干擾對單片機的影響及抗干擾技術的應用

孫惠芳

鄭州自動化研究所，河南鄭州 450000

干擾對單片機的影響及抗干擾技術的應用

孫惠芳

鄭州自動化研究所，河南鄭州 450000

單片機被廣泛應用于工業領域，它對生產效率的提高有著重要的作用。但是單片機在運行的過程中可能會呈現出不穩定的狀態，這可能是因為系統的整體設計中存在一定的問題，對單片機造成了干擾。為了保證生產工作的有序展開，需要對這些干擾因素進行細致的分析，并應用技術予以抗干擾處理。文章對單片機可能受到的干擾及其影響進行分析，并對抗干擾技術予以闡述。

干擾；單片機；抗干擾技術

單機片在社會生產中應用的領域越來越廣泛，單片機的優勢在于高集成度、小體積以及較強的可控性，常被應用于儀器或電器設備中。這些設備往往具有智能化的設計要求并包含檢測體系，因而對設備運行的安全性與穩定性有著極高的要求。但單片機在使用中很容易受到元件、信號、設備等干擾源的影響，最終導致儀器或設備在運行中出現故障，影響生產的效率，因此必須利用技術對干擾予以及時的處理，從而提高設備的運行效率。

1 單片機可能受到的干擾及其影響

單片機受到的干擾既有可能來自于內部，也有可能源于外部。干擾的產生與生產的環境與要求有著重要的關系，從總體上來看，干擾可以分為三類，分別是電磁干擾、供電干擾以及其他干擾。

1.1 干擾類型

1.1.1 電磁干擾

工業生產的過程中一般會將電力作為能源供給，因此工業區附近通常都會設有電力輸送系統以及輸電線，各種系統交錯的情況下會形成交變電場以及較大的磁場。再加上雷電運動磁場與太陽輻射磁波的影響，單片機系統的運行就會受到干擾。如果磁場較為普通，那么精度控制就會出現不穩定的情況；如果磁場較為嚴重，那么整個單片機都將無法正常運行。

1.1.2 供電干擾

工廠生產中應用的機械設備大多具有較高的頻率，當設備運行時需要電力上的強大支持。但是生產設備不會在同時運行，因此電壓也會呈現出變化的趨勢，有時會出現用電高峰，有時則會出現過壓與欠壓的現象。由于電壓的反復波動，單片機的運行也不穩定。

1.1.3 其他干擾

除了電磁干擾與供電干擾兩個主要干擾因素外，單片機還會受到很多其他因素的影響，包括噪聲干擾、元器件布局干擾以及電路設計干擾等。以噪聲為例，當噪聲達到一定的分貝后，就會對單片機造成接觸噪聲干擾。噪聲干擾很大程度上來源于單片機系統的內部，如果不予以及時處理，就會造成嚴重的影響。

1.2 干擾影響

無論是哪種干擾，它對單機片的影響都主要包括三個方面，第一，干擾會降低系統的精度，單片機運行中會對數據信號進行采集，若干擾信號在數據信號上疊加就會將數據誤差擴大。若干擾較為嚴重，那么干擾信號就很有可能完全掩蓋單片機采集到的數據信號。第二，干擾較為嚴重的情況下，單片機內用于程序數據存儲的E2PROM、外擴RAM、片內RAM等都有可能受到影響，造成數據的損壞或錯亂。第三，干擾可能會導致單片機系統失常，單片機會出現頻繁的復位，同時其PC值可能也會因干擾而改變，系統內部繼而會出現指令混亂的情況，最終使單片機所執行的都是無效操作，影響生產的順利展開。

2 抗干擾技術的在單片機中的應用

2.1 對系統硬件進行優化

單片機需進行優化的硬件包括CPU與外時鐘等，在選擇CPU時除了要考慮硬件的容量與配置外，還需對其抗干擾的強度予以分析，實踐中發現性能較好的單片機品牌包括AVR系列與摩托羅拉等。外時鐘屬于高頻器件，很容易造成較大的噪聲，對單片機形成干擾。因此在滿足企業生產需求的前提下，應當盡量選擇應用低頻率外時鐘的單片機。

對硬件系統予以優化還可以從對系統的隔離與屏蔽方面入手。隔離與屏蔽是指將容易受到干擾的部分與干擾源隔離開來，切斷干擾通道，避免生產現場與監控裝置產生電的聯系，避免強電與弱電之間發生聯系。隔離的方式包括變壓器隔離、布線隔離、光電隔離與繼電器隔離等，最為常見的隔離方式為光電隔離，這種情況下單片機系統的輸入與輸出會被隔離為兩個通道，從而保證干擾信號不會進入單片機中，而單片機自身的噪聲等也不會對外界造成影響。

另外為了保證抗干擾技術能夠起效，應當對設備進行接地處理。接地處理對噪聲干擾的抑制作用最為突出，它能夠有效的避免內部噪音耦合，同時又可避免干擾從外部侵入。而且金屬外殼的與導體的接地處理也能夠增強設備運行的安全性，保證對雷擊的防范。一般單片機所使用電源的接地被稱為邏輯地，其接地方式包括浮空、相通以及接電阻等，可是實際情況選擇，接地處理要規范，避免與零線或火線混淆。還要注意，如果單片機系統中同時含有數字電路與模擬電路，那么要將二者的接地處理進行隔離，避免相互之間產生干擾。

2.2 對系統電源予以完善

單片機系統中使用的電源為直流電，其來源為城市電網中的交流電，交流電在引入的過程中需經過變壓、整流、濾波以及穩壓等處理，因此單片機系統會不可避免的受到電網的干擾，設備之間也會因為電源而引入干擾，因此對系統電源予以完善處理是十分必要的。對系統電源需進行的抗干擾處理包含以下幾個方面，首先，可以對交流端予以電感電容濾波處理，將低頻或高頻的干擾脈沖予以清除；其次，可以將變壓器上的初級輸入端與電容相串接，將初級與次級線圈之間的屏蔽層與初級電容之間的中心接點做接地處理，將次級外的屏蔽層與印制板地相接；最后，也可以將低通濾波器加諸于次級上，從而將浪涌電壓予以吸收。

2.3 對復位電路進行設計

一般來說，單片機都會存在復位引腳，可幫助系統完成復位，但是電源常常會給復位電路造成干擾，在這種情況下電壓就會降低，復位處的單位會隨電壓降低到低電平狀態，此時系統就會發出復位的指令，單片機停止運行。因此需對復位電路進行一定的設計與改良，可將復位電路RC濾波電路進行串聯，從而對電源波動干擾予以抑制，串聯的位置有兩個，一是大地，二是復位端。

2.4 對布線設計進行改良

布線設計是指印刷線路板方面的設計工藝，如果印刷線路板方面的設計較為合理，那么將提高單片機的抗干擾能力。相關設計應當遵循三個原則，其一要將噪聲源予以控制；其二要將噪聲耦合與傳播盡量減少；其三要將噪聲的吸收減少到最低。

具體來說，印刷線路板可分為三個區域，第一個區域為模擬電路區，模擬電路區為易受到干擾的區域；第二個是功率驅動區，這一區域為干擾源，容易產生干擾；第三個區域為數字電路區，這一區域既會受到干擾又會產生干擾。為了避免干擾的擴大化，應當以單點接地、單點接電源為原則進行布線設計，保證每一區域獨立引線。同時應當將非噪聲與噪聲元件予以隔離處理。

3 結論

單片機在使用中很可能受到電磁、供電、噪聲等方面的干擾，這些干擾可能來自外部，也可能來自于內部。一旦發生干擾，系統的運行與數據信息采集、存儲工作都會受到較為嚴重的影響，因此抗干擾是十分必要的。對干擾的處理與抑制可以從多個角度入手，對系統進行優化與改良，提高系統在抗干擾方面的性能。

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1674-6708（2015）142-0057-02