【摘 要】隨著科學(xué)技術(shù)的不斷成熟與發(fā)展，單片機控制系統(tǒng)一定要具備較高靈敏度，才能發(fā)揮其應(yīng)有作用。但與此同時，隨著其靈敏度越高，越容易導(dǎo)致系統(tǒng)遭受干擾，因此抗干擾儼然已成為現(xiàn)階段設(shè)計單片機控制系統(tǒng)時所必須要考慮的重要因素。文章通過對單片機控制系統(tǒng)遭受干擾主要來源進行分析和研究，對印制電路板中電源線以及地線分布方法進行介紹， 并從軟件以及硬件兩方面對其抗干擾設(shè)計進行詳細闡述。

【關(guān)鍵詞】單片機；抗干擾；靈敏度；印制電路板

當前，在強噪聲背景之下，部分被測信號常常被淹沒，無法有效完成測量工作。此外在現(xiàn)階段工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用中，往往存在諸多干擾源，它們大都以多種或者是單一方式存在于測控系統(tǒng)中，不僅對系統(tǒng)產(chǎn)生較強干擾，同時也使得系統(tǒng)性能指標過多的偏離既定設(shè)計要求，致使產(chǎn)生錯誤結(jié)果。所以研究和分析抗干擾技術(shù)已經(jīng)成為完善和改進單片機控制系統(tǒng)過程中所急需要解決的問題。

一、系統(tǒng)干擾源分析

（一）現(xiàn)場干擾源

依據(jù)標準可以將電磁干擾分為輻射、傳導(dǎo)兩類。其中傳導(dǎo)類型干擾主要利用金屬、電感以及變壓器與電容進行傳播；而輻射類型干擾則主要利用多種途徑進行傳播，像設(shè)備外殼、外殼表面縫隙、連接電纜等，有時設(shè)備之間的一根連接導(dǎo)線都可作為輻射類型干擾的傳播途徑。此外傳導(dǎo)干擾以及輻射干擾常并聯(lián)發(fā)生，且可在干擾吸收方面相互轉(zhuǎn)化。

以往，電磁干擾滲入測控系統(tǒng)途徑主要為“場“，即干擾源能量利用磁場以及電場形式傳輸?shù)綔y控系統(tǒng)。從本質(zhì)上講電場途徑干擾即電容性耦合干擾。所產(chǎn)生干擾信號借助導(dǎo)線以及電路分布電容滲入到測控系統(tǒng)；而磁場途徑干擾則為互感性耦合干擾，所產(chǎn)生信號借助于導(dǎo)線以及電路之間互感耦合滲入到測控系統(tǒng)。

（二）系統(tǒng)自身干擾源

為區(qū)別外部干擾，常將系統(tǒng)內(nèi)部因材料、部件、器件等物理因素所產(chǎn)生的擾動稱作噪聲。若在設(shè)計系統(tǒng)時，沒有從整體出發(fā)考慮、布局，致使系統(tǒng)內(nèi)部元器件分布雜亂、器件之間聯(lián)系不夠合理，或者是元器件本質(zhì)質(zhì)量較差等原因，都會對測控系統(tǒng)造成一定干擾。當前單片機控制系統(tǒng)中，主要分為以下幾種類型噪聲：

1.按產(chǎn)生原因。（1）熱噪聲：它是指系統(tǒng)運行中，即使任何電阻不與電源相連接，其兩端也存有微弱電壓，而這種因電子熱運動產(chǎn)生的電阻兩端噪聲即被稱作熱噪聲。（2）散粒噪聲：這種噪聲常存于系統(tǒng)內(nèi)部半導(dǎo)體元器件中。在該器件中，散粒噪聲利用晶體管內(nèi)部基區(qū)載流子進行隨機擴散或者隨機空穴發(fā)生而形成。（3）接觸噪聲：它是指系統(tǒng)中兩種材料通過不完全接觸，形成一種起伏電導(dǎo)率所產(chǎn)生的噪聲。

2.按傳導(dǎo)模式。（1）常規(guī)噪聲：又被稱作對稱噪聲或線間感應(yīng)噪聲。該種噪聲常于兩條線路之間往返，且常設(shè)N為噪聲源，R則為設(shè)定為受擾設(shè)備，則UN視作噪聲電壓，IN、Is噪聲電流，在兩條線上的往返路徑是是相一致的。消除這種噪聲相對困難。（2）共模噪聲：又被稱作地感應(yīng)噪聲或者是縱向噪聲。該種噪聲常存在于地線與線路間。其噪聲電流常分別部分流過兩條線之上，并將地作公共回路，且相應(yīng)信號電流只于兩條線路中往返流過。從實質(zhì)上講，該種噪聲可以被消除，但因線路存在的不平衡狀態(tài)，常使這種共模噪聲轉(zhuǎn)化為常模噪聲。其中線路N表示噪聲源，L設(shè)為負載，而Z1以及Z2則為兩條導(dǎo)線間的對地阻抗。若設(shè)定Z1=Z2，那么噪聲電壓VN1于VN2之間則完全相等，這就表示噪聲電流Ix2以及Ix1不流過負載。但當Z1≠Z2時，則VN1≠VN2，同理IN1≠IN2，所以當VN1-VN2=VN，則VN/Zl=IN，這即為常模噪聲。所以，當系統(tǒng)運行中存在常模噪聲時，則首先考慮其是否因系統(tǒng)電路不穩(wěn)定而從共模噪聲轉(zhuǎn)變而來。一般情況下，輸出輸入線同機殼或大地之間所產(chǎn)生的噪聲都為共模噪聲，有時信號線因受靜電影響而產(chǎn)生的噪聲也大都為共模噪聲。抑制或降低共模噪聲有多種方法，常見的有隔離、接地以及屏蔽等。

二、硬件抗干擾設(shè)計

（一）去藕電容配置

當前應(yīng)用的數(shù)字電路除去常見的地線阻抗問題外，還面臨著電阻線阻抗問題。當數(shù)字電路受相應(yīng)高速跳變流作用時，即產(chǎn)生阻抗噪聲。為有效抑制和降低這種噪聲，可以在集成電路芯片實施去藕電源以及與地之間跨接時完成去藕電容，以實現(xiàn)隨時充電、放電作業(yè)。操作時常選擇011LF獨石電容。

（二）抑制數(shù)字輸入端噪聲

對于數(shù)字電路輸入端來講，脈沖噪聲最為危險，所以在對數(shù)字設(shè)備自身電磁兼容性進行設(shè)計時，應(yīng)重點考慮抑制脈沖噪聲問題。方法主要有：在其輸入斷連接相應(yīng)巴特沃斯濾波器或施密特集成電路。不僅能夠抑制噪聲，同時也不會致使信號丟失。此外應(yīng)在輸入端添加相應(yīng)拉電阻或者增強電源表電壓，以擴大輸入端噪聲容限。對于擴大輸出電平自身的噪聲容限，則主要通過降低信號源內(nèi)阻來實現(xiàn)。因三態(tài)數(shù)據(jù)緩沖器自身低電平輸出阻抗相對較低，因此也可使用該類型緩沖器，來抑制噪聲。通過數(shù)據(jù)緩沖器驅(qū)動所產(chǎn)聲的信號擁有較強的抑制、降低低電平噪聲的作用。

為了避免工作現(xiàn)場形成強電磁干擾或者因工頻電壓反串至測控系統(tǒng)中，主要選擇使用光電隔離技術(shù)。這種技術(shù)常以光作介質(zhì)實施間接耦合，從而使摻雜于輸入開關(guān)中的干擾電磁脈沖都受阻于輸入回路一側(cè)，從而形成較強的電氣隔離以及抗干擾能力。

三、軟件抗干擾技術(shù)

（一）軟件濾波算法

使用這種方法可以將大部分因輸入信號干擾而導(dǎo)致的采集錯誤過濾掉。當前最常使用的方法只有中值法、比較舍取法以及算數(shù)平均法、二階遞推數(shù)字濾波法等等。依據(jù)被測信號自身特點，并在對系統(tǒng)效率不造成影響的情況下，去掉所采集數(shù)據(jù)中的一個最大值、最小值，取其剩余數(shù)據(jù)的平均值。通過這種方法極大提高了數(shù)據(jù)使用的可靠性。

（二）指令冗余技術(shù)

若單片機在運行中收到干擾影響，則相應(yīng)程序寄存器PC無法依據(jù)正常指令進行先取碼、后取操作數(shù)作業(yè)，而是將其指向出現(xiàn)錯誤字節(jié)，并將操作數(shù)為操作數(shù)碼，致使程序出錯。因此在碰到該種問題時，只需在雙字節(jié)指令以及3字節(jié)指令后添加若干條單字節(jié)指令就可將PC值重新納入到正軌。

四、總結(jié)：

現(xiàn)階段，隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展于成熟，單片機已經(jīng)被越來越多的應(yīng)用到現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)作業(yè)中，本文通過對單片機控制系統(tǒng)的干擾源進行分析和研究，為如何做好單片機控制系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計提供了一定理論支持。

參考文獻：

[1] 孫凱.單片機控制系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)[J].宜賓學(xué)院學(xué)報，2008（06）.

[2] 秦鵬遠.單片機的抗干擾設(shè)計[J].科技信息，2009（33）.z

作者簡介：

王雅雪（19911221） 女 漢族 天津市 中南大學(xué)在校生 本科 電子信息