單片機嵌入式系統的抗干擾技術

楊曉紅

摘 要 在單片機的設計過程中最為重要的環節就是關于抗干擾技術的設計，該技術主要分為軟件技術與硬件技術兩個方面，在具體的設計過程中只有實現這兩種技術的有機結合才能實現更加良好的抗干擾能力。通過這兩個方面的設計可以保障系統的正常工作，即使受到一定的干擾，系統仍然可以處于相對穩定的環境中工作。

關鍵詞 單片機；嵌入式系統；抗干擾技術；發展

中圖分類號：TN713 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）06-0054-01

單片機應用系統是保障產品質量的重要措施，同時也可以在很大程度上提高生產效率。單片機在實際的工作中經常受到各種電磁的影響和干擾，這就對單片機的安全性與可靠性帶來了巨大的挑戰欲威脅。在具體的工作之中，必須保證單片機工作的可靠性與穩定性，否則一旦出現問題將產生十分惡劣的后果，造成不必要的損失。因此，我們應該重視研發和提高單片機嵌入式系統的抗干擾技術，為生產過程保駕護航。本文針對單片機嵌入式系統干擾形式進行了分析，并從硬件抗干擾技術和軟件抗干擾技術兩個方面進行了系統分析與介紹。

1 單片機嵌入式系統及其干擾形式

單片機嵌入式系統的定義為：以應用為中心，以計算機技術為基礎，軟件硬件可裁剪，適合應用系統對功能可靠性、成本、體積、功耗嚴格要求的專用計算機系統。比較簡單的理解可以認為嵌入式系統就是植入單片機內部的，用戶無法直接觀察的計算機系統。

單片機在進行工作的過程中受到干擾是在所難免的，干擾的主要形式分為以下3種。

1）磁場干擾也稱空間干擾，這種干擾的特點是干擾信號以空氣為媒介對系統產生相應的干擾。

2）單片機的過程通道干擾，這種干擾形式在發生的過程中干擾信號的路徑主要依靠后向通道、前向通道以及系統內部相互連接的其他通道。

3）供電系統干擾，這種干擾一般是和電磁信號結合在一起，電磁信號通過供電系統進入應用系統產生干擾，這是最為廣泛和嚴重的干擾形式，干擾發生之后會對單片機的系統產生十分重大的影響，其主要表現為數據采集系統誤差增大，系統控制狀態失靈，系統程序也會發生不同程度的變化。

2 硬件抗干擾技術

硬件抗干擾技術是提高單片機嵌入式系統抗干擾能力中最有效的措施。硬件抗干擾技術可以將干擾傳輸的通道阻斷，與此同時還可以在很大程度上抑制干擾源的干擾作用。在實際的硬件抗干擾技術中較為常用的有：電源抗干擾、屏蔽技術以及去耦技術。

1）電源干擾控制。電源干擾是單片機嵌入式系統中一個十分重要的來源，電源是為單片機提供能源的裝置，他在向單片機嵌入式系統提供能源的同時直接將噪聲加在單片機嵌入式系統嗓、復位線、中斷線以及其他一些控制線路。在提高電源抗干擾能力的過程中我們通常是在電源的變壓器中安裝初級線圈屏蔽層和次級線圈屏蔽層，通過這種方式減少電源內部的脈沖干擾。用壓敏電阻抑制尖峰、浪涌、壓敏電阻兩端的電壓如超過其限定值，電流會迅速增大，呈短路狀態，利用這一特點可以吸收瞬時尖峰、浪涌電壓、壓敏電阻并聯在電源的初次級可有效抑制尖峰浪涌電壓。

2）屏蔽技術。為了提高單片機嵌入式系統的抗干擾能力在實際的工作中我們可以充分的利用屏蔽技術，具體方式就是將單片機嵌入式系統放入金屬質地的箱體之中，通過金屬箱體對電磁的屏蔽作用來抑制箱體外部的的電場與磁場信號，從而提高應用系統的抗干擾能力。另外，我們在對單片機進行設計的過程中應該隔離電源線路和信號線路，避免這兩種線路同時穿入同一箱體或者金屬管內，這樣可以在很大程度上避免干擾，實現更有效的屏蔽。

3）去耦技術。單片機嵌入式應用系統中會有很多數字信號電平轉換的情況發生，這些過程會產生強大的沖擊電流，造成傳輸線路與電源內阻上較大的電壓降，從而對系統產生干擾。為了消除和控制這種干擾，我們在對嵌入式系統設計安裝的過程中應該適當的設置去耦電容，通過這種方式形成去耦電路。去耦電容的安裝對于單片機嵌入式系統的作用是多方面的，其中比較重要的兩個方面是：其一，去耦電容具有一定的蓄能功能，可以收集線路關閉瞬間的充放電能量；其二，去耦技術可以消除旁路期間的高頻噪聲。

3 軟件抗干擾技術

單片機嵌入式系統在工作過程中會產生很多的干擾信號，干擾機理十分復雜，干擾因素也比較多，存在很多的偶然性與隨機性，因此我們僅僅使用硬件技術提高其抗干擾能力是不夠的，還應該提高系統軟件的抗干擾能力，以此來保障單片機嵌入式系統的正常工作。軟件抗干擾技術是硬件抗干擾技術的重要補充，該技術能耗較低，投入較少，在實際的使用中十分廣泛，也對提高單片機嵌入式系統抗干擾能力有著十分重要的意義。

1）系統指令冗余技術。單片機嵌入式系統在工作的過程中如果跑飛的程序在ROM區中工作的時候，我們可以采用指令冗余技術進行調整。在具體的設計過程中，指令冗余技術主要分為兩種：重要指令冗余以及NOP指令的使用。這兩種指令的應用方式與應用場所是不同的，在實際的軟件設計之中我們應該對其具體的工作環境進行分析與討論，根據其工作環境的特點靈活的選用這兩種方式來提高單片機嵌入式系統的軟件抗干擾技術。

2）系統軟件陷阱技術。當跑飛的程序落在非程序區（如EPROM未使用的空間或某些數據表格區），則采用軟件陷阱使程序恢復正常所謂軟件陷阱，就是在非程序區設置一些攔截程序，將失控的程序引至復位入口地址0000H或處理錯誤程序的入口地址ERR，在此處利用LJMP指令，使程序走入正軌。

4 結束語

綜上所述，單片機應用系統在提高抗干擾能力的過程中主要從提高其軟件抗干擾能力與硬件抗干擾能力。本文針對這兩個大的方向中具體的幾個小方向都進行了系統詳細的分析，總結了各個方面提高抗干擾能力的方式與方法，希望這些建議可以對以后單片機嵌入式系統的抗干擾技術的發展與研究帶來一定的啟發。

參考文獻

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