單片機系統應用開發中電磁干擾的解決

摘 要：文章對單片機系統應對電磁干擾的問題提出了抑制電磁干擾的解決方案。并對電磁兼容對抗電磁干擾的措施做了全面分析，大大提升了單片機系統的可靠性和穩定性。

關鍵詞：單片機；電磁干擾；解決方案；電磁兼容

0 引言

隨著電子產品的日益豐富，以計算機為代表的電子產品在日常生活中的應用中越來越廣泛。單片機系統是一個較復雜的電子系統，由于它所處的電磁環境較惡劣，因此單片機在工作中，系統經常受到內部和外部的干擾，而為了解決單片機受電磁的干擾，提高系統工作的穩定性和可靠性，我們提出了單片機系統電磁兼容的解決方案。

1 電磁兼容的概述

電磁兼容是指在不損害信息的情況下，干擾信號可以與有用信號共同同在。換言之就是系統在預期的電磁環境下，在較強的電磁干擾環境下不受電磁干擾的影響，又對其環境周邊的設備不產生超出國家規定范圍的干擾值。所以要抑制電磁干擾源對單片機系統的影響 ，盡量減少系統對外產生的電磁輻射。

為了保證單片機系統具有很好的兼容性，縮短研制周期，降低成本，我們應該清楚電磁兼容的設計原則。它包括以下三個方面：（1）抑制噪聲源，從根本上消除或減弱噪聲的傳播；（2）盡量消除噪聲源與受干擾的系統之間的輻射；（3）提高系統中易干擾元件的抗干擾性，降低系統對電磁噪聲的敏感度。

2 電磁干擾的干擾源

當單片機含有以下三種系統時容易受到電磁干擾：1）單片機時鐘頻率很高，而且總線周期特別快的系統；2）包含有類似于大電流開關的系統；3）含有微弱模擬信號電路的系統。而這些系統往往又會因為受到電磁干擾源、耦合途徑、敏感設備等因素產生干擾。因此只要對其中任何一個因素進行有效的控制，就能解決電子干擾的問題，所以我們首先要找出單片機系統受電磁干擾的干擾源。

（1）在電磁環境中易受干擾的是單片機的低電平傳送信號，而影響信號的主要來源有系統中的電源、晶振、模擬電路和數字電路等。所以要在設計中尤其注意這些因素。

（2）電磁能量干擾是單片機系統受干擾的主要干擾源，而這種干擾源也可分為內部干擾源和外部干擾源。

1）內部干擾源。由印制電路和電板之間形成的相互干擾時內部電源干擾，內部電源干擾產生的原因是由于系統內部印制電路板設計走線不合理，元器件布局不正確及接地等。

2）外部干擾源。受電磁波和電磁場產生的干擾源是外部干擾。而他們主要是通過電源進入單片機系統。

3 抑制電磁干擾的措施

應對電磁干擾的措施有很多種，而一般的單片機應用系統中常用到的抗干擾措施有兩種，分別為硬件措施和軟件措施。而硬件抗干擾措施也是最容易最有效的措施，所以應優先考慮。

3.1 硬件措施

（1）抑制干擾源。在整個系統中，可以采用并聯干擾源兩端電容，或在干擾源回路時采用串聯電感的措施，來解決干擾源的電壓或電流變化幅度較大，且維持的時間較短的問題。還可以采用屏蔽材料將電磁干擾源封閉起來，使其外部電磁場低于允許值，從而抑制干擾源。

（2）精選元器件。元器件是單片機系統的基本重要組成部分。為了確保整個系統的可靠性和穩定性，我們要合理并科學地選擇這些元器件，應該選用集成度高、抗干擾能力強、功耗小的先進電子器件。

（3）增加穩壓器。受外部電磁的干擾主要是通過電源進入單片機系統，因此保證電源的質量，就可以降低電子干擾的一半幾率。所以可以給電源增加濾波電路或穩壓器，從而最大可能減少集成電路對電源的影響。

（4）切斷干擾傳播路徑。還可以通過隔離把外來的干擾通道全部切斷，改善印制電路板的設計與布局，對防止噪聲的產生與傳播。通常采用屏蔽、隔離、接地等措施抑制干擾源的傳播。

3.2 軟件措施

采取上述硬件措施固然可以減少電磁干擾對單片機的影響，但由于電磁干擾信號產生的原因錯綜復雜，具有很大的隨機性和不可預見性，所以要采取一些軟件措施加以補充和彌補。

（1）開機自檢。開機自檢程序是為了保證程序在正式啟動或執行過程中出現的數據丟失或錯誤等及時重寫和更正。

（2）指令冗余技術。當單片機受到很強的干擾時，程序會脫離正常軌跡，出現指令PC值改變及操作碼放入錯誤等，采用冗余技術后，不僅可以使在錯誤軌道上的程序納入正規，而且還有助于消除隨機干擾，在很大程度上提高了其可靠性能。

（3）軟件或數字濾波法。軟件濾波法可以保證系統收集到數據精準度的提高。可以有效地解決周期性的干擾，很大程度地降低了系統隨機干擾對單片機造成的負面影響。數字濾法是通過不用增加硬件設備科多通道共用的程序。可以對低頻信號濾波，具有很好的可靠性和穩定性。

（4）“看門狗”是一種保護手段，單片機在經常受到電磁干擾的情況下，會產生程序無序執行，較嚴重會進入無限死循環狀態而導致單片機死機。“看門狗”的出現就是為了解決這個問題，它按照定時器初始化設定，是在程序出現跑飛的瞬間及時中斷并發出跳轉的指令，從而使程序進入正常軌道。

由此可見，要解決單片機受電磁干擾的問題，還需要硬件與軟件相互結合，彌補不足，才能保證單片機系統穩定的正常運行。

4 結束語

為了保證單片機系統在電磁干擾情況下的正常運行，單片機系統的設計，就必須要考慮電磁的兼容性。而要實現這種兼容性，就要弄清干擾源，切斷傳播路徑，實現硬件與軟件的相結合。這樣既能提高單片機系統的可靠性，又能降低成本。

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作者簡介：余浪英（1967—），男，湖南長沙人，本科，研究方向：電子技術應用。