摘 要:隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，單片機(jī)技術(shù)在當(dāng)今的信息社會(huì)中起著越來(lái)越重要的作用。然而，由于其工作環(huán)境大多比較惡劣，經(jīng)常會(huì)受到嚴(yán)重的干擾，影響其穩(wěn)定性及可靠性，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)癱瘓。所以，提高其抗干擾的能力非常重要。文章分析了單片機(jī)干擾的種類，從硬件及軟件兩方面給出了具體的對(duì)策。

關(guān)鍵詞:單片機(jī);干擾;對(duì)策

中圖分類號(hào):TP368.12 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1674-7712 (2012) 12-0109-01

伴隨著計(jì)算機(jī)和電子技術(shù)的飛速發(fā)展，進(jìn)一步促進(jìn)了微電腦控制技術(shù)普及與快速發(fā)展。單片機(jī)控制系統(tǒng)是自動(dòng)化系統(tǒng)的核心組成部分，現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)和各種家用電器及小型設(shè)備中。作為工業(yè)控制裝置的核心，單片機(jī)本身就具有一定的抗干擾能力，但由于各種工業(yè)控制設(shè)備的工作環(huán)境及場(chǎng)所往往比較差，周?chē)嬖诖罅康母蓴_源，對(duì)系統(tǒng)的可靠性和安全性構(gòu)成嚴(yán)重威脅，造成很多工控設(shè)備不能正常工作。因此，單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的抗干擾問(wèn)題，在設(shè)計(jì)中已成為一個(gè)重要的課題。

一、單片機(jī)的主要干擾源

(一)電源線的高頻干擾。在實(shí)際操作過(guò)程中，晶閘管的通斷，強(qiáng)電設(shè)備、高頻電源及交流電源產(chǎn)生的電火花甚至雷電，都能夠產(chǎn)生電磁波，而這些電磁波就成為電磁干擾的噪聲來(lái)源。如果距離較近，電磁波就會(huì)通過(guò)分布電容和電感耦合到信號(hào)回路而產(chǎn)生電磁干擾;如果距離較遠(yuǎn)，就會(huì)以輻射的形式形成干擾。

(二)感性負(fù)載的瞬變?cè)肼暩蓴_。在單片機(jī)系統(tǒng)中，一些常用的元件及設(shè)備，比如:電動(dòng)機(jī)、繼電器、電磁閥等都有較大電感量，如果電感回路的電流被切斷，就會(huì)產(chǎn)生非常大的反電勢(shì)，從而形成噪聲干擾。這種干擾除了能產(chǎn)生電磁場(chǎng)外，甚至可以擊穿電路中晶體管。

(三)噪聲電壓干擾。直流電源的回路，其負(fù)載的變化也能引起電源的噪聲，比如:數(shù)字電路中從一個(gè)狀態(tài)轉(zhuǎn)為另一種狀態(tài)時(shí)，會(huì)在電源線上形成一個(gè)很大的尖峰電流，產(chǎn)生瞬變?cè)肼曤妷骸?/p>

(四)其他因素的干擾。除了以上幾種常見(jiàn)的干擾源以外，無(wú)線電設(shè)施的射頻、數(shù)字電路本身門(mén)電路頻繁的通斷、單片機(jī)內(nèi)的晶振電路、各種電子設(shè)備開(kāi)關(guān)通斷時(shí)急劇變化的電流等等也都是單片機(jī)重要的干擾源。

二、硬件抗干擾的對(duì)策

單片機(jī)控制系統(tǒng)受到干擾后，要使其能可靠地工作，就必須切斷外界干擾源，使其不能進(jìn)入到單片機(jī)控制系統(tǒng)。硬件抗干擾是一種主動(dòng)抗干擾措施，主要包括下面幾個(gè)方面:

(一)接地。對(duì)于低頻電路，其地線盡量用單點(diǎn)并聯(lián)接地，對(duì)于高頻電路，盡量用多點(diǎn)串聯(lián)接地。同時(shí)，加粗接地線條，使通過(guò)印刷電路板上的允許電流達(dá)到3倍，與此同時(shí)，使數(shù)據(jù)傳遞的方向與電源線及地線的走向保持一致，可以增強(qiáng)抗噪聲的能力。盡量使用45度的折線，不使用90度折線，以此減少高頻信號(hào)對(duì)外的發(fā)射及耦合，減少互感的振蕩。

(二)屏蔽。使用金屬盒、金屬網(wǎng)或者金屬板構(gòu)成的屏蔽體，可以有效對(duì)付電磁波的干擾。屏蔽體通過(guò)反射及吸收的方式削弱電磁波，形成對(duì)電磁波的屏蔽。選用高導(dǎo)磁材料做成的屏蔽體防止低頻電磁波的干擾，這樣當(dāng)電磁波經(jīng)屏蔽體的低磁阻磁路通過(guò)，不會(huì)影響到屏蔽體內(nèi)的電路。一般采用銅、鋁、鋼等材料作屏蔽體來(lái)屏蔽電場(chǎng)或輻射場(chǎng)，選擇坡莫合金、磁鋼等材料作屏蔽體，屏蔽低頻磁場(chǎng)，選擇銅、鋁等導(dǎo)電率高的材料來(lái)屏蔽高頻磁場(chǎng)。另外，還要注意屏蔽體的一點(diǎn)接地問(wèn)題。

(三)隔離。隔離主要包括物理和光電隔離兩種方式。物理隔離是指對(duì)小信號(hào)低電平的隔離，其信號(hào)連線要盡量遠(yuǎn)離高電平大功率的導(dǎo)線。在同一設(shè)備內(nèi)部時(shí)，要將這兩類導(dǎo)線分開(kāi)走線。當(dāng)遠(yuǎn)距離走線時(shí)，要把功率電纜和信號(hào)電纜分開(kāi)，保持一定的距離，甚至可以使用鋼管把它們分別套起來(lái)，以此增加屏蔽的效果。

(四)濾波。利用電容、電感等儲(chǔ)能元件可以抑制因負(fù)載變化而產(chǎn)生的噪聲電壓，可在電源線的接入端并聯(lián)兩只50μF和0.01μF的電容，大電容用來(lái)抑制電源噪聲中的低頻分量，小電容用來(lái)抑制電源噪聲中的高頻分量，為了取得更好的效果可在電容的前面加上一個(gè)電感。

(五)抑制反電勢(shì)。在單片機(jī)系統(tǒng)中，對(duì)于負(fù)載較大電感量的元件或設(shè)備，為抑制其產(chǎn)生的反電勢(shì)，可以在線圈的兩端并聯(lián)電容、電阻、穩(wěn)壓管和二極管。線圈通直流電的時(shí)候，可以并聯(lián)二極管和穩(wěn)壓管或者電容和電阻組成的旁路;當(dāng)線圈通交流電的時(shí)候，可以并聯(lián)電阻和電容組成的旁路。

三、軟件抗干擾的對(duì)策

(一)開(kāi)機(jī)自檢。開(kāi)機(jī)自檢程序通常包括對(duì)RAM、ROM、I/O接口狀態(tài)等的檢測(cè)。在程序編制中，可將RAM或ROM區(qū)中重要內(nèi)容分區(qū)存放，在程序運(yùn)行的初始或中間過(guò)程中經(jīng)常對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行比較檢查，如發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)出錯(cuò)，則重寫(xiě)這些數(shù)據(jù)。

(二)軟件陷阱。在程序存儲(chǔ)器的未使用區(qū)域中，加上若干條空操作和無(wú)條件跳轉(zhuǎn)指令，無(wú)條件跳轉(zhuǎn)指令指向復(fù)位入口地址。如果程序跳轉(zhuǎn)到這些未用區(qū)域，就通過(guò)強(qiáng)行執(zhí)行無(wú)條件跳轉(zhuǎn)指令，轉(zhuǎn)到復(fù)位入口地址。

(三)指令冗余。指令冗余的一般做法是在十幾條正常的指令后填充2-3個(gè)NOP空指令，尤其是在一些跳轉(zhuǎn)和子程序調(diào)用指令的前面，加上幾條NOP空指令可以對(duì)程序的正確流向起到一定的保護(hù)作用。

(四)軟件濾波。為了提高系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)采集的精度，可使用軟件濾波的方法。此方法可以減少系統(tǒng)隨機(jī)干擾對(duì)數(shù)據(jù)采集的影響，減少錯(cuò)誤的概率，對(duì)周期性的干擾有比較好的效果。

(五)軟件看門(mén)狗。軟件看門(mén)狗一般要占用單片機(jī)系統(tǒng)中的定時(shí)器。在主程序中，根據(jù)定時(shí)器的溢出周期對(duì)定時(shí)器進(jìn)行初始化，一旦程序受到干擾跑飛，則在中斷子程序里設(shè)置一條出錯(cuò)跳轉(zhuǎn)指令，使程序從頭執(zhí)行。

(六)數(shù)據(jù)備份。為了提高系統(tǒng)的可靠性，可以采用數(shù)據(jù)備份的方法。輸入單片機(jī)中的重要數(shù)據(jù)，可使用掉電保護(hù)的措施，但這些數(shù)據(jù)仍受到干擾的影響，不排除個(gè)別數(shù)據(jù)造成破壞。此時(shí)，可對(duì)重要數(shù)據(jù)進(jìn)行備份，實(shí)行自我檢查和恢復(fù)。

四、結(jié)束語(yǔ)

單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，系統(tǒng)的可靠性越來(lái)越受到關(guān)注。在實(shí)際應(yīng)用中，要結(jié)合各種類型的單片機(jī)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)、被控的對(duì)象的性質(zhì)以及現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)環(huán)境，充分考慮各種因素的影響，在設(shè)計(jì)中采取必要的硬件和軟件抗干擾措施，使系統(tǒng)既滿足既定的要求，也能保證其長(zhǎng)期、穩(wěn)定、可靠的工作。

參考文獻(xiàn):

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