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        單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)抗干擾的設(shè)計研究

        2017-05-09 17:46:34
        科學(xué)中國人 2017年12期
        關(guān)鍵詞:抗干擾能力干擾源干擾信號

        侯 彬

        東北石油大學(xué)秦皇島分校

        單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)抗干擾的設(shè)計研究

        侯 彬

        東北石油大學(xué)秦皇島分校

        單片機(jī)的發(fā)展與應(yīng)用,為電子技術(shù)打下了不可或缺的基礎(chǔ)。單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計過程需要面臨一個電子產(chǎn)品都需要考慮的問題,那就是抗干擾問題。干擾形成存在3個要素,分別是干擾源、耦合通道與具有敏感性的接收電路。單片機(jī)系統(tǒng)作為對干擾信號敏感的主體,如果抗干擾能力不足,將會嚴(yán)重影響系統(tǒng)的使用。本文為了提升單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的抗干擾能力,對單片機(jī)內(nèi)部抗干擾設(shè)計進(jìn)行了分析。

        單片機(jī);抗干擾;設(shè)計

        我國單片機(jī)技術(shù)在工業(yè)控制領(lǐng)域應(yīng)用廣泛,單片機(jī)的穩(wěn)定性、安全性、可靠性備受人們關(guān)注。單片機(jī)系統(tǒng)在應(yīng)用過程中,受到干擾信號影響會嚴(yán)重影響系統(tǒng)的可靠性,為此,從干擾源和內(nèi)部抗干擾技術(shù)上研究系統(tǒng)的穩(wěn)定性,為單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計提供參考。

        一、單片機(jī)內(nèi)部抗干擾技術(shù)

        1、CPU外圍配置

        單片機(jī)主機(jī)單元在于外部存儲器及I∕O接口完成信息傳輸時利用的通道包括地址總線、數(shù)據(jù)總線及控制總線??偩€的合理布置直接關(guān)系著系統(tǒng)的穩(wěn)定性。為了提高總線的傳輸信號穩(wěn)定性、可靠性,可在總線上安裝拉電阻,適當(dāng)選擇,降低外圍設(shè)備給主機(jī)單元造成的干擾。圖1所示時某單片機(jī)系統(tǒng)中MCS-51的P0.0輸出口上采用拉電阻的電路結(jié)構(gòu)。

        圖1 MCS-51的P0.0輸出口拉電阻安裝電路結(jié)構(gòu)

        對于時鐘信號而言,具有噪聲敏感特性,如果CPU外發(fā)射輻射干擾,并且存在噪聲源,則輻射干擾會受到時鐘信號影響。時鐘頻率越高,信息變換頻率也越高,加劇了干擾程度,因此,降低時鐘頻率在很大程度上能夠提升單片機(jī)系統(tǒng)的抗干擾能力。

        復(fù)位電路在單片機(jī)系統(tǒng)中具有較好的抗干擾能力,單片機(jī)系統(tǒng)的復(fù)位端口出現(xiàn)信號干擾的主要干擾源是按鈕、電源及傳輸線傳入的噪聲,對系統(tǒng)復(fù)位動作造成影響,導(dǎo)致系統(tǒng)控制功能遭到破壞。復(fù)位電路結(jié)構(gòu)見圖2所示。

        圖2 復(fù)位電路結(jié)構(gòu)

        2、CPU抗干擾

        如果單片機(jī)CPU受到干擾,將無法完成系統(tǒng)動作,狀態(tài)紊亂,因此,需要采取下列措施進(jìn)行改進(jìn):①加入冗余指令,保證彈飛程序及時納入到正確的控制軌跡上來;②軟件陷阱,強(qiáng)行填補(bǔ)程序,將其引導(dǎo)向特定的抵制,從而診斷、解決系統(tǒng)工作狀態(tài),使系統(tǒng)恢復(fù)正常;③加入程序監(jiān)控,利用監(jiān)控系統(tǒng)及時識別,如果系統(tǒng)陷入死區(qū)循環(huán),則直接返回入口位置,糾正系統(tǒng)的不良運(yùn)行。

        二、交直流電源的干擾

        1、系統(tǒng)板內(nèi)電源線路設(shè)計

        電源是系統(tǒng)的重要組成,因交流電源引入的高頻信號干擾,頻帶過寬,如果只在交流側(cè)實施抗干擾,效果不會理想,直流側(cè)也需要采取必要的措施。在設(shè)計安裝IC電路時,電源的干擾較為明顯,所以需要在電源入口位置添加大電容,電容需要具有較好的高頻性能,保證干擾信號成功濾波后通過。其不僅能夠降低電源線內(nèi)阻,也能吸收干擾信號,防止影響自身電路和其他電路。

        2、交流電源抗干擾

        電源供電質(zhì)量對單片機(jī)系統(tǒng)來講十分重要,為保障電源的可靠性,交流電源抗干擾措施如下:①采用交流穩(wěn)壓器;②如果供電質(zhì)量要求過高,則需要采取發(fā)電機(jī)組與逆變器供電;③在交流電源的連接線上安裝濾波器,從而抑制損失干擾的侵襲;④加強(qiáng)電源變壓器的屏蔽措施,降低外界信號干擾。

        三、空間電磁輻射干擾

        空間電磁輻射干擾是單片機(jī)系統(tǒng)的主要干擾源之一,有效的屏蔽措施對這類干擾的預(yù)防效果較好,能夠提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性。一般來講,屏蔽方式主要采取屏蔽外殼或屏蔽層兩種方式,可以采用鐵作為評比材料,屏蔽罩選擇圓形通風(fēng)孔,保證電磁連續(xù)性。屏蔽方式盡可能做到完全封閉,噪聲將無法改變內(nèi)部相對電位,形成不了電位差,因此去除了空間電磁輻射的干擾。這種屏蔽方式主要遵循兩個原則:①為降低屏蔽引起的反饋,需要在屏蔽罩上連接線路的信號地。②在系統(tǒng)輸入信號的零電壓基準(zhǔn)點接入屏蔽、接地,實際操作均存在一定的電阻率,因此接地點之間具有不同電位。

        四、其他干擾源

        1、印刷板電路抗干擾

        為了增加印刷版電路的抗干擾能力,可從以下幾方面入手:①電路設(shè)計中,做好元器件布置、電源線布置、接地線布置等;②在未使用邏輯電路芯片的輸出端,需要采取接地或接高電平方式,降低外部干擾對信號的影響。③在數(shù)據(jù)存儲器、接口電路、程序存儲器、單片機(jī)等的電源位置和接地位置可并接0.01μF的獨(dú)石電容,降低耦合效果。④如果條件允許,印刷版可選擇4層以上的,將電源與接地設(shè)置在中間兩層,能起到一定的抗干擾效果。

        2、數(shù)據(jù)傳輸

        單片機(jī)工作過程的數(shù)據(jù)傳輸是系統(tǒng)的主要控制功能部分,但如果在數(shù)據(jù)傳輸過程讀取磁道完畢,卻存在中斷信號問題,中斷程序標(biāo)志位的R5置位,中斷程序標(biāo)志位為“1”,否則為“0”。根據(jù)中斷信號程序標(biāo)志位R5判斷傳輸數(shù)據(jù)情況,給予不同處理措施。這一過程的抗干擾功能主要以程序控制實現(xiàn),重要的標(biāo)志位R5狀態(tài)在其中起到不可忽視的功能。

        五、結(jié)束語

        單片機(jī)系統(tǒng)抗干擾設(shè)計在電子產(chǎn)品中起到重要的作用,能夠保證電子產(chǎn)品的運(yùn)行穩(wěn)定性,保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?,也能保證程序控制的精確性。本次研究對單片機(jī)系統(tǒng)抗干擾方式進(jìn)行研究,從單片機(jī)內(nèi)部、交直流電源、空間電磁輻射及其他干擾源頭入手,分析了干擾情況,并給出了一定的解決措施,期望本次研究能作為今后研究的參考。

        [1]張軍,胡孝昌.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)抗干擾技術(shù)的研究[J].計算機(jī)測量與控制,2006,14(3):412-414.

        [2]周晗曉,袁慧梅.單片機(jī)系統(tǒng)的印制板設(shè)計與抗干擾技術(shù)[J].電子工藝技術(shù),2004,25(6):261-265.

        侯彬(1978-),女,唐山人,本科,講師,研究方向:電子技術(shù)。

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