单片机系统抗干扰技术研究

摘　要：集成电路的发展使得单片机的应用逐渐扩展到各个领域。但是实际中存在的各种干扰问题严重影响了单片机功能的发挥。因此，单片机抗干扰能力的强弱是单片机系统设计中必须考虑的重要课题。本文通过对单片机主要的干扰源及其危害进行分析，从硬件和软件两方面来探讨单片机系统的抗干扰技术。

关键词：单片机系统；抗干扰；技术；硬件；软件
　　单片机别称微控制器，是把一整套的计算机系统集成到一块芯片上，具有质量轻、体积小、成本低、易开发与应用等优点。因此，单片机在我们日常生活中的应用十分广泛，已经渗透到通信设施、导航系统、电器以及程控玩具等多个领域。但是当下的生活环境，单片机的运行必然受到各种干扰，这些干扰会使单片机在运行中出现失误甚至系统失灵，造成极大损失，因此，单片机系统的抗干扰能力和技术一直是受关注的重要课题。
一、单片机系统主要干扰源及其危害
1、单片机系统主要干扰源
　　单片机易受干扰与其结构组成有很大关系。单片机一般由信号检测、信号处理与控制、信号驱动、系统交互以及显示五大部分组成，不仅包含了各种传感器、继电器、接触器、电磁阀，而且还有各种集成电路和多种耦合器件、执行器件、显示器件等。这种复杂的结构导致单片机极易受到内外干扰源的干扰。单片机系统自身运行产生的放电、高频振动等噪声和电磁波以及外部环境中的各种电磁波、信号等都会对单片机系统产生干扰。干扰源产生的干扰主要通过耦合通道对单片机系统产生作用。主要的耦合方式有：
（1）直接耦合。直接耦合是单片机干扰最普遍的方式。这种方式主要是干扰信号通过导线直接传到被干扰线路中而对单片机的电路产生干扰。
（2）公共阻抗耦合。这种耦合方式发生的条件是一个电源电路对几个电路供电时，当电源不是理性的内阻抗为零的电压时，则起内阻抗就成为几个电路的公共阻抗。只要其中某一电路发生变化，便会使其他供电电压发生变化。
（3）电容耦合。又称静电耦合或是电场耦合。主要是电位变化在干扰源和干扰对象之间产生的静电感应。
（4）电磁感应耦合。磁场存在于任何载流导体周围，若是交变磁场，则会对周围的闭合电路产生感应电势。在设备圈内部如果线圈或变压器漏磁则会产生很大干扰，在设备圈外，当三根导线在长区间架设时也会产生干扰。
（5）辐射耦合。电流流经导体会在导体周围产生电力线和磁力线，并发生高频变化，从而形成在空间传播的电磁波。电磁干扰是种无规则的干扰方式，很容是通过电源线传到单片机系统中。此外，当信号传输线路较长时，电磁场能够辐射干扰波和接收干扰波，称为天线效应。
（6）漏电耦合。相邻的元件和导线间的绝缘电阻降低时，会导致信号通过这个降低了的绝缘电阻耦合到逻辑元件的输出端，从而形成干扰。
2、干扰造成的危害
　　单片机系统受到干扰后造成的危害和影响是多方面的。首先，会使数据采集的误差加大。当干扰侵入到单片机系统的的信号接收通道上，叠加在原有信号之上，会使数据采集的误差变大，甚至干扰信号淹没应该接收的信号。其次，导致程序运行失常。干扰的作用会使输出误差加大，进而导致逻辑状态改变，控制失常，表现为失灵、死机、系统被控对象误操作、状态啊不稳定等。再次，导致硬件控制失灵。
二、单片机系统抗干扰技术
　　鉴于单片机干扰源的来源即有外部的因素，也有内部的因素，因此，在研究单片机抗干扰技术时，应从单片机硬件与软件两方面着手，进而综合两方面的技术措施，真正起到抗干扰的作用。
1、硬件抗干扰技术
（1）合理选择元件与硬件产品
　　对于单片机硬件的选择，不仅要考虑硬件的配置、存储容量等，更要选择抗干扰性能较强的单片机。因外时钟是高频的噪声源，对系统内外都会产生干扰，因此应尽量选用低频率的单片机。
（2）隔离与屏蔽技术
　　隔离和屏蔽是单片机常用的抗干扰技术。信号隔离就是使用光电隔离器件将单片机的输入输出端分隔开。这种做法一方面能够有效的阻止干扰信号进入单片机系统，另一方面单片机本身产生的噪声也不会以传导的形式传播出去，防止了二次干扰。屏蔽则是针对噪声很大的部件进行空间辐射的隔离。一般采用铜或铝等导电性能好的金属制作屏蔽盒，破坏电场干扰途径并发挥屏蔽作用。
（3）过压保护电路的使用
　　在单片机的输入输出通道中，要采用过压保护电路，避免因高电压造成的系统伤害。过压保护电路一般由限流电阻构成。限流电阻的选择要合理，过小则会对有效信号产生限幅效果，从而信号失真。过大则造成信号衰弱。
（4）减少部件之间的干扰
　　在单片机系统中，可以充分利用双绞线来控制系统运行中出现的信号长线传输问题。双绞线的抗干扰能力很强，能够使各个小环路上的电磁感应干扰实现相互抵消。而且双绞线的分布电容距信号源十分近，不仅能起到积分的效果，而且能对电磁场产生一定的抑制效果。
2、软件抗干扰技术
（1）软件“看门狗”技术
　　单片机系统受到干扰会容易造成程序失控，导致程序进入死循环状态。使用“看门狗”技术，能够有效的抑制这种情况的发生。“看门狗”，其实是一个环形中断监视程序。一旦单片机系统进入死循环状态，“看门狗”的监视系统将会使得程序强迫返回到0000H处，并且在此处设置错误处理程序，从而使系统能够继续运行，并返回到正常的程序中。
（2）运用指令冗余技术
　　运用指令冗余的主要方法是：在正常的指令之后，要插入一部分NOP指令，或者是将有效字节进行重写。在运用了指令冗余技术之后，不但能够让跑飞程序纳入到正规流程，而且还能有助于消除单片机系统要面对的随机干扰，进一步提高系统的可靠性。
（3）采用软件陷阱
　　软件陷阱，就是指用引导指令将捕捉到的各种乱飞程序重新引到复位入口地址0000H处，并在该处转到专门对程序出错开展处理的程序，从而让程序纳入正规流程。使用方法是在程序存储器的未使用区域中加入几条空操作指令和无条件跳转指令。无条件跳转指令都会转向复位入U的地址。
参考文献：
[1] 何立民．机应用系统抗干扰技术[M].北京：北京航空航天大学出版社，2000．
[2] 刘振复．微型机应用系统抗干扰技术[M]．北京：人民邮电出版社，2000． 本文链接：http://www.qk112.com/lwfw/jsjlw/jisuanjiyingyong/242388.html