單片機應(yīng)用系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)研究

摘 要：單片機應(yīng)用系統(tǒng)的抗干擾能力技術(shù)包括硬件抗干擾技術(shù)和軟件抗干擾技術(shù)，軟件技術(shù)又包括數(shù)字濾波方法、輸出信號檢測技術(shù)及輸出端口刷新等方法。需要將軟件抗干擾技術(shù)與硬件抗干擾技術(shù)進(jìn)行結(jié)合，能及時有效地避免干擾的發(fā)生。因此，隨著相關(guān)技術(shù)的高速發(fā)展，鑒于單片機抗干擾技術(shù)的重要性，我們更需要注重對抗干擾技術(shù)的研究。

關(guān)鍵詞：單片機；系統(tǒng)軟件；工業(yè)領(lǐng)域；抗干擾技術(shù)；方法；分析

中圖分類號：TP368.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-7712 （2014） 02-0000-01

單片機系統(tǒng)在實際中的應(yīng)用比較廣泛和普遍，抗干擾技術(shù)是單片應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計過程中的重要環(huán)節(jié)。進(jìn)行單片機系統(tǒng)抗干擾技術(shù)與方法的分析研究，有利于提高單片機系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性與可靠性，具有積極的作用和意義。

一、干擾作用對于單片機系統(tǒng)的影響分析

社會經(jīng)濟(jì)水平的進(jìn)步和工業(yè)生產(chǎn)水平的提高，對于單片機系統(tǒng)的大規(guī)模運用和發(fā)展具有相當(dāng)積極的意義，現(xiàn)如今智能化儀表以及相關(guān)的監(jiān)控系統(tǒng)之中也會大量的用到單片機而不再局限于以往的僅在工業(yè)生產(chǎn)這一單一領(lǐng)域應(yīng)用。故而，單片機系統(tǒng)也在大量的使用之下被賦予了更高的期待，其工作過程中的穩(wěn)定性和可靠性也勢必要大大提升。而對于上述性能的影響條件在實際工作過程之中不在少數(shù)，所以說提升系統(tǒng)的干擾性能是實現(xiàn)單片機系統(tǒng)性能的關(guān)鍵所在。就實際干擾單片機系統(tǒng)工作的各種因素分析可知，高頻振蕩干擾、電磁干擾以及浪涌干擾是影響單片機系統(tǒng)不能有效的進(jìn)行可靠穩(wěn)定的工作最主要的原因。上述干擾的來源主要是其系統(tǒng)的工作環(huán)境之中所本身存在的，這不僅僅會使得系統(tǒng)程序發(fā)生紊亂，而且還會使得單片機系統(tǒng)在收集數(shù)據(jù)的過程之中容易出現(xiàn)重大的失誤，甚至使得單片機內(nèi)部的硬件失去控制，若是該應(yīng)用系統(tǒng)之中還包含了音頻或是視頻信號的情況下，那么造成的干擾現(xiàn)象就更加的顯著，失真，串色，串?dāng)_等等現(xiàn)象都有可能會發(fā)生。

二、單片機應(yīng)用系統(tǒng)的硬件抗干擾設(shè)計

（一）供電系統(tǒng)。為了使得電能夠保持穩(wěn)定以避免由于電源系統(tǒng)產(chǎn)生對于單片機的應(yīng)用系統(tǒng)干擾，可以使用交流穩(wěn)壓器，從而避免電源出現(xiàn)電壓過大或者是不足的現(xiàn)象。分別使用低通和隔離兩種變壓器來實現(xiàn)高頻噪聲和工頻兩種的過濾。主機部分的供電和其他部分隔開，通過使用獨立的穩(wěn)壓電路來供電確保不受其他部分干擾，而開關(guān)電源則提供剩余功率的供應(yīng)，如果需要的情況下輸入輸出的供電還可以使用DC-DC模塊來進(jìn)行分隔。

（二）注意印制電路板的布線與工藝。在選取電路板的時候，多層板是一個最佳的選擇，因為多層板從性能上面要更加的優(yōu)秀，通過穩(wěn)定的接地網(wǎng)絡(luò)能有效的避免元件互相產(chǎn)生耦合和與地之間的電位差出現(xiàn)。印刷電路板的過程一定要嚴(yán)謹(jǐn)，其分區(qū)一定要有合理的保證，不論是數(shù)字和模擬電路，還是功率驅(qū)動都不能離的太近，區(qū)與區(qū)之間盡可能的分隔開，尤其是地線絕對不能混用，一定要和各自的電源端連接。走線方式一定要注意，盡可能的不要在焊接面和元件面上出現(xiàn)平行走線的情況，不論是彎曲還是垂直斜交的走線方式都是可以的，這樣可以避免寄生耦合的加?。唤咏膬蓚€導(dǎo)線之間盡可能的控制相互平行的部分的長度，越小越好；而信號線之間盡可能的保持一個較大的距離為宜。對于高頻電路互聯(lián)導(dǎo)線的布線方式，不可以進(jìn)行九十度的折線布線，可以通過圓弧折線或者是四十五度的折線方式來布線，同時導(dǎo)線的長度能短即短為宜。電路板在印制過程之中其送電方式一定要遵循相應(yīng)的規(guī)則，尤其是單點分別接電和接地。三個分區(qū)之中的電源和地線都必須要分開，電源和地線都要用粗線，同時產(chǎn)生噪聲的元器件和不會產(chǎn)生噪聲的元器件一定要盡可能的分開。為了損失的控制電場使其盡可能的接近零值，需要將特殊高速邏輯和振蕩電路都通過地線圍起來。時鐘的使用要在符合系統(tǒng)規(guī)范的情況下盡可能使用低頻率的。輸出的負(fù)載太大的話，輸出的電壓就會降低，這樣的話電壓就可能會達(dá)不到驅(qū)動電壓，這樣的話系統(tǒng)也會產(chǎn)生不穩(wěn)定的現(xiàn)象。

（三）用好去耦電容。好的高頻去耦電容可以去除高到 1GHZ 的高頻成分。陶瓷片電容或多層陶瓷電容的高頻特性較好。設(shè)計印刷線路板時，每個集成電路的電源與地之間都要加一個去耦電容。去耦電容有兩個作用：一是，本集成電路的蓄能電容，提供和吸收該集成電路開門、關(guān)門瞬間的充放電能；二是，旁路掉該器件的高頻噪聲。數(shù)字電路中典型的去耦電容為0.1μF的去耦電容，它有5nH分布電感，它的并行共振頻率大約在7MHz左右，也就是說對于10MHz以下的噪聲有較好的去耦作用，對40MHz 以上的噪聲幾乎不起作用。1μF和10μF電容并行共振頻率在20MHz以上，去除高頻率噪聲的效果要好一些。在電源進(jìn)入印刷板的地方設(shè)置一個1μF或10μF的去高頻電容往往是有利的，即使是用電池供電的系統(tǒng)也需要這種電容。每10片左右的集成電路要加一片充放電電容，或稱為蓄放電容，電容大小可選10μF。最好不用電解電容，原因是電解電容是兩層薄膜卷起來的，這種卷起來的結(jié)構(gòu)在高頻時表現(xiàn)為電感；最好使用鉭電容或聚碳酸醞電容。

（四）使用雙機冗余設(shè)計。在對控制系統(tǒng)的可靠性有嚴(yán)格要求的場合，使用雙機冗余可進(jìn)一步提高系統(tǒng)抗干擾能力。雙機冗余，就是執(zhí)行同一個控制任務(wù)，可安排兩個單片機來完成，即主機與從機。正常情況下，主機掌握著三總線的控制權(quán)，對整個系統(tǒng)進(jìn)行控制，此時，從機處于待機狀態(tài)，等待仲裁器的觸發(fā)。當(dāng)主機由于某種原因發(fā)生誤動作時，仲裁器根據(jù)判別條件，若認(rèn)為主機程序已混亂，則切斷主機的總線控制權(quán)，將從機喚醒，從機將代替主機進(jìn)行處理與控制。

三、軟件抗干擾技術(shù)

正是因為感染信號是因為多方面的因素共同參與產(chǎn)生的，且其具有相當(dāng)?shù)牟淮_定性，故而即便是向硬件之中運用了抗干擾技術(shù)也依然不能確保系統(tǒng)的工作狀態(tài)能夠一直穩(wěn)定。正因如此，還需要通過一些軟件的相關(guān)技術(shù)對硬件技術(shù)的不足進(jìn)行彌補。軟件抗干擾技術(shù)之中有兩種非常重要的方法，分別為對于輸入信號的重復(fù)檢測，以及數(shù)字濾波。在設(shè)計實際使用的單片的過程之中一定要確保在軟件之中做好安全保護(hù)措施以防RAM數(shù)據(jù)缺失，因為單片機系統(tǒng)如果受到強干擾而面臨著無法正常工作的情況下，對于其RAM影響非常大，其內(nèi)部數(shù)據(jù)將很有可能會被破壞。

參考文獻(xiàn)：

[1]馮輝.基于ADuC841單片機的嵌入式系統(tǒng)總體設(shè)計研究[J].硅谷，2011（05）

[2]毛金玲，王慶良，沈青松.單片機抗干擾技術(shù)的應(yīng)用[J].黑龍江科技信息，2010（25）

[3]汪川，樊澤明.基于單片機的日歷時鐘模塊設(shè)計[J].電子設(shè)計工程，2010（12）

[作者簡介]董安龍（1990.10-），男，山東壽光人，曲阜師范大學(xué)本科在讀，研究方向：電子信息。