單片機(jī)應(yīng)用中的抗干擾技術(shù)和方法研究

摘 要：在單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)當(dāng)中，單片機(jī)的抗干擾技術(shù)和方法是要求注意的一個(gè)重大問題，這是由于它直接關(guān)乎單片機(jī)應(yīng)用的可靠性與穩(wěn)定性。為此，本文了論述了單片機(jī)的抗干擾技術(shù)和方法，其中包括單片機(jī)的硬件抗干擾技術(shù)和方法以及單片機(jī)的軟件抗干擾技術(shù)和方法。

關(guān)鍵詞：單片機(jī)；抗干擾；硬件；軟件；技術(shù)；方法

中圖分類號：TP368.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-7712 （2014） 04-0000-01

在多個(gè)領(lǐng)域和行業(yè)，單片機(jī)都被普遍地應(yīng)用，其中有通訊、醫(yī)療器械和工業(yè)控制等，這就要求比較高的單片機(jī)穩(wěn)定性和可靠性。隨著單片機(jī)類別的日益增多，它的功能也日益強(qiáng)大和健全，其中，設(shè)計(jì)硬件也變得簡單化。然而，盡管在實(shí)驗(yàn)室當(dāng)中所設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)跟設(shè)計(jì)需要是相符合的，可是在實(shí)際投入應(yīng)用的過程中，控制系統(tǒng)往往難以可靠和穩(wěn)定地運(yùn)行，為此，單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性設(shè)計(jì)是非常關(guān)鍵的。而決定單片機(jī)系統(tǒng)的因素是多樣性的，其中抗干擾性是一項(xiàng)重要的指標(biāo)。抗干擾是指對于干擾侵入的方式、侵入的位置、傳播途徑和產(chǎn)生的性質(zhì)實(shí)施一定的技術(shù)和方法來取消，進(jìn)而確保單片機(jī)系統(tǒng)能夠穩(wěn)定和可靠地工作。

一、單片機(jī)硬件的抗干擾技術(shù)和方法

（一）印制電路板技術(shù)

印制電路板的大小應(yīng)當(dāng)是符合的。倘若使用太大的線路板，印刷線條長，那么就會增加印制電路板的阻抗，抗噪聲比較弱，也需要較高的成本；太大的印制電路板不具有理想的散熱效果，且盡可能地應(yīng)用多層次印制板，確保接地網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)良，使得電位差減少。在安排器件時(shí)需要把有關(guān)的器件靠得近一些，較大噪聲的電路需要跟主機(jī)電路隔得遠(yuǎn)一些，注意發(fā)熱大的器件的散熱，需要在印制板的邊緣放置I/O 驅(qū)動器，需要避免元器件的互相平行，進(jìn)而使得寄生耦合減少。在布線上，使用比較短的單片機(jī)系統(tǒng)電路連接，對容易遭受干擾的線路進(jìn)行保護(hù)；直流電路分開安排；需要垂直交叉安排雙面布線印制電路板的兩面線條，進(jìn)而使得電磁場的耦合減少。在接地系統(tǒng)當(dāng)中是較難公用交流地與信號地的，為了避免電源的干擾性，需要分開設(shè)計(jì)模擬地和數(shù)字地，進(jìn)而有效地連接電源端口地線。在設(shè)計(jì)多級電路的過程中需要對多級動態(tài)電流進(jìn)行全面地思考，避免出現(xiàn)接地阻抗的相互耦合。需要在工作頻率低的過程中使用1MHz，接地通過一點(diǎn)；而在工作頻率比較高的過程中使用多點(diǎn)接地，并且盡可能地應(yīng)用大的接地線直徑。

（二）屏蔽和隔離

由電路上隔離易受干擾的部分與干擾源，只是確保場地和監(jiān)控設(shè)施的信號聯(lián)系，不出現(xiàn)電的聯(lián)系。切斷干擾通道，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)隔離場地干擾的目的，這是隔離的實(shí)質(zhì)。通常來講，單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)有強(qiáng)電控制系統(tǒng)與弱電控制系統(tǒng)，一般是隔離強(qiáng)電與弱電，這有利于操作人員的安全以及設(shè)備和系統(tǒng)的可靠性。其中，布線隔離、繼電器隔離，光電隔離等是隔離的常用手段。光電隔離是典型的信號隔離室。通過光電隔離器件隔離開單片機(jī)的輸出輸入，這樣不但能夠傳播單片機(jī)系統(tǒng)的噪音，而且單片機(jī)系統(tǒng)中也無法進(jìn)入干擾信號。

（三）抑制過程通道干擾

通過借助電耦合對干擾進(jìn)行抑制。光電耦合的應(yīng)用，有效地聯(lián)系了主機(jī)電路、主機(jī)u后向與前向的通道電路，進(jìn)而避免了由通道到達(dá)主機(jī)的干擾，與此同時(shí)，對共地干擾是有利的；雙絞線的傳輸可以將一系列小環(huán)路的電磁感應(yīng)干擾消除，且對共模噪音與電磁干擾進(jìn)行印制；匹配長線傳輸?shù)淖杩梗杩挂种菩枰邆湎嗤盘栐吹膫鬏斁€性阻抗和輸出阻抗，不然信號傳輸線就會出現(xiàn)反射的情況，進(jìn)而使得所傳輸?shù)男畔⑹д妗?/p>

二、單片機(jī)軟件的抗干擾技術(shù)和方法

（一）睡眠狀態(tài)

睡眠狀態(tài)是一些單片機(jī)系統(tǒng)所具備的，在睡眠的情況下，只有中斷系統(tǒng)、計(jì)數(shù)系統(tǒng)和定時(shí)系統(tǒng)是運(yùn)行著的。這個(gè)時(shí)候，系統(tǒng)CPU不不能夠反應(yīng)系統(tǒng)中三總線所出現(xiàn)的干擾，這使得系統(tǒng)對擾的敏感性降低。在單片機(jī)當(dāng)中，在很大程度上，CPU是執(zhí)行循環(huán)檢查程度與等待的指令。因?yàn)檫@個(gè)時(shí)候的CPU處于睡眠狀態(tài)，在需要的時(shí)候借助中斷系統(tǒng)來喚醒，在完成任務(wù)之后再進(jìn)行睡眠狀態(tài)。由于CPU具備一般以上的時(shí)間睡眠，進(jìn)而減少了CPU所受到的干擾，與此同時(shí)，也使得CPU的功耗降低。

（二）軟件陷阱的設(shè)置

將一些用以攔截彈飛程序的程序段加入到程序當(dāng)中，就是軟件陷阱。它能夠把將程序強(qiáng)制性地往一個(gè)地址轉(zhuǎn)向，這個(gè)地址具備出錯(cuò)處理程序。倘若以“ERR”作為出錯(cuò)處理程序的入口標(biāo)號名稱，那么一般的軟件陷阱是由LJMP ER、NOP，以及ERR組成。如果攔截了彈飛程序，就會迅速地往錯(cuò)誤處理程序轉(zhuǎn)向。能夠在四個(gè)位置安排軟件陷阱：一是程序區(qū)，軟件陷阱不可以任意地分配在通常的程序當(dāng)中，然而一些跳轉(zhuǎn)指令會出現(xiàn)在正常程序當(dāng)中，軟件陷阱應(yīng)用在這些指令之后能夠?qū)楋w至跳轉(zhuǎn)指令的操作數(shù)上的出錯(cuò)程序捕獲；二是表格，將軟件陷阱分配在EPROM當(dāng)中的表格能夠避免軟件彈飛；三沒有應(yīng)用過的ROM空間，將一個(gè)陷阱進(jìn)行隔斷設(shè)置能夠捕獲彈飛到這片區(qū)域的出錯(cuò)程序；四是沒有應(yīng)用過的中斷向量區(qū)。干擾能夠讓沒有應(yīng)用過的中斷開放且將中斷激活，將軟件陷阱設(shè)置在這里可以對錯(cuò)誤中斷進(jìn)行及時(shí)地捕獲。

（三）指令冗余技術(shù)

內(nèi)部程序計(jì)數(shù)器-PC的值是單片機(jī)最容易遭受干擾的。在遭受比較強(qiáng)的干擾的過程中，PC值會發(fā)展變化，而變化之后的值是不確定的。這樣CPU就把程序跑飛到ROM當(dāng)中的一個(gè)地址，在PC值飛到用戶工作程序ROM區(qū)域的過程中，能夠借助指令冗余技術(shù)將程序步入正軌。具體的做法是：將一條或者是兩條NOP指令插入節(jié)指令前；中每隔若干條指令，一條NOP指令；流向起決定意義的指令。

三、結(jié)束語

綜上所述，隨著單片機(jī)應(yīng)用的普遍性，要求越來越高的穩(wěn)定性，為此，務(wù)必實(shí)施抗干擾的技術(shù)和方法。硬件與軟件抗干擾技術(shù)和方法的應(yīng)用，能夠確保單片機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定和可靠工作。當(dāng)然，單片機(jī)的抗干擾技術(shù)和方法屬于一項(xiàng)復(fù)雜化的綜合性工程，還需要在實(shí)際的工作當(dāng)中持續(xù)地總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，對單片機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、硬件與軟件進(jìn)行全面地分析和探索，從而設(shè)計(jì)出更加穩(wěn)定和可靠的單片機(jī)系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]王偉.軟件抗干擾在單片機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[J].機(jī)械管理開發(fā)，2010（03）.

[2]曲輝，葛麗娟，張海軍.提高嵌入式系統(tǒng)可靠性軟件抗干擾措施[J].內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2009（01）.

[作者簡介]馬艷艷（1984.03-），女，河南新鄉(xiāng)人，助教，研究方向：單片機(jī)；孫利芳（1983.05-），女，河南新鄉(xiāng)人，助教，研究方向：電子。