淺析單片機應用系統抗干擾技術

摘 要：盡管干擾源不能對單片機的應用系統中的硬件造成直接的損壞，但卻常常使計算機不能正常運行而導致控制系統失靈，導致設備損壞及生產事故的發生。所以，為了能夠確保在實際的應用中，單片機能夠穩定的工作，從設計單片機時就要考慮到其對抗干擾技術的要求。

關鍵詞：單片機；應用系統；抗干擾技術

中圖分類號：TP368.11 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2014） 18-0000-01

隨著工業控制技術的進步，憑借高性價比的優勢，單片機應用系統開始越來越多的替代了模擬式的控制系統，并廣泛的被應用到各個領域。然而，在單片機被應用的現場存在著很多的干擾源，對單片機的工作造成了很大的影響，這就導致原本在實驗室中已設置好的，符合安裝調試設計要求的控制系統在進行現場置入后卻不能穩定的正常工作。盡管這些干擾源不能對硬件造成直接的損壞，但卻常常使計算機不能正常運行而導致控制系統失靈，導致設備損壞及生產事故的發生。所以，為了能夠確保在實際的應用中，單片機能夠穩定的工作，從設計單片機時就要考慮到其對抗干擾技術的要求。

一、干擾源以及干擾途徑和引起的后果

（一）干擾源及干擾的途徑

1.應用系統本身的干擾源和干擾途徑。由于在對系統進行設計時對有些問題考慮不充分，因此應用系統本身存在著干擾源，例如，元器件的布局不夠合理、電路工作不穩定、元器件的質量較差等等，都會造成半導體散粒噪聲干擾、電阻熱噪聲干擾、接觸噪聲干擾，以及過程通道干擾和公共電阻形成的干擾等等。并且以上的那些干擾現象還會由于流動元器件電流的增加而變得越來越明顯，噪聲電流也會因為系統本身的電路及通道而對系統造成影響，使得系統控制的精度降低。

2.電磁干擾源和干擾途徑。在工業現場，對電磁造成干擾的干擾源有很多，例如多次復燃動力斷路器斷弧、電磁鐵線圈電感與分布電容的諧振，以及大電流電弧的電磁輻射、工頻輸電線附近所存在的強大交變電場等等，加上磁場和來自于太陽等天體輻射所出現的電磁波、雷電以及地磁場的改變都叫電磁干擾。利用導線或者是回路間的互感耦合和電容耦合，干擾信號能夠進入到控制系統中，所帶來的輕微后果是導致控制系統出現誤差，嚴重會使控制系統不再正常的工作。

3.供電系統對單片機造成的干擾。因為在工業現場，運行中的大功率設備較多，尤其是當大感性負載設備啟動和停止時，都會引起電網電壓的大幅度下陷和浪涌，甚至有時還可能出現很長時間的欠壓、過壓以及較短時間的尖峰電壓，這樣就使得他們非常容易的以線路進行傳輸的方式通過電源線進到控制系統中，而其中，過壓干擾是對單片機控制系統造成后果最為嚴重的干擾源。

（二）干擾所引起的后果

這些干擾源所引發的干擾通常能夠是控制系統的程序\"跑偏\"，導致\"死機\"狀態，從而使采集的數據誤差增大或者造成數據發生改變，系統的控制狀態失靈，被控對象出現操作錯誤等不穩定現象。

二、單片機應用系統中的抗干擾技術

本文中要介紹的是單片機應用系統中的待機抗干擾技術、硬件抗干擾技術和軟件抗干擾技術。

（一）待機抗干擾技術分析

當單片機應用系統中的主控系統結構中部分系統處在待機的狀態時，單片機系統里的其它的部分結構系統在運行過程中就會受到較小的干擾影響。對于這種待機狀態引起的干擾在單片機系統的實際應用中已經實現了抗干擾影響技術。例如，51系列CHMOS型號的單片機，在其進行實際的運行時，因為單片機設備自身具備待機的工作方式，因此可以在其待機的狀態時確保定時器或者是計數器，還有中斷系統能夠將工作繼續運行下去，這時對于系統運行中出現的干擾影響，單片機的CPU就不會出現任何反應，進而在較大程度上降低了待機干擾信號給系統運行所帶來的干擾影響。

（二）硬件抗干擾技術

在對單片機的系統進行設計時，首先應采取的措施就是硬件抗干擾技術。由于硬件抗干擾技術不僅能夠對干擾的傳輸通道進行阻斷，同時還能夠對干擾源進行有效的抑制。主要措施是通過對相關的元件進行選擇來對電源干擾進行抑制和阻止。單片機系統一般采用的是直流電源，所以電流通常是在經歷了整流、穩壓和變壓之后的相關處理才可以得到電源，因此很容易使系統受到電網上的電壓的干擾。因為交流電源之間可以相互共享，因此各個電子設備之間就會出現相互干擾，所以實現直流電源的抗干擾技術是抗干擾技術中非常重要的一項任務。此外，如果很多個感性電器設備出現被切斷的狀態時，也能引起較大的電壓變化，還會出現瞬間噪音，這樣就能干擾到單片機的正常工作。此外，在晶閘管出現斷電狀態時就會引起一個高次諧波的大電流，它能夠產生較大的電壓降，影響電網電壓，進而干擾到單片機件也越來越多，其中有的元器件很容易遭到干擾，而有的元器件盡管還能夠使用，但是其性能依舊不高。所以，在對關鍵的元器件進行選擇的時候，例如在對單片機進行選擇的時候，雖然單片機的相關配套的硬件要進行考慮外，還要考慮硬件的抗干擾的能力如何。例如，對于外部時鐘來說，不管是系統內還是系統外，都會出現很大的干擾噪聲源，所以，在對基本的需求進行滿足的情況下，應盡量選取那些頻率不高的單片機。

（三）軟件抗干擾技術

因為干擾信號的出現是復雜多樣的，而且造成干擾的原因也有較大的的隨機性，因此雖然已經應用了硬件抗干擾技術，但不能夠確保單片機系統就是完完全全的處在非常穩定的運行狀態。所以，在進行硬件抗干擾的同時，還需要采用軟件抗干擾技術，對硬件抗干擾技術進行適當的補充，這樣不僅可以較好的對系統被干擾進行預防，同時因為軟件抗干擾技術具備耗費低、比較靈活等優點，使得在系統中軟件抗干擾技術應用的比較廣泛。例如，在單片機系統實際的運行當中，比較普遍的抗擾軟技術還有“看門狗”軟件抗干擾法，它主要是因為在系統的運行中出現的“跑飛”程序導致的系統癱瘓或者死循環問題，而通過對“看門狗”軟件在應用系統中進行運用，能夠控制或減小跑飛程序所帶來的干擾影響。

總之，在對單片機的應用系統進行設計時，抗干擾設計是其中不能缺少的重要部分。對于處于主動狀態的硬件抗干擾，以及被動狀態的軟件抗干擾來說，因為干擾的因素和環境復雜多樣，這樣就必須在對單片機的應用系統進行設計時要具體的分析情況，選擇針對性比較強的干擾措施。

參考文獻：

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