中D1、D2用于负压差保护，防止压差击穿稳压器的be结使器件永久失效，稳压管WY1、晶闸管Q1用于过压保护，电容E1、E2、C1、C2使输出电压波3.2模拟电路抗干扰设计比较大，因此在模拟电路中应选择低温漂系数的集成放大器；在模拟电路中共模信号对电路板影响较大，故在模拟电路中采用差动放大电路，可得出两端输出信号；接收时，将双端信号转化为单端信号，可非常有效地抑制共模信号。
单片机系统实用抗干扰设计
一
１ 单片机系统硬件抗干扰设计
硬件抗干扰是单 片机系统抗 干扰设计 的重要 途 径， 其涉及面非常广泛 ， 在设计过程中应遵循 的基本原 则是抑制干扰源 、 隔断干扰传播路径 、 提高敏感器件的 抗干扰性能。主要从以下几个方面进行设计。 １１ 开关电源设计 ．
本身的侵害 ； 在开关电源次级加低通滤波器可 吸收变 压 器产 生 的浪涌 电压 。 Ｃ 采用变压器双隔离（ 次级屏蔽） ） 初、 措施减少分 布电容， 提高 系统抗共模干扰能力 。 ｄ 在抗干扰性 能较高的场合 ， ） 可采用双重屏蔽 ， 先在电源开关内部将高频变压器 、 扼流圈等进行屏蔽 ， 再对整个开关电源屏蔽。 ｅ 在条 件允 许 的情 况 下 ， 采用 分散 独 立 功 能 块 ） 可 供电和干扰抑制器 ， 以有利于切断来 自电源的干扰。 １ ２ 布线设计 ． 布线是单片机系统电磁兼 容技术 的关键 ， 也是单
序 便脱 离正 常轨 道 “ 飞 ” 导致 Ｃ Ｕ把 一些 操作 数 当 乱 ， Ｐ
干扰。电磁屏蔽可分为两种类型 ： 一类是静电屏蔽 ， 主
ａ 减少环路面积 ， ） 要求开关电源在一次整流回路 中二极管与变压器彼此靠近 ， 在二次整流回路中， 二极 管、 变压器和输出电容彼此靠近。 ｂ 在电源输入端连接低通滤波器 ， ） 滤波高次谐 波 以改善电源波形 ， 这样既可 以抑制开关 电源产生并 向
收 稿 日期 ： ０５ １－９ 修 回 日期 ： ０ ６０ ・９ ２ ０ —１ ； ０ ２ ０ －２１ 。
电源 的污 染是 单 片机 系统 中危 害最严 重 的干扰 来
个 电子系统 ， 其抗干扰技术 的应用实践取决于单片
单片机测控系统中的软件抗干扰技术
244 •电子技术与软件工程 Electronic Technology & Software Engineering单片机技术• SCM Technology【关键词】单片机 抗干扰技术 数字滤波技术1 引言如图1所示，单片机测控系统是在程序化管理下形成的测控系统，它可以在工业生产过程中提高机械控制的效率。
但是，工业现场环境复杂，具有电磁功能的大量设备频繁启动、停止，产生的干扰影响了单片机系统的正常运行。
本文针对单片机测控系统中的抗干扰问题，单片机测控系统中的软件抗干扰技术文/陈欣从软件抗干扰技术方面进行了分析和研究，并提出了解决方案。
工业单片机测控系统的常见影响如下：1.1 干扰加大数据采集的误差测试系统通道的输入部分受到干扰信号的入侵，有用信号和外来干扰信号相互叠加，加剧了该通道数据采集的误差。
尤其在当前系统输入的是小电压信号时，数据干扰的现象更加严重。
1.2 干扰使数据发送变化单片机系统中的程序是存放在存储器EPROM 中，这些程序不易发生变化。
但是单片机系统的RAM 数据区是可以读写的，它可能会受到读入信息的干扰从而发生变化。
因为干扰渠道的区别，以及数据性质的区别，单片机系统受损害的情况也各不相同，可能造成控制失灵，也可能造成数值误差，更严重的会改变单片机系统某些部件（如串行口、定时器／计数器等）的运行状态等。
1.3 干扰使控制状态失灵在单片机系统中，控制状态依赖于特定条件的输入状况和处理结果，干扰的侵入会造成条件状态错误，引起虚假的信号，从而加大输出控制的误差，甚至控制失常。
1.4 干扰使程序运行失常单片机系统正常运行的前提是CPU 正常工作，如果干扰信号影响到了CPU ，则程序计数器不能正常运行，从而引起系统混乱、控制失灵，即通常说的程序“跑飞”。
现在使用的单片机抗干扰技术主要分为硬件与软件两类。
硬件抗干扰技术固然可以降低系统受干扰的程度，但是成本较高，灵活性不足，而且容易受电磁干扰。
单片机系统软件抗干扰设计
【 Ｋｅ ｙ ｗ ｏ ｒ ｄ ｓ ］ Ｒ ｅ ｄ ｕ ｎ ｄ ａ ｎ ｃ ｙ ； Ｓ ｏ ｆ ｔ ｗ ｒ ａ ｅ ｔ ｒ ａ ｐ ； Ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｒ ｕ ｐ ｔ ． ２ 未使用的 Ｅ Ｐ ＲＯ Ｍ区 随着 单片机测控系统 越来 越复杂 ．工作环境 的干扰 也越来越严 作 为 软 件 陷 阱 的常 用 指 令 形 式 ： Ｌ Ｊ ＭＰ ０ ０ ０ ０ Ｈ，其 机 器 码 为 重。面对环境恶劣 的工业现场 ， 大量 的干扰源虽然不会造成单片机 系 ０ ０ ０ ０ ０ ２ ０ ０ ０ ０ 。对于没有使用完 的 Ｅ Ｐ ＲＯ Ｍ芯片空 间，可用 ０ ２ ０ ０ ０ ０填 统硬件的破坏 ． 却常常会侵 入系统破坏数字信号 的时序 ， 更改单片机 充， 如果程序飞人该 区间， 即可快速导人 正轨 。 寄存器内容 ． 导致程序在地址空间内“ 乱 飞” ， 或者 陷入死循环 。因此 ， 要保证新型微控制器 的可靠性 、 安全性 ． 就必须在 提高硬件可靠性 的 ３ 程 序 监 视 定 时器 的设 计 基础上 ． 在程序设计 中采取措施 ， 通过软件技术增强系统的稳定运行 。 程序监视定时器 （ Ｗａ ｔ ｃ ｈ ｄ ｏ ｇ ， ＷＤ Ｔ ） ， 俗称 “ 看 门狗” 。ＷＤ Ｔ通过 监 由于程序设计灵活 ． 节 省硬件资源 ． 所 以软件 抗干扰设计越来越 视程序运行状态 ． 判 断程序是否进入死循 环或 出现程序 跑飞现象 ． 进 引起人们的重视 。 下面 ， 就以 ＭＣ Ｓ 一 ５ １系列单 片机为例 ， 讨论在基 于单 而强迫程序 回到复位状态 一可通过硬件电路实现 ． 二可设置软件“ 监 片机的测控系统 中 ． 主要应用的软件抗干扰设计 视跟踪定时器” 实现 ． 也就是我们要讲的软件“ 看 门狗 ” 技术 在工业应用 中 ． 严 重 的 干 扰 有 时会 破 坏 中 断 方 式 控 制 字 ． 关 闭 中 １ 指 令 冗 余设 计 断， 使对应 的中断服务程 序得不 到执行 ． 此 时硬件 看门狗 电路将失效 ， “ 指令冗余” 就是在程序关键的地方人为插入 一些单 字节 指令 ． 或 必须采用软件“ 看门狗” 予 以配合 ． 才能有效地解决此类 问题 将有效单字节指令 重写 它是使程序从“ 乱飞” 状态恢复正常的一种有 设计软件“ 看门狗” 时． 采用环形 中断监视系统 ． 具体过程如下 ： 效措施 ． 其前提条件要求 Ｐ ｃ指针必须指 向程序运行 区． 且必须执行到 （ １ ） 用定时器 Ｔ １ 监视主程序的运行时间。 估算系统 主程序执行一 冗余指令 正常情况下 Ｃ Ｐ Ｕ取指令 过程是先取操作码 ， 再取操作数 ． 次循环所需 的时间 ｔ ． 给Ｔ １ 设定一稍大 于 ｔ的定 时时间 （ 给 主程 序 留 当指令计数器 Ｐ ｃ受到干扰 出现错误时 ． 程序便脱离 正常轨道“ 乱飞” ． 有一定的裕度 ） ， 在主程序中对 Ｔ ｌ 进行初始化编程 。如果主程序运行 导致 Ｃ Ｐ Ｕ把一些操作数当作操作码来执行 ．从而引起整 个程序的混 出现故障 ， Ｔ１ 不能被及时初 始化 ．经过 时间 ｔ 后， Ｔ１ 必将产生溢 出中 乱。 断， 转人中断服务程序 ． 使Ｐ ｃ重新获得主程序人 口地址。对于经常使 Ｎ Ｏ Ｐ 指令 的插入是指令冗余设计 的一种主要方式 ． 由于 Ｍ Ｃ Ｓ 一 ５ １ 用定时器 Ｔ １ 进行串行通讯的测控系统 ． Ｔ ｌ 则不能进行 中断 ．可在 主 的所有指令 不超 过 ３个字节 ． 且多 为单 字节指令 ． 所 以通 常是在双字 程序中设一运行观测标志变量 ． 改由串行 口中断进行监控 。 节指令和三字节指令后插入两个字节 以上 的 Ｎ Ｏ Ｐ指令。这样即使程 （ ２ ） 用定 时器 监视定时器 Ｔ１ 的运行 。 在Ｔ １中断服务程 中设一 序“ 乱 飞” 落到操作数上 ． 由于空操作指令 Ｎ Ｏ Ｐ的存在 ． 就避免了后面 运行 观测 标志变 量 Ｗａ ｔ ｃ ｈ Ｔ １ ． Ｔ １中断服务 程序每执 行一次 ． Ｗａ ｔ ｃ ｈ Ｔ １ 的指令被 当作操作数执行 ． 使程序 自 动纳入正轨 加 １ ． 在Ｔ Ｏ 中断服务程序中通过检测 Ｗａ ｔ Ｃ ｈ Ｔ １ 的变化情况判定 Ｔ １ 运 此外 ， 在对于程序流 向控制起决定作用（ 如Ｒ Ｅ Ｔ 、 Ａ Ｃ Ａ Ｌ Ｌ 、 Ｉ ３ ＭＰ等 ） 行是否正常。若检测到标志变量变化不 正常。 比如应 当加 ｌ 而未加 １ ， 或 对系统 工作状 态起重要 作用 （ 如Ｓ Ｅ Ｔ Ｂ等 ） 的指令 后面 ． 插入 两条 则可断定主程序运行 出现故障 ． 须在中断服务程序 中修改地址使程序 Ｎ Ｏ Ｐ 指令 或重 复写入该 指令 ． 也 可迅速将乱飞程序纳入 正轨 ． 确保这 重新复位。 些重要指令 的正确执行 （ ３ ） 主程序监视定时器 Ｔ ０的运行 在 Ｔ ０中断服务程序 中设一运 行观测标 志变量 ｗａ ｔ ｃ ｈ Ｔ ０ ． Ｔ Ｏ中断服务程 序每执行一 次 ． Ｗａ ｔ ｃ ｈ Ｏ 加 Ｔ ２ 软件 陷阱 的 设 计 １ 。 主程 序 在 运 行 的 开始 储 存 变 量 Ｗａ ｒ ｅ ｈ Ｔ ０的初 值 ． 在 主 程 序 的尾 部对 当乱飞 的程序进入非程序区 ． 冗余指令便失去作用 。此时可通过 变 量 进 行 判 断 比较 ．如 果 变 量值 发 生 了预 期 的变 化 ．说 明 Ｔ ０中 断 正 软件 陷阱的设定 ． 拦截乱飞程序． 将其迅速引 向一个指定位置 ． 再进行 常 ． 如果没有 变化则使程序重新复位运行 错误 处理 ． 使程序重新纳入正轨。 采用以上这种环形结构的软件“ 看门狗 ” 具有 良好 的抗干扰性能 ． ２ ． １ 未使用 的中断 向量区 大大提高了系统 可靠性 ． 从而保证系统的稳定运行 ＭＣ Ｓ 一 ５ ｌ 单片机 的中断向量区为 ： ０ ０ ０ ３ Ｈ～ ０ ０ ２ Ｆ Ｈ．如果部分 因干 ４ 结 束 语 扰而开放 的话 ． 可 以在此区设计软件 陷阱 ， 捕捉错误中断。 设计 陷阱时 ． 首先要开放相 应的中断 ． 在 中断服 务程 序中安排软 从根本上来说 ， 软件抗 干扰仍是被动措施 ， 而硬件抗干扰是 主动 件 陷阱 ． 将程序引至复位人 口地址 或处理错误的程序入 口地址 当设 措施 。 所以对基于单 片机 的测控系统来说 ， 由于干扰信号众多 ， 我们必 定 复位人 口地址时 ． 常采用的软件 陷阱形式为 ： 须通过分析系统所处环境 的各种干扰来 源． 采 用硬件 与软 件抗干扰相 ＮＯＰ 结合 的方法 ． 完善 系统 监控程序 ． 更好地保证 单片机系统长期稳定 可
单片机应用系统的抗干扰技术设计方案
第五章单片机应用系统的抗干扰技术设计§5．1 干扰源我们要进行抗干扰措施，首先就得仔细研究干扰产生的原因、途径，掌握或了解其规律后，才能有针对性地提出各种抗干 / 扰的理论和措施。
5.1.1干扰与噪声的区别(1> 噪声是绝对的，它的产生或存在不受接收者的影响，是独立的，与有用信号无关。
干扰是相对有用信号而言的，只有噪声达到一定数值、它和有用信号一起进入应用系统并影响其正常工作时才形成干扰。
(2> 干扰在满足一定条件时，可以消除；噪声在一般情况下，难以消除，只能减弱。
5.1.2分类根据产生干扰的物理原因，干扰可以分为如下几种类型：机械干扰、热干扰、光干扰、湿度干扰、化学干扰、电和磁的干扰、射线辐射干扰。
其中，电和磁的干扰是最为普遍和严重的干扰，下面对电磁干扰作重点论述。
电磁干扰的分类：(1> 从噪声产生的来源分类可以分为：错误!固有噪声源固有噪声是指器件内部物理性的无规则波动所形成的噪声。
错误!人为噪声源人为噪声源主要是各种电气设备所产生的噪声，主要有以下几种：1. 工频噪声，大功率输电线是典型的工频噪声源。
低电平的信号线只要有一段长度与输电线平行，就会受到明显的干扰；即使一般室内的交流电源线，对输入阻抗低和灵敏度高的传感器来说也会是很大的干扰源。
在传感器的内部，由于工频感应也会产生交流噪声，它所形成的干扰也不可忽视。
2. 射频噪声，高频感应加热、高频焊接等工业电子设备以及广播、电视、雷达及通信设备等通过辐射或通过电源线会给附近的传感器系统带来干扰。
3. 电子开关，由于电子通断的速度极快，使电路中的电压和电流发生急剧的变化，形成冲击脉冲，从而成为噪声干扰源。
错误!自然噪声源和放电噪声自然噪声主要指天电形成的放电现象。
放电现象的起因不仅是天电，还有各种电气设备所造成的，主要有：电晕放电、火花放电、放电管放电等。
(2> 从干扰的出现区域来分可分为内部干扰和外部干扰。
(3> 从干扰对电路作用的形成分类错误!差模干扰也称为串联干扰，差模干扰进入电路后，使传感器系统 / 的一个信号输入端子相对于另一个信号输入端子的电位发生变化，即干扰信号与有用信号按电势源串联起来作用于输入端。
单片机抗干扰技术开关量输入输出通道隔离
周围空间中的电磁场对信号线 的电磁感应干扰。
接地系统干扰
由于接地不良或地线配置不当 导致的地线噪声干扰。
信号传输线干扰
信号传输线上的外部干扰信号 通过电感和电容耦合引入。
开关量输入通道隔离技术
01
光耦隔离
利用光耦器件将输入和输出电路隔 离，以减小干扰信号的影响。
变压器隔离
利用变压器原理实现输入和输出电 路的隔离，降低共模干扰。
单片机在工作过程中，其电路板 和元件会受到周围空间电磁辐射 的影响，导致信号失真和噪声干 扰。
接地系统干扰
接地系统不良或不合理，会导致 信号接地电位不均，产生电位差， 从而引入干扰信号。
开关量输出通道隔离技术
光耦隔离
光耦隔离是利用光耦合器的工作原理，将单片机开关量输出信号通过光耦隔离器进行隔离，以减小外界干扰对输出信 号的影响。
03
02
继电器隔离
通过继电器触点实现输入信号的电 气隔离，提高抗干扰能力。
运算放大器隔离
通过运算放大器将输入信号进行放 大和隔离，提高信号质量。
04
开关量输入通道隔离的实现方法
选择合适的隔离器件
根据应用需求选择适合的光耦、继电器、变 压器或运算放大器等器件。
正确连接隔离器件
按照隔离器件的连接方式，正确接入输入和 输出电路。
单片机抗干扰技术开关量输入输出 通道隔离
contents
目录
• 单片机抗干扰技术概述 • 单片机开关量输入通道隔离 • 单片机开关量输出通道隔离 • 单片机抗干扰技术的实际应用
01 单片机抗干扰技术概述
干扰的定义与影响
定义
干扰是指对系统正常信号的扰动 或破坏，导致信号失真、畸变或 阻塞。
单片机控制系统抗干扰设计
单片机控制系统抗干扰设计
单片机控制系统的抗干扰设计是保证信息正确传输的关键所在。
一般采取多种技术措施来提高系统的抗干扰能力，如采用低谐波抗干扰滤波器，使用合理的电路布线，减少干扰源，增加系统布线间隔，利用屏蔽技术和串行通信技术，引入电容和二极管等补偿元件，构建有效的电路电磁屏蔽，采用不同类型的场设备对抗电磁干扰，使用低功耗和抗扰性能强的单片机控制芯片，改进信号特性，以及采用多种备份通信技术提高系统的可靠性等。
单片机应用系统抗干扰设计
3 抗干扰设计目 标
作为一个单片机应用系统来说， 抗干扰设 计的目 标就是单片机应用系统在相应的应用 1 抗干扰设计的原则 系统运行是稳定、可靠的、精确 系统单片机应用系统是以单片机为核心， 环境下 ， 的、符合系统设计要求的、能满足用户需求 配以输入、输出、显示、控制等外围电路 和软件， 能实现一种或多种功能的实用系统。 的 。 所以单片机应用系统主要包括两个部分即硬 件系统与软件系统。由此可见， 在单片机应 4 抗干扰技术设计解决方案 在一个单片机应用系统中干扰的因素是 用系统抗干扰设计中也不许从这两个方面入 多方面的， 下面根据各个因素， 结合实际应用 手 。 从单片机应用系统实际应用来看， 干扰的 需要提出相应的抗干扰设计技术。 4 . 1 电源、地线干扰 主要来源有 : (1 电源干扰 ) 系统外的干扰， 如电源电网的波动， 大型 现在的单片机应用系统大都使用市电， 在 用电设备(如电机， 焊机等)的启停， 电 高压设备 工业现场， 由于生产负荷的变化， 大型用电设 和电磁开关的电磁辐射， 传输电缆的共模干扰 备的启动、停止， 如大电机、电焊机等， 往 等 。 往会造成电源的波动。在电源的启停瞬间会 2 系统内 的干扰， 这个只要是 软件设计缺陷 产生巨大的尖锋脉冲。它是对系统的危害性 是 最大 的。 或设计错误引 起的软件干扰 解决方案 : 使用时 “ 远离”这些干扰 抗干扰设计的基本原则是 : 抑制干扰 源， 采用专用的抗尖蜂干扰抑制器， 或采用不 源， 切断干扰传播路径， 提高敏感器件的抗干 间断电源 U PS 。 扰性能。
一道防线 。
图1 光电锅合器的隔离电路和电平转换电路
系统监控电路具备的功能有: ( 1 上电复位. ) (2 监控电压变化。 ) (3) 程序运行监控功能; (4 ) 片使能; (5) 备份电池。
单片机系统抗干扰研究
科
科技论 坛 Ｉ Ｊ Ｉ
单片机 系统抗 干扰研 究
沈 碉
（ 绍兴 县职 业教 育 中心 ， 江 绍 兴 ３２ ０ ） 浙 １０ ０
摘 要： 单片机在很 多领域得到非常广泛的应用， 但是 对其 可靠性也提 出了较高的要 求， 在单 片机 系统受到干扰 时， 就会导致程序 失控 ， 本文
从 几个方面对单片机 系统的干扰进行探 讨， 分别从硬件和软件提 出抗干扰的措施 。 关键词 ： 单片机； 干扰； 硬件； 软件
的可靠性要求越来越高。一个在实验室调试正 的强 度 就 会 明显 减 小 ，相应 的 电磁 辐 射 的 干 扰 ３． ． ２软件陷阱的设计 ２ 常的智能仪器系统 。一旦 到了实际的工作环境 也会明显的减小 。防止电磁辐射干扰的最有效 软件陷阱就是用一条引导指令 ，该指令强 中， 往往出现频繁死 机、 系统运行混乱 的现象 ， 方法之一就是使小信号和数字信号离干扰源尽 行将捕获的程序引向错误处理程序或复位地址 其原 因主要在于各 可能的远 ， 并且要将控制器屏蔽起来 ， 即我们要 ０ ０ Ｈ ０ ０ 。就是当单 片机在执 行程序过程中受 到 种各样的干扰 ，因此对 于单片机系统的可靠性 将控制器装入一个屏蔽的金属盒子中。然后再 干扰使 Ｃ Ｕ离开原有 的“ Ｐ 轨道 ” 飞进入非程 乱 冗余指令就失去了作用 。 时可通过软件 此 设计 、 抗干扰技术的研究显得尤为重要 。 将金属盒的外壳与大地相连接 ，这样 电磁辐射 序 区， ２ 片机系统的干扰来源及其后果 单 不会再影 响到控制器件的正常工作 了。 陷阱迫使程序强制跳转到错误处理程序，使程 单片机应用环境 中， 干扰是以脉冲的形式 ３１ ．３电路板的抗干扰设计 ． 序重新纳入正轨 ， 提高单 片机的可靠性 。 进入单片机 系统 ， 主要有三条渠道 ，有电源干 在 电路板设计时，为降低系统各连线之间 但是在单片机系统中不能随意设置软件陷 扰、 过程通道干扰和电磁波干扰等 ， 中最广泛 的分布参数 ，单片机采用的电路板最好选用 ４ 阱 ， 其 否则会打断程序的正常流程 ， 造成程序执行 也是最严重的干扰是电源干扰。 层 以上 ， 采用分层处理 的布线设计 ， 中间两层为 紊乱 ，一般放 置在 空白的 Ｅ Ｒ Ｍ区域和一些 ＰＯ 单 片机是高速运行 的数字运 算和处理器 电源及地 ； 注意将强 、 电路分开 ， 弱 不要把 它们 跳转指令等断点（ 如在 Ｒ Ｔ指令之后） Ｅ 。 件， 如果在运行过程中电源不稳或受到前向通 设计在一块电路板上 ，特别是系统 中采样信号 ３２３看门狗技术 ．－ 道 、后向通道以及与单片机系统相连的其 它器 取 自 ２ ０ 交流电，更应注意防止交流干扰及 ２Ｖ 在系统运行时启动看门狗计数器 ，看门狗 件和设备的干扰 ， 易使 Ｃ Ｕ的程序处 理产生 高压放电 ；电源线的走向尽量与数据传递方 向 就开始 自动计数，到 了规定 时间如果没有够计 极 Ｐ 错乱 。另外 ， 单片机工作频率较高 ， 围产生 致 。将正 负载流的导线分别布在电路板 的两 数器重新置初 值，看门狗计数器就会溢出从而 向周 的电磁辐射也会影响 自 身工作 ； 同时 ， 的电 面 ， 外部 并设法使两个载流导体平行 ； 将模拟地与信 引起看门狗 中断 ， 使系统复位 。 磁信号 ， 特别是感性负载通断时产生 的电磁干 号地分离， 接地线应尽量加粗 ， 在印制 电路板 的 ３ ． 机 自检 ．４开 ２ 扰， 都会影响单片机控制系统的工作 。 各个 关 键 部 位 配置 去 耦 电容 器 ，如 Ｃ Ｕ 、 Ｐ 开 机 自检 程 序 通 常 包 括 对 Ｒ ＡＭ、 Ｏ 和 ＲＭ 单 片机受到干扰 ， 其后果主要 表现在两个 Ｒ ＡＭ、 Ｏ Ｒ Ｍ等 主芯 片 ，以及 ＶＣ Ｃ和 Ｇ Ｄ之问 Ｉ Ｎ ／ Ｏ口状 态的检 测 。在 编制程序 时将 Ｒ Ｍ 或 Ａ 方面 ： 一是数据采集误差变大。 干扰侵入单片机 接电解 电容及瓷片电容 ，去掉 高、低频干扰信 Ｒ Ｍ 中的内容分区存放 ， Ｏ 在程序运行初始或 中 系统的前 向通道叠加在信号上，数据采集误差 号 。 间过程经常对这些数据进行 比较检查 ，若发现 增 大，特别是前 向通道的传感器接 Ｉ为小电压 ： １ ３１ ．． ４接地设计 数据 出错 ， 则重写这些数据。 信号输入时 ， 误差会更加明显 ； 二是程序运行失 单 片机 系统 中接地是 一个非 常重 要的 问 ３ ．延 时抖动技术 ．５ ２ 常。 主要表现有 ： 控制状态失灵 、 死机、 系统被控 题 ， 有利于系统稳定工作 。 在单片机系统中主要 单片机系统可能会遇到强干扰 ，如浪涌电 对象误操作 、 被控对象状态不稳定、 定时不准和 有模 拟地和数字地两种地线。 由于模拟地 与电 压 、 电源过压 、 欠压以及尖峰干扰等 ， 在软件设 数据发生变化等。 网直接相连 ， 火地 ”故会串人电网中的各种 计中可 以采取措施加 以避 开 ，当干扰到来时 。 为“ ， ３ 单片机系统抗干扰分析 干扰 ，而数字地富含各种高次谐波并具有较强 使 Ｃ Ｕ暂停工作 ，待干扰 过后 再恢复 Ｃ Ｕ工 Ｐ Ｐ ３１ ．单片机硬件抗干扰 辐射作用。常见的接地方法由 ： 首先 ， 一点接地 作 。 硬件抗干扰设计主要 针对开关 电源干扰、 和多点接地。 在接地设计时 ， 当系统工作频率小 结束语 电磁辐射干扰、 信号传输通道干扰这三个方面， 于 Ｉ ＭＨｚ ， 蔽 线 应 采 用 一 点 接 地 ； 系 统 工 时 屏 当 抗干扰技术是单片机系统设计过程 中的重 我们可 以从以下几个方面来进行单片机的防干 作频率在 Ｉ ｚ １ ＭＨ 时 ， ＭＨ ～ ０ ｚ 屏蔽线应采用 多点 要 环节 ， 合理的使用软件 、 硬件抗干扰技术 ， 可 扰设 计 ： 接地 ； 其次 ， 机箱 的外壳与屏蔽层直接接地 ， 使 系统最大限度地避免干扰的产生 ，使系统恢 将 ３１ ．． １开关电源设计 以起到防漏电的效果 ； 最后 ， 数字地和模 拟地应 复正常 ， 保证 系统长期稳定可靠 的工作。 在以往 解决开关 电源干扰 的有 效方法是 减少干 该分开接地 ， 最后在一点接于电源端地线 。 的单片机系统抗干扰设计中 。本文介绍的几种 扰源的噪声能量 ， 的措施如下 ： 相应 ３２单 片 机 软 件抗 干 扰 ． 抗干扰方 法在实际应用当中具有一定的参考价 首先 ， 减少环路 面积 ， 要求 开关 电源在一 随着单片机实用 系统越来越复杂 ，工作环 值 ， 由于干扰源的性质不同， 在仪器中通 常并用 次整流回路 中二极管与变压器彼此靠近 ，在二 境的干扰也越来越严重 。要保证新型微控制器 这些抗干扰方法 ， 取长补短相互完善 ， 以达到最 次整流回路中 ， 二极管 、 变压器和输 出电容彼此 的 可靠 性 、 全性 ， 必 须 在提 高硬 件 可 靠 性 的 佳的抗干扰效果 ， 安 就 保证 系统 长期稳定 、 可靠 、 安 靠近。 基础上 ， 在程序设计 中采取措施 ， 通过软件技术 全 的运 行 。 其次 ，在电源输入端连接低通滤波器 ， 滤 增强系统的稳定运行能力。 参 考 文献 波高次谐波以改善电源波形 ，这样既可以抑制 ３２１ ．．指令冗余设计 Ｉ】 立民． １何 单片机 高级教 程『 ． Ｍ１ 北京： 北京航 空 开关电源产生并 向电网反馈 的干扰 ，也 可以抑 在 Ｃ Ｕ受到干扰后 ， Ｐ 会将 一些操作数作 为 航 天 大学 出版 社．０ ０ ２０． 制来 自电网的噪声对电源本身 的侵害 ；在开关 指令码来执行 ， 从而导致程序紊乱。 指令冗余是 【】 ２ 吴黎 明． 片机 原理及应 用技术［ ． 单 ＭＩ 北京： 科 电源次级加低通滤波器可吸收变压器产 生的浪 指 在 程 序 的关 键 地 方 插 入 一 些 单 字 节 指 令 ， 或 学 出版 社 ．３５ ２（． （ ３ 涌 电压。最 后 ， 采用变压器 双隔离（ 、 初 次级屏 将有效单字节指令重写 。Ｎ Ｐ Ｏ 指令的插入是指 蔽） 措施减少分布电容， 高系统抗共模干扰能 令 冗 余 设 计 的 一 种 主 要 方 式 ， Ｓ ５ 提 ＭＣ 一 １系 列 的 力。 所有指令都不超过 ３字节 ，且大部分单宁节指 ３１ ．２电磁辐射防干扰的设计 ． 令 ，因 此 在 双 字 节 指 令 和 ３字 节 指 令 后 插 人 ２
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单片机控制系统的抗干扰设计
摘要：单片机相关控制的灵敏度和系统所受的干扰具有一定的正相关关系，对
单片机的控制系统而言，具有较高的灵敏度才能确保系统运行正常，但灵敏度越高，系统受到的干扰就越强，设计单片机控制系统时需要重视其抗干扰能力，确
保系统能够稳定运行。
关键词：单片机；控制系统；抗干扰设计
引言
单片机控制系统是集通信技术、计算机技术以及自动化控制技术于一体的工
业通用自动控制系统，其不但操作便捷、扩展性能好，而且还具有较强的控制功能，目前已在我国电力、化工、交通以及冶金等行业得到广泛的应用。
但由于工
业作业环境较为恶劣，使得单片机容易被电源波形畸变、电磁设备启停等影响而
受到干扰，使得信号接收能力大大下降，进而对测量的质量与效率造成了影响，
严重的还会对单片机的软件、硬件造成损坏，使其难以正常运作。
所以，加强单
片机控制系统的抗干扰设计，正确掌握其干扰源，并采取针对性的改进措施来提
高其抗干扰能力，对单片机控制系统功能的正常发挥有着重要的作用。
1系统干扰源及干扰因素
1.1现场干扰源
电磁干扰一般分为两类，即传导和辐射。
传导类型的干扰主要是通过金属、
电感、电容以及变压器传播的；而辐射类型干扰的传播途径很多，比如设备外壳
和外壳上的缝隙，设备间的连接电缆，甚至是一根导线也可以成为辐射类型干扰
的传统途径。
这两种干扰往往是相辅相成的，并且在干扰吸收上可以相互转化。
在测控系统中，电磁干扰主要通过“场”进入，即电磁干扰源的能量通过电磁场传
递给测控系统。
电场主要是电容性耦合干扰，在导线和电路分布的电容中，干扰
信号进入测控系统。
而磁场干扰是互感性耦合干扰，借助导线和电路的互感耦合，干扰信号进入测控系统。
1.2单片机控制系统自身干扰源
单片机控制系统自身干扰源主要包括了散粒噪声、热噪声、常模噪声、共模
噪声以及接触噪声等几方面内容。
散粒噪声是由于晶体管基区内的载流子发生随
即扩散，与电子空穴发生复合反应而形成的，其主要存在于半导体原件内部；热
噪声是指在没有连接电源的情况下，仍然有微弱电压存在于电阻两端，电阻两端
出现电子热运动而形成的噪音电压；常模噪声即线间感应噪声或对称噪声，往往
难以将其完全消除；共模噪声恰好与常模噪声相反，其指的是地感应噪声、不对
称噪声或是纵向噪声，该类噪声可以进行消除，但也可由共模噪声转变为常模噪声；接触噪声通常是由于两种材料进行不完全接触，使得电导率出现变化而产生的，常出现在导体连接部位。
2单片机硬件抗干扰设计
2.1电源电路的设计
在单片机控制系统中，将模拟电路电源和逻辑电路电源分离，不仅有利于去
除电源耦合逻辑电路产生的干扰，还可以抑制通过电源耦合对ECU干扰。
那么单
片机控制系统电源电路设计过程中，可以采用7812和7805三端稳压集成芯片，
对电源进行负压差保护，避免因其中一个稳压电源故障导致整个电路崩溃。
为改
善电源波形，可以采用低通滤波器，从而减少以高次谐波为主的干扰源，从而确
保输出端的电压受到保护，并在电容的作用下，使输出的电压被限制在一定范围内。
当滤波器工作在低电压且载有大电流时，宜采用小电感和大电容构成的滤波
网络：当工作在高压下，则宜采用小电容和允许的最大电感构成的滤波网络。
它结构简单，对固定频率的干扰滤波效果好。
调试步骤为：先将电容C固定，然后模拟现场运行环境调节电阻，当输人50Hz信号时，使输出V0=0。
在实际控制系统中，往往需要提供多种电源，此时应采用分散独立的功能块
供电，且用相应的三端集成稳压块分别组成所需的稳压电源。
这样可以减少公共
阻抗和公共电源的相互偶合，有利于电源散热，大大提高供电的可靠性。
2.2优化布线结构
若单片机控制系统布线布局和结构科学合理，也利于在整体上增强抗干扰水平。
因此在布线时应注意将强电和弱电分离开来，尤其是针对交流电，尽量采用
分槽走线，对直流线和交流线进行分开捆扎，以期增大空间距离，降低干扰影响；同时注意分离信号地与模拟地，使其保持单点接地，尽量将屏蔽线用于大面积铜
覆盖的电路板以及信号连接线路；并尽量加粗地线，以此提高对干扰因素的抵御
能力。
2.3选用时钟频率低的单片机
通常情况下，外时钟属于高频噪声源，不仅会对外界产生干扰，同时能干扰
系统本身的硬件电路。
为有效地避免噪声干扰，尽可能选用低频率的单片机，有
利于提高单片机控制系统的抗干扰性。
不同公司，其单片机的外时钟往往不同,比
如ATMAL公司单片机外时钟为6MH z，而MOTOROLA公司单片机的外时钟为4 MHz。
2.4屏蔽技术和去耦电路
为避免或者消除电子设备向外辐射干扰电磁波，从而减少电子设备的干扰，
可以采用合适的屏蔽技术手段，比如噪声源较大的开关电源，采用双重屏蔽，实
现对整个开关电源的屏蔽保护。
在数字信号电平转换过程中，所产生的电流往往
冲击性较大，并且传输线和供应电源内阻会产生较大的压降，对整个电路造成严
重的干扰。
为防止和抑制干扰，将去耦电容应用于电源电路和数字信号处理电路中，从而形成去耦电路，降低对集成电路的干扰。
2.5外围扩展存储器的抗干扰设计
应尽可能控制数据线、地址线以及控制线的长度，降低对地电容。
如果开关
噪声较为严重，则可将去耦电容连接在存储器芯片和电源入口部分之间。
如若负
载电流过大，则需要尽可能将电源线以及底线加粗，并控制其长度。
应加拉电阻
于中线的始端和终端，以增加噪声容限，提高抗干扰能力。
3单片机软件抗干扰设计
3.1 软件滤波算法
应用软件滤波算法可以过滤大部分因干扰输入信号产生的采集错误，采用的
滤波方法有中值法、数字滤波法和算术平均值方法等，应用范围比较广泛。
软件
滤波算法可以根据被测信号的基本特点，在不影响系统效率的前提下，去掉采集
信息的最大值和最小值，并取得数据信息的平均值，得到了滤波结果准确性较高，能够有效地提高数据信息的准确性和可靠性。
3.2指令冗余技术
如果单片机受到干扰源的干扰，PC、系统程序的寄存器并未依照正常程序取
操作码，而取操作数的程序指向错误字节，把操作数来当做操作码，则会出现程
序错误的现象。
此时，必须添加数个单字节指令在双字节指令以及3字节指令后面，或是对单字节指令进行重新、正确的编写，就能够正确控制PC值。
通常空指令是单字节指令，如若其中某一字节指令跑飞，则可以防止把操作数当做执行指令的操作错误出现，确保指令的正确性与可靠性。
3.3提高RAM资料的可靠性
开启或者断开电源，都会对CPU造成不同程度的干扰，甚至是对RAM造成干扰，为保护RAM的资料，可以采用资料冗余保护技术，等到恢复系统后，将备用的RAM及其重要参数进行自我检验和恢复，从而确保RAM中重要的资料数据，为单片机软件的抗干扰设计提供可靠的数据保障。
由于开关量输入和输出比较容易受到干扰，可以在信号上增设一定数量的离散尖脉冲，但这种干扰不适合用硬件进行控制，因此就必须采用软件检测，从而确保开关量输入和输出的抗干扰性，全面提高单片机控制系统抗干扰性设计的科学性和可靠性，使其更好地适用于各种运行环境，为社会生产生活提供更加便利的服务。
4结语
在单片机控制系统健康发展和凸显优势的过程当中，干扰问题的存在是制约的主要因素。
为了能够保证单片机控制系统的抗干扰能力能够进一步的提高，那么就需要对硬件和软件的抗干扰措施进行有效的融合，使得单片机控制系统的稳定性、自动化以及智能化能够提高，最终保证单片机控制系统能够健康的发展。
参考文献
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