高凱

摘 要： 目前，單片機(jī)控制系統(tǒng)隨著信息技術(shù)水平的提升而獲得了跨越式的發(fā)展。然而，在單片機(jī)控制系統(tǒng)工作當(dāng)中，仍然存在較多干擾因素影響其正常工作，并且對于單片機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展起到制約作用。因此，為了更加廣泛的推動單片機(jī)控制系統(tǒng)的應(yīng)用，本文將以硬件與軟件方面來對單片機(jī)控制系統(tǒng)抗干擾技術(shù)措施進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞： 單片機(jī)；控制系統(tǒng)；抗干擾措施；探討

隨著我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度的持續(xù)加快，工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域獲得了重要發(fā)展機(jī)遇，然而，在工業(yè)生產(chǎn)制造環(huán)境中存在較多干擾因素影響單片機(jī)控制系統(tǒng)的運(yùn)行，因此需要想法設(shè)法來降低干擾因素對單片機(jī)控制系統(tǒng)工作的影響，從而提升單片機(jī)控制系統(tǒng)運(yùn)行的效率。其中，單片機(jī)控制系統(tǒng)所出現(xiàn)的干擾因素來自于兩個方面，即系統(tǒng)內(nèi)部元器件工作時產(chǎn)生的干擾以及系統(tǒng)外部其它電氣設(shè)施所產(chǎn)生的干擾。因此，從軟件與硬件入手解決單片機(jī)控制系統(tǒng)中的干擾問題就顯得尤為重要。

一、針對硬件方面所采取的抗干擾措施

為了解決單片機(jī)控制系統(tǒng)的干擾問題，通?？梢圆扇∮布垢蓴_措施，并且實踐證明采用硬件抗干擾措施有著不錯的抗干擾效果。其中，絕大部分干擾可以通過合理的硬件電路很好的抑制或消除。此外，電路設(shè)計是硬件抗干擾措施主要采用的設(shè)計方式。

1、供電系統(tǒng)的抗干擾

通常來講，單片機(jī)控制系統(tǒng)所需要的電能來自于國家電網(wǎng)，并且需要變壓、整流、濾波以及穩(wěn)壓后方可供給單片機(jī)控制系統(tǒng)。與此同時，由于噪聲、高頻以及電壓突變等干擾因素普遍存在與電網(wǎng)之中，一旦引入至控制系統(tǒng)便會導(dǎo)致其受到干擾。此外，電網(wǎng)與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通常采用直連的方式，由于地電位差存在于二者地線之間，從而導(dǎo)致環(huán)路電流在地線之中形成，進(jìn)而導(dǎo)致共模干擾的形成。

濾波、隔離、穩(wěn)壓、使用穩(wěn)定交流電源以及分別對系統(tǒng)內(nèi)部各個模塊進(jìn)行供電等措施是抑制上述干擾因素普遍采用的方法，從而提升供電系統(tǒng)的抗干擾能力。此外，使用交流穩(wěn)壓器可以有效避免電網(wǎng)電壓出現(xiàn)范圍較大的波動，從而起到抑制電源噪聲干擾的目的。與此同時，電網(wǎng)與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以通過隔離變壓器而彼此隔離，進(jìn)而避免控制系統(tǒng)引入電網(wǎng)地線的干擾。另外，高次頻波是電網(wǎng)干擾主要組成部分，因此可以使用交流電源濾波器來消除大于50Hz的高次頻波，并且可以隔離輸出與輸入端。最后則是采用分組供電的方式來對系統(tǒng)內(nèi)部各模塊進(jìn)行供電，從而避免各模塊之間有彼此干擾因素的存在。

2、模擬輸入通道的抗干擾

信息交換主要通過模擬輸入通道來實現(xiàn)，但是公共地線是導(dǎo)致干擾存在的主要因素。如果傳輸線路比較長，則通常還會遇到電磁波以及靜電的干擾，從而導(dǎo)致信號傳輸?shù)目煽啃耘c準(zhǔn)確性有所下降。為了解決上述干擾問題，通常可以使用電磁隔離或光電耦隔離的方式將敏感電路與干擾源彼此分開。其中，光傳感器與發(fā)光二極管是光電耦隔離技術(shù)中的核心部件，并且將兩者封裝成一體后便可以隔離兩個電路的地線，從而使兩者彼此隔離，避免干擾的出現(xiàn)。通常來講，當(dāng)其它外部模塊與單片機(jī)控制系統(tǒng)中的單片機(jī)或數(shù)據(jù)I/O口連接時，普遍使用光電耦隔離的方式來降低電路中的干擾。

3、地線設(shè)計抗干擾

系統(tǒng)地、機(jī)地（屏蔽地）、數(shù)字地（邏輯地）和模擬地等是主要單片機(jī)系統(tǒng)中地線結(jié)構(gòu)的集中主要形式，科學(xué)合理的接地方式是實際控制系統(tǒng)有效抑制干擾的主要措施。其中，（1）增加地線的面積與寬度，并且使用多點接地的措施來使接地電阻有效降低。阻抗普遍存在與導(dǎo)體中，導(dǎo)體中如果有電流流過便會出現(xiàn)電壓梯度現(xiàn)象。對于兩個接地點彼此分開的情況，則兩點間的電位差與電流大小成正比例關(guān)系，并且電流頻率與電位差同樣存在某種特定關(guān)系。當(dāng)導(dǎo)線上為高頻時，則其電位差與分布電感也呈現(xiàn)上升態(tài)勢。因此，為降低系統(tǒng)中的接地電阻，可以通過多點接地的方式來實現(xiàn)，從而對電位差進(jìn)行有效的抑制。在設(shè)計控制系統(tǒng)電路過程中，為消除接地間的電位差，可以采用減少地線電阻或是加大地線寬度的方式來實現(xiàn)。（2）分離模擬與數(shù)字電路。通常來講，數(shù)字電路與模擬電路是單片機(jī)控制系統(tǒng)重要的組成部分。因此，為降低兩種電路間的相互干擾，通常采用分別單獨設(shè)置模擬地和數(shù)字地的方式來實現(xiàn)。

二、針對軟件方面所采取的抗干擾措施

科學(xué)合理軟硬件組合是抗干擾系統(tǒng)成功的保障。因此，除了需要在硬件電路設(shè)計方面進(jìn)行抗干擾設(shè)計外，還需要在軟件方面來提升單片機(jī)控制系統(tǒng)的抗干擾能力。

1、指令冗余

先提取操作碼，再取操作數(shù)是CPU取指令的主要流程。如果有干擾因素導(dǎo)致單片機(jī)出現(xiàn)錯誤，則程序中會錯誤的將操作數(shù)當(dāng)做操作碼來進(jìn)行提取，從而導(dǎo)致程序出現(xiàn)故障。由此可見，需要將一些單字節(jié)指令人為的插入至關(guān)鍵地方，或者是重寫有效單字節(jié)指令的方式可稱之為指令冗余。一般來講，將兩個字節(jié)以上的空操作指令NOP插入至雙字節(jié)或三字節(jié)指令后，從而避免誤將后面的指令被當(dāng)做操作數(shù)執(zhí)行，進(jìn)而使得程序可以正常執(zhí)行。此外，為了確保指令被正常執(zhí)行，可以在系統(tǒng)流向起重要作用的指令前加入兩條NOP，從而使得出現(xiàn)錯誤的程序可以被正確執(zhí)行。

2、掉電保護(hù)技術(shù)

當(dāng)硬件電路檢測到掉電信號后，在單片機(jī)的外部中斷輸入端中加入該信號，在軟件中設(shè)定掉電中斷的優(yōu)先級為高級，從而保證系統(tǒng)可以第一時間應(yīng)對掉電干擾。

3、睡眠抗干擾

中斷系統(tǒng)與定時計數(shù)系統(tǒng)可以在單片機(jī)處于睡眠狀態(tài)下依然處于工作狀態(tài)，從而導(dǎo)致CPU難以對系統(tǒng)總線中所出現(xiàn)的干擾有所應(yīng)對，進(jìn)而降低了系統(tǒng)對抗干擾因素的力度。此外，CPU在應(yīng)用系統(tǒng)中多是執(zhí)行一些循環(huán)檢查以及等待指令的程序，并且盡管CPU在此過程中沒有執(zhí)行重要的工作，但是卻極易受到干擾。因此，建議設(shè)置CPU在非正常工作狀態(tài)下休眠，中斷系統(tǒng)可以在必要情況下喚醒CPU，待其完成工作后再進(jìn)入休眠模式。CPU在此種模式下將在大部分時間內(nèi)處于睡眠模式，從而明顯的降低干擾帶來的影響。

三、結(jié)束語

總之，為了提升單片機(jī)控制系統(tǒng)的抗干擾能力，從軟件與硬件為突破口來對單片機(jī)控制系統(tǒng)中的硬件線路以及軟件系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化與改進(jìn)是極其重要的，以便從根本上降低干擾因素對單片機(jī)控制系統(tǒng)的影響，并且對于推動單片機(jī)控制系統(tǒng)的快速發(fā)展有著極為重要的意義。

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