短波發射機中單片機應用系統的抗干擾措施

寧建英

摘 要：隨著我國廣播電視技術的飛速發展，單片機系統在廣播發射機系統的作用越來越大，諸多短波發射機的數字化改造中都使用了單片機系統，由于自身和周圍存在著大量的干擾源，會對單片機系統造成巨大的威脅，因此，提高系統的抗干擾能力至關重要，文章從單片機的硬件和軟件方面給出了具體的抗干擾措施。

關鍵詞：短波發射機；單片機；抗干擾措施

在大功率短波發射機的數字化改造中常用單片機來作為數據采集和處理的核心器件，由于功率較大的短波發射機機房內存在著諸如電網干擾、高頻、噪聲等因素的影響，勢必會對單片機應用系統的穩定性和可靠性造成影響，因此，需采取些相應措施消除這些干擾，以確保單片機系統免受諸多干擾的影響，本文通過介紹單片機系統中硬件抗干擾和軟件抗干擾方面的相關措施，以減少各種干擾信號對單片機系統的影響。

1 硬件抗干擾措施

1.1 過壓保護電路

通過在長輸入信號通道上安置過壓保護電路，可阻止高壓進入單片機應用系統，該保護電路由限流電阻和穩壓管構成。限流電阻要選擇得當，過大會導致信號衰減；過小失去了保護作用，穩壓管同樣適度選擇，通常穩壓管的穩壓值要略微最大傳輸信號的電壓值，若穩壓值過小會導致信號失真。

1.2 光電耦合隔離

在長線輸入與輸出信號傳輸中，通常采用光電隔離器進行光電耦合隔離，在單片機與電路中的傳感器、開關、繼電器間進行光電隔離，從而有效抑制了各種干擾信號進入單片機系統。光電隔離器有兩個方面的作用：①用于隔離被控對象通過前向和后向通道對單片機造成干擾；②作為驅動隔離器，用于驅動長線輸入和輸出的信號并抑制各種過程通道的干擾。

1.3 阻止單片機與FPGA傳輸線路干擾

單片機輸出信號經過較長線路的運輸后因干擾的影響導致信號出錯，在短波發射機單片機系統中，由單片機發出的信號需經過FPGA處理后送達驅動電路，由于FPGA對單片機送入的系統難于分辨，會因動作有誤使控制系統出現故障，為免受故障發生可將單片機系統與FPGA布置在同一電路板上，同時軟件方面也采取相應的抗干擾措施，諸如若縮短單片機指令信號的循環周期，使FPGA接收到被干擾信號后還未來得及反應又一正確信號送至FPGA，從而有效的阻止了此類干擾。

1.4 去耦電容配置

為提高單片機系統的抗干擾能力，需在印刷電路板的關鍵部位配置去耦電容。電源輸入端應接有10～100μF的電解電容器，原則上要求每個集成電路芯片上均應安置一個陶瓷電容，考慮到電路板的空隙狹小，可每4～10個芯片間安置一個鉭電容器，對于抗噪聲能力較弱、關斷時電流變化較大的器件和存儲件，可在芯片的電源線和地線間直接接入去耦電容，且電容線的引線不應過長。

1.5 屏蔽和接地

將單片機系統安在金屬盒的屏蔽體中即可使其免受電磁波的干擾，屏蔽體的一點務必要接地。接地作為抑制干擾的重要方法，在低頻電路中，地線采用單點并聯接地；在高頻電路中，地線則采用多點串聯接地，同時數字地和模擬地要分開設計，地線應加粗到允許通過電流的三倍以上，為了減少地線上的電位差，接地線應構成回路，從而提高了單片機應用系統的抗干擾能力。

1.6 電源抗干擾

由于單片機系統中的諸多干擾均是由電源耦合進來的，因此，抑制電源耦合引起的干擾至關重要?？刹捎孟旅娴姆椒ǎ合到y電源選用照明電源；通過隔離變壓器、低通濾波器、光電耦合器將交流電網地和設備地隔離開來；使用干擾抑制器將尖峰電壓中的能量分配到不同的頻率上，抑制尖峰干擾的影響；使用瞬間電壓抑制器保護器件，其兩極受到反向瞬態高能量的沖擊時，可將兩極間的高阻抗變為低阻抗，從而使抑制器兩極間的電壓嵌位于一個預定值，可使線路中的器件免受電網干擾的影響。

2 軟件抗干擾措施

2.1 待機抗干擾

MCS-51單片機具有待機工作方式，該工作方式是由專門的寄存器PCON中的有關位來控制，當IDL置1的指令執行完后，單片機進入待機工作方式后，提供給CPU內部的時鐘信號被中斷，但時鐘信號仍可提供給定時/計數器、串行口等，確保其正常工作。該種工作方式，CPU的全部狀態得以保留，同時不會對單片機系統三總線中的干擾信號做出敏感的反應，從而使CPU免受隨機干擾的威脅。

2.2 指令冗余

若CPU受到干擾，會將一些操作數誤當作指令碼來執行，造成程序混亂，因此需將程序引入正軌。通過AT89系列單片機進一步說明，由于該系列單片機指令均小于等于3B，并有諸多的單子節指令。若“跑飛”的程序落到單子節指令上，即可自動納入正軌。若“跑飛”的程序落到雙字節或三字節指令上，也可能會落到操作數上，為避免再次出錯，可在較為關鍵的位置插入單子節指令或將有效的單字節指令重復書寫，此即為指令冗余。將2條單字節指令插入到雙字節或三字節指令后，便可使程序運行走上正軌，為了不致影響程序正常運行的效率，插入2條單字節指令既能滿足。

2.3 軟件陷阱

指令冗余僅對程序落到程序區時有效，對落到非程序區的程序則不起作用，針對這種情況就需要設立軟件陷阱。軟件陷阱作為一條引導指令強行將捕獲到的程序引向一指定的地址，會對出錯的程序進行處理。該方法通過在非程序區設置攔截措施，在“跑飛”的程序落入到非程序區時，程序即可落入陷阱，便可使程序走上正軌。該軟件陷阱通常設立在未使用的大片ROM區、未使用的中斷向量區、表格區以及程序區。

2.4 軟件看門狗

對于沒有落入軟件陷阱和冗余指令中的程序，會形成一個死循環，可通過軟件啟動單片機中的看門狗（監視定時器）使系統復位。該方法只需小于64K狀態周期的時間即可使計算機恢復正常，注意需要利用軟件定點使看門狗復位一次。

3 結束語

本文詳細闡述了單片機系統硬件和軟件抗干擾方面的諸多措施，針對不同的干擾信號采取了相應的抗干擾措施，實踐表明，這些措施滿足了單片機應用系統的既定要求，從而大大提高了單片機系統單片機應用系統的穩定性和可靠性，希望對以后相關發射機的改造提供一定的經驗。

參考文獻

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