張文豐

摘要：對于從事單片機應用開發(fā)的電子工程師來說，在單片機系統(tǒng)的設計中，應充分考慮系統(tǒng)的應用環(huán)境，滿足系統(tǒng)的抗干擾要求，避免在設計完成后再去進行抗干擾的補救措施。文章主要以單片機應用的前瞻性抗干擾設計作為研究對象，探討在單片機應用系統(tǒng)的設計中采取的硬件及軟件抗干擾措施。

關鍵詞：單片機；前瞻性；抗干擾設計

中圖分類號：TU37?；?；?；?；文獻標識碼：A?；?；?；?；文章編號：1009-2374（2014）18-0021-03

隨著現(xiàn)代集成電路技術迅速的發(fā)展，單片機以其體積小、功耗低、應用靈活等特點，使其在各個領域中得到了極為廣泛的應用。與此同時，在單片機的使用期間，由于系統(tǒng)工作環(huán)境各不同，潛在大量的干擾因素，危及單片機的正常運行乃至相關數(shù)據(jù)的安全性，嚴重影響了單片機功能的發(fā)揮。因此，在單片機系統(tǒng)的應用中，需要通過引入前瞻性設計理念，從單片機系統(tǒng)的硬件、軟件兩個角度入手，確保單片機運行穩(wěn)定、可靠。本文即針對該問題展開詳細分析。

1單片機系統(tǒng)硬件干擾

單片機系統(tǒng)的干擾因素主要是來自系統(tǒng)內部和外部的各種電氣、電磁干擾，并與單片機應用系統(tǒng)的結構設計、元器件選擇、安裝及制造工藝等息息相關。在單片機應用系統(tǒng)設計中必須采取措施對系統(tǒng)運行過程中出現(xiàn)的各種干擾信號以及來自于系統(tǒng)外部的干擾信號進行有效的抑制，使系統(tǒng)運行可靠穩(wěn)定。

1.1供電系統(tǒng)的抗干擾設計

對于供電系統(tǒng)中存在電動機等大的用電設備的工作環(huán)境，為了提高單片機系統(tǒng)的供電質量，防止竄入干擾，可以將單片機系統(tǒng)的電源與強電動力設備電源分開，在系統(tǒng)電源的輸入端采用交流穩(wěn)壓器以及具有靜電屏蔽和抗電磁干擾的隔離電源變壓器，通過交流低通慮波器過濾后，由電源變壓器輸出多路低電壓經過整流、濾波后再通過LDO或DC-DC電源電路轉換為符合要求的直流電源，分別供給單片機系統(tǒng)的各個部分使用。達到抑制外部電源電壓的波動對單片機系統(tǒng)造成的干擾（如

圖1）。

在直流電源供電的單片機應用系統(tǒng)，對應用系統(tǒng)中的不同等級的直流電源采取集成穩(wěn)壓塊單獨供電，單獨對電壓做過載保護，減少公共電源和公共阻抗的相互耦合，以避免模塊間的互相影響；使用直流開關電源、DC-DC變換器以加強隔離提高電源穩(wěn)定性等。

圖1交流電源供電系統(tǒng)示意圖

1.2過程通道的抗干擾設計

在單片機應用系統(tǒng)中，由于輸入/輸出通道直接與外部設備連接，無論是數(shù)字通道還是模擬通道，都很容易受到干擾，成為干擾傳入系統(tǒng)的主要通道。采用隔離技術是一種減少干擾行之有效的方法。常用的隔離方法有光電隔離與電磁隔離。對于數(shù)字通道、開關信號等，可以采用光電耦合器、繼電器、SSR等隔離，通過RC消抖后再由施密特電路整形，濾除干擾。對于模擬通道，模擬信號的各類可以采用光電耦合器、隔離變壓器、隔離放大器和差動放大器等隔離措施。采用隔離放大器方法隔離是利用隔離放大器內的變壓器將信號磁耦合，隔斷了通路的線路連接，從而切斷干擾源。模擬信號采用光電耦合器隔離，由電壓-頻率轉換器VFC把模擬信號轉換成數(shù)字信號，再通過光電耦合器隔離，而光電耦合器的輸出信號再由頻率-電壓轉換器FVC轉換成模擬信號。

在輸入通道上采用一定的過壓保護措施，以防引入高壓，損壞系統(tǒng)電路。過壓保護電路由限流電阻和穩(wěn)壓管或瞬態(tài)抑制二極管（TVS）組成，穩(wěn)壓值以略高于最高傳送信號電壓為宜。

在輸入輸出通道中，當導線的長度和在它上面?zhèn)鬏數(shù)男盘柌ㄩL接近時，會產生“傳輸線效應”，傳輸信號因阻抗不匹配而出現(xiàn)反射，使得傳輸信號發(fā)生失真和畸變。可以采用始端串聯(lián)阻抗匹配、終端并聯(lián)阻抗匹配和二極管端接等方法使阻抗匹配，消除傳輸線中波形反射而造成的信號失真。

1.3空間抗干擾措施

空間干擾主要來自太陽及其他天體輻射電磁波、廣播電臺或通訊發(fā)射臺發(fā)出的電磁波及各種周圍電氣設備發(fā)射的電磁干擾等。空間電磁干擾主要采取屏蔽措施，采用導電性能好的金屬外殼將整機或部分元器件包圍起來，再將金屬外殼接地，把空間的干擾源屏蔽，對于各種通過電磁感應引起的干擾特別有效。

1.4接地系統(tǒng)的抗干擾設計

單片機系統(tǒng)設備的抗干擾能力與系統(tǒng)的接地設計有很大關系。良好的接地設計可以在很大程度上抑制系統(tǒng)內部噪音耦合，防止外部干擾的侵入，提高系統(tǒng)的抗干擾能力。在單片機系統(tǒng)中，數(shù)字地和模擬地應分別接地，在一點與單片機系統(tǒng)電源的地線，俗稱為系統(tǒng)地（參考地）相連，地線應盡量加粗以減少地線阻抗。

單片機系統(tǒng)里面的高頻電路應就近多點接地；低頻電路應一點接地。交流地和信號地不能共用。

1.5單片機系統(tǒng)印刷電路板的抗干擾設計

在單片機系統(tǒng)中，印制電路板設計的好壞直接影響著系統(tǒng)的抗干擾性能，關系到系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性與可靠性。在印制電路板設計過程中應遵循：控制噪聲源、減小噪聲的傳播與耦合、降低噪聲敏感電路的噪聲敏感度三大原則。印刷電路板設計時應該注意以下幾點：

電路板的大小要適中。PCB尺寸太大，印制線路長，阻抗增加，抗噪聲能力下降；尺寸過小，則散熱不好，且鄰近線路容易相互干擾。

對于電路板的電源線應根據(jù)印制電路板電流的大小，盡量加粗電源線寬度，減少環(huán)路電阻。同時使電源線、地線的走向和數(shù)據(jù)傳遞的方向一致，這樣有助于增強抗噪聲能力。

單片機系統(tǒng)印刷電路板的數(shù)字地與模擬地分開。若線路板上既有邏輯電路又有線性電路，應使它們盡量分開。低頻電路的地應盡量采用單點并聯(lián)接地，實際布線有困難時可部分串聯(lián)后再并聯(lián)接地。高頻電路宜采用多點串聯(lián)接地，地線應短而粗，高頻元件周圍盡量用柵格狀大面積敷銅。印刷電路板的地線加粗，使它能通過三倍于印制板上的允許電流。如有可能，接地線應在2～3mm以上。endprint

單片機的印制電路板設計中要注意合理分區(qū)。模擬電路區(qū)（易受干擾）、數(shù)字電路區(qū)（即容易被干擾又產生干擾）、功率驅動區(qū)（干擾源）要適當分區(qū)，減少相互耦合干擾。

印刷板按單點接地原則供電。三個區(qū)域的電源線、地線由該點分三路引出。噪聲元件與非噪聲元件要離得遠一些。

合理配置去耦電容。直流電源輸入端跨接10～100uf的電解電容器；原則上每個集成電路芯片的VCC引腳都應布置一個0.01uF陶瓷電容，如遇印制板空隙不夠，可每4～8個芯片布置一個1～10uF的鉭電容；對于抗噪能力弱、關斷時電源變化大的器件，如RAM、ROM存儲器件，應在芯片的電源線和地線之間直接接入退藕電容；電容引線不能太長，尤其是高頻旁路電容不能有引線。

時鐘的振蕩電路、特殊高速邏輯電路部分可以用地線圍起來。石英晶體振蕩器外殼要接地，時鐘線要盡量短。石英振蕩器的下面和噪聲敏感器件的下面要加大接地的面積，而不應該走其他信號線。時鐘發(fā)生電路要盡量靠近用到該時鐘的器件。

選擇時鐘頻率低的單片機及外部時鐘部件，元件的選擇盡量采用低速器件。

盡量不要使用IC插座，把IC直接焊在印刷板上，因為IC座有較大的分布電容。

單片機不用的I/O端口要定義成輸出口，數(shù)字電路中，閑置不用的門電路輸入端不能懸空，運算放大器中，閑置不用的正輸入端接地，閑置的負輸入端與輸出端連接。

I/O驅動器件、功率放大器件要盡量靠近印刷板的邊，靠近引出接插件。

使用45°的折線布線，不要使用90°折線，以減小高頻信號的發(fā)射。時鐘線垂直于I/O線，必要時要遠離I/O線。

總線的始端和終端要配置合適的上拉電阻，以提高高電平噪聲容限，增加存儲器端口在高阻狀態(tài)下抗干擾能力和削弱反射波干擾。三總線與其他擴展板相連接時，要通過三態(tài)緩沖門后再連接。這可以有效防止外界電磁干擾，改善波形和削弱反射干擾。

盡量采用多層板，單面板、雙面板，電源線、地線要盡量的粗。信號線的過孔要盡量少。

對進入電路板的信號源及從高噪聲區(qū)來的信號要加濾波。繼電器線圈處要采取抑制干擾措施，例如增加加續(xù)流二極管、RC抑制電路等。

弱信號的引出線、高頻、大功率引出電纜要采用屏蔽電纜（線）。

2單片機軟件抗干擾設計

單片機應用系統(tǒng)的抗干擾不可能完全依靠硬件解決，特別是當硬件系統(tǒng)確定以后，軟件抗干擾設計是防止和消除應用系統(tǒng)故障的有效措施。

2.1單片機軟件陷阱設計

在單片機的運行過程當中，當處于亂飛運行狀態(tài)下的程序進入非程序區(qū)域，則會導致系統(tǒng)冗余指令失去運行價值。在此種情況下，為保障單片機運行的穩(wěn)定與可靠，就應當通過軟件陷阱的方式，對亂飛程序進行攔截。在程序攔截的基礎之上，將其引導至指定位置，并實現(xiàn)對錯誤信息的處理，從而及時恢復程序運行的可

靠性。

一方面，針對未使用中斷向量區(qū)而言，以當前專用設備控制領域中所廣泛使用的MCS-51單片機裝置而言，與之相對應的中斷向量區(qū)表現(xiàn)為0003H～002FH區(qū)間。在單片機系統(tǒng)的運行過程當中，若部分受到干擾影響而開放，則可通過引入軟件陷阱的方式，對錯誤進行捕捉并執(zhí)行中斷處理。還需要特別注意的一點是，在對軟件陷阱進行設計的過程當中，首先應當對中斷加以開放，將軟件陷阱安排在中斷服務程序當中。在此基礎之上，將程序引導至處理錯誤的程序入口地址或者是復位入口地址位置。從軟件設計的角度上來說，在對復位入口地址進行設計的過程當中，軟件陷阱的設計形式多表現(xiàn)為：

NOP

NOP

LJMP 000H；

與此同時，也可借助于中斷源，在終端服務程序當中，增設相關的軟件陷阱（定時溢出中斷TO即當中的典型表現(xiàn)形式之一），具體的設計方案如下所示：

ORG 000BH；（TO溢出中斷入口地址）

NOP

NOP

POP ACC

POP ACC；（PC壓入堆棧錯誤斷點丟棄處理）

PUSH 00H

PUSH 00H；（斷點地址0000H送入棧頂）

RET1

另一方面，針對未使用的EPROM區(qū)域而言，在該區(qū)域當中所設置的軟件陷阱指令形式典型表現(xiàn)為“LJMP0000H”，與之相對應的機器碼操作指令表現(xiàn)為“0000020000”?；谝陨戏治隹芍趩纹瑱C系統(tǒng)的運行過程當中，對于沒有使用完成的基于EPROM芯片空間而言，填充操作代碼可表現(xiàn)為“020000”。在該設計方案下，若程序飛入該區(qū)間，則可迅速對其進行相應，并引導其轉入正軌運行。

2.2單片機指令冗余設計

指令冗余設計的核心意義在于：在單片機系統(tǒng)運行關鍵程序中，人為地插入一定的單字節(jié)指令，或對有效單字節(jié)指令進行重寫處理。通過指令冗余模塊的應用，能夠將處于亂飛狀態(tài)下的程序恢復至穩(wěn)定的運行狀態(tài)當中。為了確保指令冗余模塊運行的穩(wěn)定，需要以PC指針面向程序運行區(qū)作為基本前提。在單片機系統(tǒng)的正常運行過程當中，中央處理器首先提取相關的操作碼信息，并對操作數(shù)指標進行提取，在指令計數(shù)器PC因干擾影響而產生運行故障的情況下，程序可能脫離預計軌道，導致亂飛。為避免該問題，需要通過插入NOP指令的方式，滿足指令冗余設計的具體要求。從這一角度上來說，在對于程序流向控制起決定作用（包括RET、AcAuJ、以及LJMP等多種類型在內）或對系統(tǒng)工作狀態(tài)起重要作用（以sElB為典型代表）的指令后面。插入兩條NOP指令或重復寫入該指令，也可迅速將亂飛程序納入正軌，確保這些重要指令的正確執(zhí)行。

2.3采用軟件濾波算法

對于由輸入信號干擾而引起的輸出控制錯誤、數(shù)據(jù)采集錯誤等可采用軟件濾波算法，可濾掉大部分錯誤。常用的軟件濾波方法有算術平均值法、比較舍取法、中值法、一階遞推數(shù)字濾波法等。

3結語

本文在單片機抗干擾設計中引入基于前瞻性的設計觀念，分別從單片機硬件和單片機軟件抗干擾設計這兩個方面入手，針對單片機應用的前瞻性抗干擾設計要點展開了詳細分析與探討，希望能夠進一步提高單片機應用系統(tǒng)可靠性。

參考文獻

[1]?；張曄，王玉民.單片機應用技術[M].北京：高等?；教育出版社.

[2]?；曲輝，郝福兵，張海軍，等.測控系統(tǒng)中單片機?；抗干擾技術[J].內蒙古農業(yè)大學學報（自然科學?；版），2008，29（3）：191-193.

[3]?；邱會貴.PCB板設計原則和抗干擾措施[J].科學與?；財富，2011，（8）：177-178.

[4]?；郭一軍，張遷.基于AT89S52單片機智能儀器的抗?；干擾技術研究[J].自動化儀表，2009，30：63-65.

[5]?；徐慧君，李亞芬，王普.單片機的抗干擾技術[J].?；電子產品世界（嵌入式系統(tǒng)），2004，2：46-51.

[6]?；于彭波.電子式電能表的硬件抗干擾設計[J].儀?；表技術，2008，8：60-64.endprint

單片機的印制電路板設計中要注意合理分區(qū)。模擬電路區(qū)（易受干擾）、數(shù)字電路區(qū)（即容易被干擾又產生干擾）、功率驅動區(qū)（干擾源）要適當分區(qū)，減少相互耦合干擾。

印刷板按單點接地原則供電。三個區(qū)域的電源線、地線由該點分三路引出。噪聲元件與非噪聲元件要離得遠一些。

合理配置去耦電容。直流電源輸入端跨接10～100uf的電解電容器；原則上每個集成電路芯片的VCC引腳都應布置一個0.01uF陶瓷電容，如遇印制板空隙不夠，可每4～8個芯片布置一個1～10uF的鉭電容；對于抗噪能力弱、關斷時電源變化大的器件，如RAM、ROM存儲器件，應在芯片的電源線和地線之間直接接入退藕電容；電容引線不能太長，尤其是高頻旁路電容不能有引線。

時鐘的振蕩電路、特殊高速邏輯電路部分可以用地線圍起來。石英晶體振蕩器外殼要接地，時鐘線要盡量短。石英振蕩器的下面和噪聲敏感器件的下面要加大接地的面積，而不應該走其他信號線。時鐘發(fā)生電路要盡量靠近用到該時鐘的器件。

選擇時鐘頻率低的單片機及外部時鐘部件，元件的選擇盡量采用低速器件。

盡量不要使用IC插座，把IC直接焊在印刷板上，因為IC座有較大的分布電容。

單片機不用的I/O端口要定義成輸出口，數(shù)字電路中，閑置不用的門電路輸入端不能懸空，運算放大器中，閑置不用的正輸入端接地，閑置的負輸入端與輸出端連接。

I/O驅動器件、功率放大器件要盡量靠近印刷板的邊，靠近引出接插件。

使用45°的折線布線，不要使用90°折線，以減小高頻信號的發(fā)射。時鐘線垂直于I/O線，必要時要遠離I/O線。

總線的始端和終端要配置合適的上拉電阻，以提高高電平噪聲容限，增加存儲器端口在高阻狀態(tài)下抗干擾能力和削弱反射波干擾。三總線與其他擴展板相連接時，要通過三態(tài)緩沖門后再連接。這可以有效防止外界電磁干擾，改善波形和削弱反射干擾。

盡量采用多層板，單面板、雙面板，電源線、地線要盡量的粗。信號線的過孔要盡量少。

對進入電路板的信號源及從高噪聲區(qū)來的信號要加濾波。繼電器線圈處要采取抑制干擾措施，例如增加加續(xù)流二極管、RC抑制電路等。

弱信號的引出線、高頻、大功率引出電纜要采用屏蔽電纜（線）。

2單片機軟件抗干擾設計

單片機應用系統(tǒng)的抗干擾不可能完全依靠硬件解決，特別是當硬件系統(tǒng)確定以后，軟件抗干擾設計是防止和消除應用系統(tǒng)故障的有效措施。

2.1單片機軟件陷阱設計

在單片機的運行過程當中，當處于亂飛運行狀態(tài)下的程序進入非程序區(qū)域，則會導致系統(tǒng)冗余指令失去運行價值。在此種情況下，為保障單片機運行的穩(wěn)定與可靠，就應當通過軟件陷阱的方式，對亂飛程序進行攔截。在程序攔截的基礎之上，將其引導至指定位置，并實現(xiàn)對錯誤信息的處理，從而及時恢復程序運行的可

靠性。

一方面，針對未使用中斷向量區(qū)而言，以當前專用設備控制領域中所廣泛使用的MCS-51單片機裝置而言，與之相對應的中斷向量區(qū)表現(xiàn)為0003H～002FH區(qū)間。在單片機系統(tǒng)的運行過程當中，若部分受到干擾影響而開放，則可通過引入軟件陷阱的方式，對錯誤進行捕捉并執(zhí)行中斷處理。還需要特別注意的一點是，在對軟件陷阱進行設計的過程當中，首先應當對中斷加以開放，將軟件陷阱安排在中斷服務程序當中。在此基礎之上，將程序引導至處理錯誤的程序入口地址或者是復位入口地址位置。從軟件設計的角度上來說，在對復位入口地址進行設計的過程當中，軟件陷阱的設計形式多表現(xiàn)為：

NOP

NOP

LJMP 000H；

與此同時，也可借助于中斷源，在終端服務程序當中，增設相關的軟件陷阱（定時溢出中斷TO即當中的典型表現(xiàn)形式之一），具體的設計方案如下所示：

ORG 000BH；（TO溢出中斷入口地址）

NOP

NOP

POP ACC

POP ACC；（PC壓入堆棧錯誤斷點丟棄處理）

PUSH 00H

PUSH 00H；（斷點地址0000H送入棧頂）

RET1

另一方面，針對未使用的EPROM區(qū)域而言，在該區(qū)域當中所設置的軟件陷阱指令形式典型表現(xiàn)為“LJMP0000H”，與之相對應的機器碼操作指令表現(xiàn)為“0000020000”?；谝陨戏治隹芍?，在單片機系統(tǒng)的運行過程當中，對于沒有使用完成的基于EPROM芯片空間而言，填充操作代碼可表現(xiàn)為“020000”。在該設計方案下，若程序飛入該區(qū)間，則可迅速對其進行相應，并引導其轉入正軌運行。

2.2單片機指令冗余設計

指令冗余設計的核心意義在于：在單片機系統(tǒng)運行關鍵程序中，人為地插入一定的單字節(jié)指令，或對有效單字節(jié)指令進行重寫處理。通過指令冗余模塊的應用，能夠將處于亂飛狀態(tài)下的程序恢復至穩(wěn)定的運行狀態(tài)當中。為了確保指令冗余模塊運行的穩(wěn)定，需要以PC指針面向程序運行區(qū)作為基本前提。在單片機系統(tǒng)的正常運行過程當中，中央處理器首先提取相關的操作碼信息，并對操作數(shù)指標進行提取，在指令計數(shù)器PC因干擾影響而產生運行故障的情況下，程序可能脫離預計軌道，導致亂飛。為避免該問題，需要通過插入NOP指令的方式，滿足指令冗余設計的具體要求。從這一角度上來說，在對于程序流向控制起決定作用（包括RET、AcAuJ、以及LJMP等多種類型在內）或對系統(tǒng)工作狀態(tài)起重要作用（以sElB為典型代表）的指令后面。插入兩條NOP指令或重復寫入該指令，也可迅速將亂飛程序納入正軌，確保這些重要指令的正確執(zhí)行。

2.3采用軟件濾波算法

對于由輸入信號干擾而引起的輸出控制錯誤、數(shù)據(jù)采集錯誤等可采用軟件濾波算法，可濾掉大部分錯誤。常用的軟件濾波方法有算術平均值法、比較舍取法、中值法、一階遞推數(shù)字濾波法等。

3結語

本文在單片機抗干擾設計中引入基于前瞻性的設計觀念，分別從單片機硬件和單片機軟件抗干擾設計這兩個方面入手，針對單片機應用的前瞻性抗干擾設計要點展開了詳細分析與探討，希望能夠進一步提高單片機應用系統(tǒng)可靠性。

參考文獻

[1]?；張曄，王玉民.單片機應用技術[M].北京：高等?；教育出版社.

[2]?；曲輝，郝福兵，張海軍，等.測控系統(tǒng)中單片機?；抗干擾技術[J].內蒙古農業(yè)大學學報（自然科學?；版），2008，29（3）：191-193.

[3]?；邱會貴.PCB板設計原則和抗干擾措施[J].科學與?；財富，2011，（8）：177-178.

[4]?；郭一軍，張遷.基于AT89S52單片機智能儀器的抗?；干擾技術研究[J].自動化儀表，2009，30：63-65.

[5]?；徐慧君，李亞芬，王普.單片機的抗干擾技術[J].?；電子產品世界（嵌入式系統(tǒng)），2004，2：46-51.

[6]?；于彭波.電子式電能表的硬件抗干擾設計[J].儀?；表技術，2008，8：60-64.endprint

單片機的印制電路板設計中要注意合理分區(qū)。模擬電路區(qū)（易受干擾）、數(shù)字電路區(qū)（即容易被干擾又產生干擾）、功率驅動區(qū)（干擾源）要適當分區(qū)，減少相互耦合干擾。

印刷板按單點接地原則供電。三個區(qū)域的電源線、地線由該點分三路引出。噪聲元件與非噪聲元件要離得遠一些。

合理配置去耦電容。直流電源輸入端跨接10～100uf的電解電容器；原則上每個集成電路芯片的VCC引腳都應布置一個0.01uF陶瓷電容，如遇印制板空隙不夠，可每4～8個芯片布置一個1～10uF的鉭電容；對于抗噪能力弱、關斷時電源變化大的器件，如RAM、ROM存儲器件，應在芯片的電源線和地線之間直接接入退藕電容；電容引線不能太長，尤其是高頻旁路電容不能有引線。

時鐘的振蕩電路、特殊高速邏輯電路部分可以用地線圍起來。石英晶體振蕩器外殼要接地，時鐘線要盡量短。石英振蕩器的下面和噪聲敏感器件的下面要加大接地的面積，而不應該走其他信號線。時鐘發(fā)生電路要盡量靠近用到該時鐘的器件。

選擇時鐘頻率低的單片機及外部時鐘部件，元件的選擇盡量采用低速器件。

盡量不要使用IC插座，把IC直接焊在印刷板上，因為IC座有較大的分布電容。

單片機不用的I/O端口要定義成輸出口，數(shù)字電路中，閑置不用的門電路輸入端不能懸空，運算放大器中，閑置不用的正輸入端接地，閑置的負輸入端與輸出端連接。

I/O驅動器件、功率放大器件要盡量靠近印刷板的邊，靠近引出接插件。

使用45°的折線布線，不要使用90°折線，以減小高頻信號的發(fā)射。時鐘線垂直于I/O線，必要時要遠離I/O線。

總線的始端和終端要配置合適的上拉電阻，以提高高電平噪聲容限，增加存儲器端口在高阻狀態(tài)下抗干擾能力和削弱反射波干擾。三總線與其他擴展板相連接時，要通過三態(tài)緩沖門后再連接。這可以有效防止外界電磁干擾，改善波形和削弱反射干擾。

盡量采用多層板，單面板、雙面板，電源線、地線要盡量的粗。信號線的過孔要盡量少。

對進入電路板的信號源及從高噪聲區(qū)來的信號要加濾波。繼電器線圈處要采取抑制干擾措施，例如增加加續(xù)流二極管、RC抑制電路等。

弱信號的引出線、高頻、大功率引出電纜要采用屏蔽電纜（線）。

2單片機軟件抗干擾設計

單片機應用系統(tǒng)的抗干擾不可能完全依靠硬件解決，特別是當硬件系統(tǒng)確定以后，軟件抗干擾設計是防止和消除應用系統(tǒng)故障的有效措施。

2.1單片機軟件陷阱設計

在單片機的運行過程當中，當處于亂飛運行狀態(tài)下的程序進入非程序區(qū)域，則會導致系統(tǒng)冗余指令失去運行價值。在此種情況下，為保障單片機運行的穩(wěn)定與可靠，就應當通過軟件陷阱的方式，對亂飛程序進行攔截。在程序攔截的基礎之上，將其引導至指定位置，并實現(xiàn)對錯誤信息的處理，從而及時恢復程序運行的可

靠性。

一方面，針對未使用中斷向量區(qū)而言，以當前專用設備控制領域中所廣泛使用的MCS-51單片機裝置而言，與之相對應的中斷向量區(qū)表現(xiàn)為0003H～002FH區(qū)間。在單片機系統(tǒng)的運行過程當中，若部分受到干擾影響而開放，則可通過引入軟件陷阱的方式，對錯誤進行捕捉并執(zhí)行中斷處理。還需要特別注意的一點是，在對軟件陷阱進行設計的過程當中，首先應當對中斷加以開放，將軟件陷阱安排在中斷服務程序當中。在此基礎之上，將程序引導至處理錯誤的程序入口地址或者是復位入口地址位置。從軟件設計的角度上來說，在對復位入口地址進行設計的過程當中，軟件陷阱的設計形式多表現(xiàn)為：

NOP

NOP

LJMP 000H；

與此同時，也可借助于中斷源，在終端服務程序當中，增設相關的軟件陷阱（定時溢出中斷TO即當中的典型表現(xiàn)形式之一），具體的設計方案如下所示：

ORG 000BH；（TO溢出中斷入口地址）

NOP

NOP

POP ACC

POP ACC；（PC壓入堆棧錯誤斷點丟棄處理）

PUSH 00H

PUSH 00H；（斷點地址0000H送入棧頂）

RET1

另一方面，針對未使用的EPROM區(qū)域而言，在該區(qū)域當中所設置的軟件陷阱指令形式典型表現(xiàn)為“LJMP0000H”，與之相對應的機器碼操作指令表現(xiàn)為“0000020000”?；谝陨戏治隹芍?，在單片機系統(tǒng)的運行過程當中，對于沒有使用完成的基于EPROM芯片空間而言，填充操作代碼可表現(xiàn)為“020000”。在該設計方案下，若程序飛入該區(qū)間，則可迅速對其進行相應，并引導其轉入正軌運行。

2.2單片機指令冗余設計

指令冗余設計的核心意義在于：在單片機系統(tǒng)運行關鍵程序中，人為地插入一定的單字節(jié)指令，或對有效單字節(jié)指令進行重寫處理。通過指令冗余模塊的應用，能夠將處于亂飛狀態(tài)下的程序恢復至穩(wěn)定的運行狀態(tài)當中。為了確保指令冗余模塊運行的穩(wěn)定，需要以PC指針面向程序運行區(qū)作為基本前提。在單片機系統(tǒng)的正常運行過程當中，中央處理器首先提取相關的操作碼信息，并對操作數(shù)指標進行提取，在指令計數(shù)器PC因干擾影響而產生運行故障的情況下，程序可能脫離預計軌道，導致亂飛。為避免該問題，需要通過插入NOP指令的方式，滿足指令冗余設計的具體要求。從這一角度上來說，在對于程序流向控制起決定作用（包括RET、AcAuJ、以及LJMP等多種類型在內）或對系統(tǒng)工作狀態(tài)起重要作用（以sElB為典型代表）的指令后面。插入兩條NOP指令或重復寫入該指令，也可迅速將亂飛程序納入正軌，確保這些重要指令的正確執(zhí)行。

2.3采用軟件濾波算法

對于由輸入信號干擾而引起的輸出控制錯誤、數(shù)據(jù)采集錯誤等可采用軟件濾波算法，可濾掉大部分錯誤。常用的軟件濾波方法有算術平均值法、比較舍取法、中值法、一階遞推數(shù)字濾波法等。

3結語

本文在單片機抗干擾設計中引入基于前瞻性的設計觀念，分別從單片機硬件和單片機軟件抗干擾設計這兩個方面入手，針對單片機應用的前瞻性抗干擾設計要點展開了詳細分析與探討，希望能夠進一步提高單片機應用系統(tǒng)可靠性。

參考文獻

[1]?；張曄，王玉民.單片機應用技術[M].北京：高等?；教育出版社.

[2]?；曲輝，郝福兵，張海軍，等.測控系統(tǒng)中單片機?；抗干擾技術[J].內蒙古農業(yè)大學學報（自然科學?；版），2008，29（3）：191-193.

[3]?；邱會貴.PCB板設計原則和抗干擾措施[J].科學與?；財富，2011，（8）：177-178.

[4]?；郭一軍，張遷.基于AT89S52單片機智能儀器的抗?；干擾技術研究[J].自動化儀表，2009，30：63-65.

[5]?；徐慧君，李亞芬，王普.單片機的抗干擾技術[J].?；電子產品世界（嵌入式系統(tǒng)），2004，2：46-51.

[6]?；于彭波.電子式電能表的硬件抗干擾設計[J].儀?；表技術，2008，8：60-64.endprint