單片機應用測控系統的抗干擾措施探討

葉關山++馬萌

摘 要：基于單片機應用構建的微機測控系統所處的環境較為惡劣和復雜，要求測控系統能可靠、安全運行。本文從分析基于單片機應用構建的微機測控系統的干擾模型出發，根據系統組成和使用環境，介紹了在元器件選取、電路和印制板設計時可采取的一些基本抗干擾措施，結合某產品研制，闡述了在微機測控系統中抗干擾措施的應用及其效果。

關鍵詞：單片機；干擾；耦合；電磁兼容

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）02-0023-01

1 概述

基于單片機應用構建的微機測控系統所處的環境較為惡劣和復雜，要求測控系統能可靠、安全運行。在實際應用中，受來自測控系統內部和外部的各種電氣干擾以及系統結構設計、元器件選用、制造工藝和外部環境條件等因素影響，可能造成數據采集誤差加大、控制狀態失靈、數據受干擾發生變化、程序運行失常等不良后果。從分析系統干擾模型入手，在系統技術設計中，通過抑制干擾源、破壞干擾的耦合通道并對敏感電路進行重點保護，以達到消除干擾，提高系統可靠性和安全性的目的。根據系統組成和使用環境，針對系統硬件和軟件，可采取多種抗干擾措施，開展產品研制工作。

2 干擾模型

形成干擾的基本要素有三個：（1）干擾源。指產生干擾的元件、設備或信號，如：雷電、繼電器、可控硅、電機、高頻時鐘等都可能成為干擾源，具體表現為：du/dt，di/dt量值較大。（2）傳播路徑。指干擾從干擾源傳播到敏感器件的通路或媒介。典型的干擾傳播路徑是通過導線的傳導和空間的輻射。（3）敏感器件。指容易被干擾的對象。如：A/D、D/A變換器，單片機，數字IC，弱信號放大器等。

干擾模型組成如圖1所示。

3 基本措施

元器件方面，在降額使用的前提下，遵循如下選用原則：①選用集成度較高的元器件，能選用集成芯片就不用分離元件，能選用大規模集成芯片就不選用小規模集成芯片；②選用寄生效果小的無引腳表面貼裝元件，其次是放射狀引腳元件，最后是軸向平行引腳元件；③電阻器的選擇，從阻值范圍、電阻溫度系數、比功率、工作穩定性、噪聲、可靠性等性能指標比較選擇合適的電阻器結構類型，如金屬膜電阻、碳膜電阻、合成電阻及線繞型電阻。

電路方面，一是采用濾波器技術，在抗干擾技術中使用最多的是低通濾波器，可根據信號源的內阻和負載阻抗來選擇濾波器的結構形式；二是采用去耦電路設計，在電路中適當地配置去耦電容，提供和吸收集成電路開門和關門瞬間的充放電能量，并旁路掉器件的高頻噪聲；三是采用隔離技術，從電路上把干擾源和易干擾的部分隔離開來，僅保持信號聯系，不發生電的聯系，常用的隔離方式有光電隔離、變壓器隔離、繼電器隔離等。

4 應用實務

對于由主機單元、測量單元、后向通道接口單元、人機對話單元、通訊控制單元、數字信號傳輸單元、電源單元及軟件等組成的單片機測控系統，可在系統硬件和軟件設計中采取適用的抗干擾措施。

4.1 硬件抗干擾設計

根據系統硬件構成特點，主要就主機單元和數字信號傳輸單元的抗干擾設計進行闡述。主機單元即單片機最小應用系統，主機單元的抗干擾設計涉及時鐘電路配置、總線電路的抗干擾設計，RAM數據掉電保護等。時鐘信號不僅是受噪聲干擾最敏感的部位，同時也是CPU對外發射輻射干擾和引起內部干擾的噪聲源。因此，在滿足系統功能要求的前提下，應盡量降低時鐘頻率將有助于提高整個系統的抗干擾性能。

4.2 軟件抗干擾設計

通過軟件系統的可靠性設計，達到最大限度地降低干擾對系統工作的影響，確保單片機及時發現因干擾導致程序出現的錯誤，并使系統恢復到正常工作狀態或及時報警的目的。主要方法有：開機自檢、軟件陷阱（程序“跑飛”檢測）、軟件“看門狗”等。

4.3 應用效果

在某型產品工程研制中，根據具體基于單片機應用構建的微機測控系統實際使用需求，采取了上述有針對性的抗干擾措施，設計和試制的微機測控系統通過了相關的電磁兼容性試驗，在復雜的電磁環境使用過程中，系統運行正常，性能穩定，達到研制目的，滿足客戶使用要求。