黃開平
摘 要:單片機在自動化流程中比較容易受到干擾,會影響微機測控系統(tǒng)的穩(wěn)定運行,有時還會對整個系統(tǒng)造成不利影響,因此,為了讓控制系統(tǒng)更穩(wěn)定更安全的運行,就要提高單片機的抗干擾能力,本文就單片機自動控制中抗干擾相關(guān)問題做出簡單分析,希望能為單片機的抗干擾能力的提高做出一些幫助,提高自動控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
關(guān)鍵詞:單片機;抗干擾能力;問題探討
引言:單片機受到干擾可能會造成系統(tǒng)的自動化流程失控,主要的現(xiàn)象有:由于干擾的原因?qū)е孪到y(tǒng)內(nèi)的數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確;干擾會造成數(shù)據(jù)采集的誤差較大;干擾可能會造成系統(tǒng)的控制失靈;干擾可能會造成控制系統(tǒng)的程序運行異常。這些基本都是由于單片機受到干擾而產(chǎn)生的一些不利現(xiàn)象,為了提高單片機的抗干擾能力,現(xiàn)如今,比較可靠的技術(shù)主要可以分為兩個方面,硬件抗干擾技術(shù)和軟件抗干擾技術(shù)。下面就單片機抗干擾能力做出一些簡單概述。
一、硬件抗干擾技術(shù)
硬件抗干擾技術(shù)主要是通過抑制干擾源來提高抗干擾的能力,這種技術(shù)主要是阻斷干擾傳輸通道,通過合理的布置以及有關(guān)參數(shù)的選擇,可以很好的抑制對系統(tǒng)的干擾。硬件抗干擾技術(shù)是一種比較常使用的技術(shù),通過一定的硬件設(shè)計,可以有效的抑制大部分的干擾[1]。硬件抗干擾技術(shù)的主要措施有:盡量選取頻率低的微控制器;減小信號傳輸中的畸變;降低信號間的交叉干擾;合理的對元件進行布置分區(qū)等,如果可以有效的實施硬件抗干擾技術(shù),就可以把絕大部分的干擾阻隔,雖然還會有小部分的干擾會對微機系統(tǒng)系統(tǒng)有一定的影響,這時就可以通過軟件抗干擾技術(shù)來實現(xiàn)對干擾的阻斷,這樣就可以有效的使微機受到的干擾能力變小,由此可以看出要想使微機的抗干擾系統(tǒng)成功的組建,需要硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)相結(jié)合才能實現(xiàn)。
二、軟件抗干擾技術(shù)
在微機測控系統(tǒng)中,軟件抗干擾技術(shù)的應(yīng)用最為廣泛,主要是由于軟件抗干擾系統(tǒng)具有耗費資源少、靈活方便等優(yōu)點,在軟件抗干擾技術(shù)進行實施時,主要是通過對模擬器輸入的噪聲進行消除,當(dāng)程序出現(xiàn)混亂時使程序重入正規(guī)的方法。下面對機電軟件抗干擾技術(shù)進行簡單的概述。
(一)指令冗余
在CPU進行取令時,一般都是先對操作碼進行提取,然后再對操作數(shù)進行提取,這時,如果在一些地方插入單字節(jié)指令,或?qū)⒁恍﹩沃噶钪貙懢涂梢苑Q之為指令冗余。一般認(rèn)定在程序“跑飛”后會進某個代碼段中,這時可以在代碼段的指令中插入3個以上的nop空命令,這樣就可以實現(xiàn)對程序“跑飛”的控制,但是當(dāng)中斷程序出現(xiàn)干擾而使得“程序”跑飛,這時冗余技術(shù)將會失效,控制系統(tǒng)也不能正常工作。
(二)攔截技術(shù)
攔截技術(shù)就是將亂飛的程序引向制定的位置,然后通過一定的處理,使程序進入正軌,這個過程需要通過軟件陷阱來對亂飛的程序進行攔截,因此首先要設(shè)計合理的陷阱,通過對陷阱合理的擺放,才能對亂飛的程序進行有效的攔截。當(dāng)亂飛的程序進入非程序區(qū)時,指令冗余便會失效,不能對干擾進行一定抑制,因此,要通過一定的陷阱,將亂飛的程序控制住,然后進行及時的處理,這樣才能對干擾進行一定的阻礙。在對陷阱進行放置時,一般都會在未使用的EPROM中填寫0000020000[2]。最后一條填寫020000,這樣,當(dāng)亂飛的程序進入此區(qū)域時,就可以自動入軌。此外,在用戶程序區(qū)各模塊之間的空余單元中也可以設(shè)置陷阱指令,這樣也可以對亂飛的程序進行有效的攔截。當(dāng)使用的中斷因干擾而開放時,在對應(yīng)的中斷程序中設(shè)置軟件陷阱,就可以對中斷的錯誤進行及時的發(fā)現(xiàn)。在考慮到整個系統(tǒng)的容量,一般情況下,陷阱的設(shè)置不要太多,1K空間中有2~3個陷阱就可以對亂飛的程序進行有效的攔截。
(三)軟件“看門狗“技術(shù)
在失控的程序進入“死循環(huán)”時,一般都是采用“看門狗”技術(shù)來實現(xiàn)程序的正常運轉(zhuǎn),通過對程序的運行時間進行不斷的檢測,可以發(fā)現(xiàn)程序循環(huán)時間是否正常,若程序的循環(huán)時間超過了最大循環(huán)運行時間,則可以認(rèn)定程序進入“死循環(huán)”,這時就可以通過“看門狗”技術(shù)進行處理[3]。“看門狗”技術(shù)可以通過硬件來實現(xiàn),也可以通過軟件來實現(xiàn),一般都是通過軟件來實現(xiàn)的,因為軟件“看門狗”可以減少系統(tǒng)自我修復(fù)的時間,而硬件“看門狗”基本都是通過復(fù)位的方式來實現(xiàn)對程序的處理,這樣耗費的時間相對較多。
三、單片機控制系統(tǒng)的抗干擾對策
(一)加強系統(tǒng)分析
要想實現(xiàn)對單片機控制系統(tǒng)的抗干擾工作,如果僅靠傳統(tǒng)的手段進行實施,不僅效果不會太好,還會有著很多的問題產(chǎn)生。在對單片機控制系統(tǒng)進行抗干擾的處理時,可以通過對系統(tǒng)分析層面進行入手,選擇合理的手段和方法。首先,可以通過對單片機控制系統(tǒng)運作的不同環(huán)境,進行合理有效的分析,對控制系統(tǒng)進行全面的掌握,以便于對出現(xiàn)問題進行有效的排查,保障整個控制系統(tǒng)運行的穩(wěn)定。其次,要對影響控制系統(tǒng)的干擾源和動態(tài)因素進行深入的研究,對控制系統(tǒng)的抗干擾進行全面的設(shè)計,從而使得單片機控制系統(tǒng)的抗干擾體系更加的豐富。
(二)數(shù)字輸入端的噪聲抑制
對于單片機控制系統(tǒng)的抗干擾工作,硬件抗干擾是一種比較有效的抗干擾方式,要想使單片機控制系統(tǒng)穩(wěn)定的運行,與硬件抗干擾的應(yīng)用有著非常密切的關(guān)系,如果硬件抗干擾系統(tǒng)維護的不到位,就會使得單片機控制系統(tǒng)的穩(wěn)定運行受到影響。在對數(shù)字輸入端噪聲抑制的抗干擾進行合理的實施時,可以使整個系統(tǒng)的抗干擾能力大大提高,保障單片控制系統(tǒng)更加穩(wěn)定的運行。首先可以在輸入端接RV濾波器和施密特集成電路,其中RC濾波器的時間常數(shù)要大于現(xiàn)場可能出現(xiàn)噪聲的最大脈寬,還要保證濾波器的時間常數(shù)小魚信號的寬度,這樣不僅可以有效的對噪聲進行抑制,也不會使信號丟失。在輸入端加上拉電阻,可以使系統(tǒng)的供電電源電壓提高,從而使輸入端的電平提高,使輸入端的噪聲容限更大。提高輸出低電平的噪聲容限,可以通過降低信號源內(nèi)阻的方法來實現(xiàn),使用放大倍數(shù)為1的電壓跟隨器,可以使單片機控制系統(tǒng)的效用更加的明顯。
(三)外圍擴展存儲器的抗干擾
在對單片機控制系統(tǒng)的抗干擾進行實施時,應(yīng)該按照多元化的模式進行,單一技術(shù)手段的實施,雖然可以暫時性的對抗干擾能力提高有著明顯效果,但是長期的應(yīng)用,會使得控制系統(tǒng)的抗干擾能力下降,不利于單片機控制系統(tǒng)長期穩(wěn)定的運行。外圍擴展存儲器的抗干擾手段是促進單片機控制系統(tǒng)穩(wěn)定運行的重要組成部分,在實施外圍擴展存儲器的抗干擾手段時,首先要控制數(shù)據(jù)線、地址線、控制線的長度,讓其盡量變短,這樣能減少對地的電容。然后要加粗電源線和地線,走線時盡量要短,這樣才能使外圍擴展存儲器的抗干擾能力得到有效提升。
四、結(jié)語
對于單片機控制系統(tǒng)的抗干擾能力來說,要綜合考慮硬件和軟件技術(shù)想結(jié)合,這樣才能使得單片機控制系統(tǒng)的抗干擾能力得到有效加強,同時還要針對開發(fā)的成本和軟件的穩(wěn)定性去綜合進行考慮,選取合理科學(xué)的抗干擾方式方法,促使我國單片機控制系統(tǒng)更加的穩(wěn)定。我國在單片機控制系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計方面,正在不斷的改進,通過突破自身的局限性,現(xiàn)如今已經(jīng)取得了比較好的效果,相信通過我國對于單片機控制系統(tǒng)的不斷研究,我國的單片機自動控制系統(tǒng)的抗干擾能力會不斷的加強。
參考文獻:
[1]黃啟鋒,郭麗花,林有希,溫發(fā)林. 單片機控制系統(tǒng)軟件抗干擾方法的研究[J]. 中國農(nóng)機化學(xué)報,2016,37(02):214-217+222.
[2]鄒超然. 單片機控制系統(tǒng)抗干擾設(shè)計[J]. 黑龍江科學(xué),2019,10(02):72-73.
[3]苑曉晨,武建偉,王新鑫,樊建勛. 單片機在自動控制系統(tǒng)中的可行性分析[J]. 湖北農(nóng)機化,2019(12):84.