單片機應用系統抗干擾技術之我見

張冰 李玲鵬 王超

摘 要：對于單片機來說，在建立系統時必須充分考慮抗干擾技術，對系統的穩定運行有重要作用和意義。本文主要對單片機應用系統的內涵、干擾對單片機應用系統的影響以及單片機應用系統中的抗干擾技術的相關問題進行了探討。

關鍵詞：單片機；應用系統；抗干擾技術

單片機具有耗能少、體積小、使用方便等優勢，使用范圍較為廣泛，被應用于例如工業、農業、教育等各個領域。隨著各領域相關技術、設備等的推陳出新，人們對單片機的要求也在不斷變化。尤其是在工業領域，工業生產的環境等會對單片機系統的穩定運行產生不利影響，因此工業上對單片機的可靠性有更高的要求。這就使得人們對單片機應用系統的抗干擾技術日漸重視。

一、單片機概述

單片機，又被稱為單片微型計算機。它是一種較為典型的嵌入式微控制器，因此單片機也被稱為單片微控制器。單片機將整個計算機系統集中于一塊芯片上。也就是說，一塊芯片就相當于整個計算機。單片機具有成本低、體積小、應用方便等諸多優勢。在單片機的最初發展階段，設計理念是將CPU與大部分外圍芯片集中于一個芯片中，使計算機系統的體積變小，從而更加符合對體積要求更高且系統更加復雜的設備要求。最早以這種思想為指導設計出的單片機是8位以及4位。其中最受歡迎的是intel的8031，具有可靠性強、較為簡單且性能較好的優點。

二、干擾對單片機應用系統的影響

隨著相關技術的進步，我國的工業化進程也在不斷加快。在工業領域中，單片機系統的應用程度不斷提高，例如在某些自動化監控系統及儀表中的應用。應用程度越高，應用范圍也就越廣，對系統穩定運行的要求也就越高，如此才能保證生產的安全性及可靠性。但就目前的技術而言，單片機系統在一定環境下會受到干擾，導致所收集到的數據不夠精確，信號的穩定性受到影響，圖像、聲音等失真，設備運行的安全性及穩定性也受到不同程度的沖擊，最終對生產過程產生不利影響。單片機系統在運行過程中容易受到的干擾主要有高頻振蕩干擾、電磁干擾、浪涌干擾以及放電干擾等。

三、單片機應用系統中的抗干擾技術

在實際生產活動中，能夠使用到的有關單片機抗干擾的技術主要包括軟件技術和硬件技術兩種。單片機系統的設計過程也和前者相同，包括軟件部分和硬件部分。其中軟件技術的主要作用是對系統中硬件部分對干擾的抵抗作用進行補充，那么毫無疑問，硬件部分就是進行抗干擾的主要部分。按照這種方法，單片機系統具有雙層抗干擾功能，從而提高了整個系統的穩定性。以下按照硬件部分和軟件部分的不同，分別對兩部分抗干擾技術進行具體分析。

1、硬件部分的抗干擾技術

（1）供電技術

供電技術的主要作用是保證電路暢通。因為供電系統使用的是和其他系統不同的電路，因此在某些條件下，可使用DC-DC對電的輸入和輸出進行隔離，從而減小干擾對整個電路所造成的影響，相應的電路上各個部分所受的干擾也會減少。此外，可采用隔離變壓器對較大的噪聲進行隔離，使用低通濾波器對工頻干擾進行過濾，使用交流穩壓器降低電源系統引入的干擾以及超負荷和電壓虧欠發生的概率，保證供電系統的穩定性。

（2）接地技術

接地技術主要分為三類，且都呈傘狀接在一起。其一是機殼地。機殼地的主要部件為箱體、機架等，其都為金屬質地。部件共同接地，形成安全地帶。其二是弱信號地。所謂弱信號地就是將系統中的小信號回路、控制及其直流電源進行連接，并將其與地連接。其三是功率地。通過將繼電器、電磁閥以及驅動電源相連并置于一起，形成功率地。這種方式能夠增加電路的功率，功率增加對信號回路產生干擾，造成噪聲源，因此不能將功率地與工作地接在一處。

（3）屏蔽技術

屏蔽技術的主要作用是屏蔽電磁干擾的噪聲源。這里所說的噪聲源主要指的是來自于強電設備、高頻電壓等的電磁波。屏蔽技術中的屏蔽體為金屬質地，能夠對電磁波的干擾進行有效控制。屏蔽技術對電磁波進行控制的方式主要包括吸收和反射。在屏蔽體中使用高導材料，能夠對低頻電磁波進行控制，同時也不會對屏蔽體中的電路系統產生破壞，且屏蔽詞場等可使用鋼、銅等材料。

（4）隔離技術

隔離技術包括光電隔離和物理隔離。光電隔離的方式是隔斷兩個電路使其互相獨立，然后將噪聲傳到其他電路中，使得光電隔離最終在光電耦合器中進行，耦合器上的輸入與輸出絕緣而且沒有反饋，提高了單片機系統的抗干擾性能。

2、軟件部分的抗干擾技術

（1）數據采集中出現誤差的解決技術

數據采集中出現誤差的軟件解決技術主要包括軟件濾波器算法和軟件冗余。軟件濾波器算法通過對輸入的信號進行處理來降低控制中的錯誤。常用算法有取舍法、中值法以及算術平均法等。可根據具體情況的不同采用不同的計算方法，從而降低失誤。軟件冗余主要是增加部分數據的冗余位，使數據本身在某些情況下能夠自行進行糾錯。常用校驗方法有循環碼校驗及奇偶校驗。

（2）程序運行脫離控制的解決技術

針對程序運行脫離控制這一情況，要實現系統恢復，可采用以下三種方式：其一是指令冗余。部分單片機的指令多數情況下為單字節。如果單字節出錯，那么系統會自動納入；如果多字節出錯，那么程序會在起決定作用指令的作用下恢復。其二是設置陷阱。陷阱的主要作用是修補程序并對錯誤之處進行處理。要在不同位置設置不同的陷阱使軟件出錯，然后使用陷阱捕獲錯誤之處。其三是使用實時嵌入式操作系統。使用實時嵌入式操作系統能夠通過減少復位次數來提高單片機的抗干擾能力。

結束語：

綜上所述，單片機的應用范圍較為廣泛。但由于系統容易受到干擾，影響運行的穩定性。因此要加大對系統抗干擾技術的研究力度，提高系統性能，從而更好的為實際的社會生產服務。

參考文獻：

[1]彭芬.提高單片機應用系統可靠性的軟硬件技術[J].計算機光盤軟件與應用，2013，（20）.

[2]吳育軍.提高單片機應用系統可靠性的軟件技術[J].通訊世界，2015，（12）.

[3]李家坤.單片機應用系統綜合抗干擾技術的研究[J].微型機與應用，2012，（7）.

[4]李鶴京.單片機應用系統抗干擾問題解決方案初探[J].中國電子商務，2013，（19）.