單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)抗干擾設(shè)計(jì)

秦亞萍

摘要：電子產(chǎn)品在設(shè)計(jì)時(shí)首要考慮的因素便是抗干擾技術(shù)，抗干擾技術(shù)是單片機(jī)設(shè)計(jì)中重點(diǎn)考慮的因素，干擾因素中包含了干擾源、干擾信號(hào)接收器以耦合通道。因此，需要深入研究接收電路的內(nèi)部裝置，優(yōu)化單片機(jī)的內(nèi)部裝置形成抗干擾的設(shè)計(jì)模式，從而建立有效的抗干擾系統(tǒng)，這對(duì)于提高單片機(jī)的抗干擾水平將會(huì)有較大的幫助。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)系統(tǒng)；抗干擾措施；設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TP368.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2017）07-0166-01

單片機(jī)在多項(xiàng)工業(yè)領(lǐng)域有著較為廣泛的而應(yīng)用，而單片機(jī)系統(tǒng)產(chǎn)生的效益也使得越來越多的人們開始引起重視。影響單片機(jī)性能的發(fā)揮是來源于多項(xiàng)因素的共同作用，其中抗干擾能力是單片機(jī)系統(tǒng)性能體現(xiàn)的重要因素。因此，研究和探討單片機(jī)系統(tǒng)中抗干擾設(shè)計(jì)，提高系統(tǒng)整體的抗干擾能力，對(duì)于充分發(fā)揮單片機(jī)的性能有重要的作用。本文將會(huì)對(duì)產(chǎn)生干擾因素的來源做簡(jiǎn)要的分析，并結(jié)合硬件、軟件等多個(gè)方面來為系統(tǒng)抗干擾性能的提升提供有效的解決措施。首先需要考慮的是硬件抗干擾技術(shù)，也是抗干擾措施中較為有利的一項(xiàng)。它可以抑制干擾源的發(fā)揮，使電路通道阻斷，并選擇合理的參數(shù)來控制干擾因素的產(chǎn)生。在具體的實(shí)踐中，這類方法可以有效的控制系統(tǒng)中大部分的干擾元素。

1 單片機(jī)內(nèi)配置抗干擾措施設(shè)計(jì)

1.1 CPU外圍配置

三項(xiàng)總線的合理性，包括數(shù)總線、地址總線、控制總線，將會(huì)直接影響到電路信號(hào)的傳輸，甚至整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定。在總線中安裝適當(dāng)?shù)纳侠娮杩梢杂行У奶岣咝盘?hào)傳輸?shù)目煽啃裕鄳?yīng)的，外圍設(shè)備對(duì)系統(tǒng)的干擾也會(huì)有所降低。關(guān)于上拉電阻，其主要有以下幾個(gè)方面的作用[1]：

首先，提高信號(hào)的電平。上拉電阻是在集成電路中采取的主要抗干擾措施，當(dāng)上拉電阻被加入到電流后，電流的變化將會(huì)直接引起電平的波動(dòng)。第二，可以提高總線中的電磁干擾能力。在高祖狀態(tài)下，總線將會(huì)處于懸空的狀態(tài)，因此很容易會(huì)受到電磁的干擾，干擾的信息將會(huì)利用總線進(jìn)入到系統(tǒng)的CPU中，以此來引入程序指令。第三，可以預(yù)防靜電產(chǎn)生的干擾。總線中的CMOS芯片，其在輸入阻抗中表現(xiàn)出了極強(qiáng)的呢你，隨著靜電中電荷的不斷積累，它就會(huì)很容易受到其靜電干擾，進(jìn)而影響到系統(tǒng)CPU的工作。因此如果加入了上拉電阻，將會(huì)在一定程度上降低輸入的阻抗。

另外，系統(tǒng)中最可能受到噪聲干擾的部位就是時(shí)鐘信號(hào)，它是CPU對(duì)外發(fā)射和對(duì)內(nèi)干擾的主要噪聲源。而時(shí)鐘信號(hào)的波動(dòng)將會(huì)直接引起輻射干擾的產(chǎn)生，兩者之間具有密切的聯(lián)系。當(dāng)時(shí)鐘的頻率被提升時(shí)，信號(hào)傳輸線上的頻率變換速度也會(huì)加快，導(dǎo)師系統(tǒng)性能因受到干擾而無法滿足人們的需求，因此，通過降低時(shí)鐘頻率，對(duì)于提高系統(tǒng)的抗干擾性能將會(huì)有一定的幫助。

1.2 CPU抗干擾措施

當(dāng)CPU受到抗干擾作用時(shí)，CPU無法處于正常運(yùn)行的狀態(tài)，容易造成系統(tǒng)運(yùn)行的混亂。因此為了避免干擾造成的傷害，可以采取相關(guān)的措施[2]：

（1）關(guān)于指令冗余。對(duì)于一些其決定作用的指令插入2條NOP指令來確保其彈飛程序能夠在正確的軌道中運(yùn)行。這種方式可以讓程序在執(zhí)行之后到冗余指令和彈飛程序都能夠控制在相應(yīng)的程序區(qū)中。

（2）關(guān)于軟件陷阱。這是一種引導(dǎo)式的指令，強(qiáng)行將程序引導(dǎo)到指定的地址中，在那里設(shè)置一段處理出錯(cuò)程序的程序，診斷當(dāng)前系統(tǒng)被干擾的狀態(tài)，并能夠采取相應(yīng)的修復(fù)方式讓其恢復(fù)正常狀態(tài)。

（3）關(guān)于程序運(yùn)行監(jiān)視系統(tǒng)。它是單片機(jī)系統(tǒng)中不斷見識(shí)程序運(yùn)行的時(shí)間。如果運(yùn)行的時(shí)間較長(zhǎng)，超過了預(yù)期的時(shí)間，那么系統(tǒng)往往會(huì)在這種情況下陷入到死循環(huán)中，只有回到0000H的入口，才能重新進(jìn)入正常狀態(tài)。

2 交直流供電電源的干擾

電源是系統(tǒng)運(yùn)行的命脈，電源性能程度很大程度會(huì)影響到系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，在工程的不完全統(tǒng)計(jì)總，系統(tǒng)運(yùn)行中的干擾有70%的可能性是來源于電源的干擾。

2.1 單片機(jī)系統(tǒng)板內(nèi)的電源線路設(shè)計(jì)

交流電中城市的高頻干擾，其形成的頻帶較寬，如果只是在交流側(cè)做抗干擾處理，始終無法有效保證干擾不進(jìn)入到系統(tǒng)中，因此在直流電側(cè)采取抗干擾措施，可以提高抗干擾率。

在安裝印刷板中的IC電路時(shí)，每個(gè)IC電路必然有共同的電源來相互聯(lián)系。因此，針對(duì)這類狀況，可以將數(shù)字電路作為一個(gè)脈沖干擾源，電源線再進(jìn)行相互干擾。因此，可以在應(yīng)刷板的電源入口加入大的電容，包括在各個(gè)IC芯片的電源入口中接入高性能的電容，將其當(dāng)做干擾信號(hào)的濾波電容器。

關(guān)于對(duì)地線中的抗干擾處理。由于地線中的第度差異容易產(chǎn)生不同的阻抗，而不同的電路會(huì)在阻抗中形成相應(yīng)的電壓降，地線因此會(huì)受到干擾。因此地線的抗干擾措施是需要將電路中的地線都采用一點(diǎn)接地的方式。不過值得注意是，如果將所有的電路芯片都采用這種方式，必然會(huì)延長(zhǎng)地線的長(zhǎng)度進(jìn)而增加地線產(chǎn)生的阻抗，反而會(huì)影響到抗干擾的效果。因此，可以將數(shù)字電路、模擬電路以及大功率的電路分開進(jìn)行一點(diǎn)接地的處理，然后將這三個(gè)模塊再連接在一起做總的一點(diǎn)接地。

2.2 交流電源中抗干擾的方法

電源系統(tǒng)的穩(wěn)定安全是能夠確保系統(tǒng)正常運(yùn)行的重要因素。對(duì)于交流電源中的抗干擾措施，主要可以通過以下幾種方法來實(shí)現(xiàn)：（1）交流電中采用交流穩(wěn)壓器。（2）加入電源濾波器。交流電源中的濾波器可以有效的控制輸入端產(chǎn)生的瞬時(shí)干擾。（3）如果供電質(zhì)量的要求較高，則需要加入發(fā)電機(jī)組等方式來改變，比如利用在線式的UPS做不間斷的供電。（4）對(duì)電源中的變壓器做屏蔽處理。

3 空間電磁輻射干擾

采取屏蔽的處理方式可以有效的削弱空間電磁輻射造成的干擾，進(jìn)而提高系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。與此同時(shí)，可以將鐵材料來做出相應(yīng)的外殼或者屏蔽岑，屏蔽罩中的通風(fēng)孔形狀可以是圓形，這樣才能保持電磁運(yùn)行的連續(xù)性。在實(shí)際的操作中，接地可以產(chǎn)生一定的電阻率，因此對(duì)于不同的接地點(diǎn)會(huì)有不同的電位。

4 結(jié)語

單片機(jī)系統(tǒng)的干擾因素是威脅其正常運(yùn)行的關(guān)鍵性因素。因此做好抗干擾措施對(duì)于穩(wěn)定系統(tǒng)運(yùn)行有很大的幫助。本文主要單片機(jī)引起的干擾性因素做了相關(guān)的整合，并提出了相應(yīng)的解決方式，除了上述提到的抗干擾方式外，還有很多其他的抗干擾方法，比如在印刷板電路中采取抗干擾設(shè)計(jì)等，根據(jù)每個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)遇到的實(shí)際情況采取相應(yīng)的抗干擾方法，可以進(jìn)一步提高系統(tǒng)的可靠性。

參考文獻(xiàn)

[1]李志宇.單片機(jī)控制系統(tǒng)抗干擾設(shè)計(jì)[J].電子測(cè)量技術(shù)，2007，06：100-102+117.

[2]楊昆.綜述單片機(jī)控制系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計(jì)[J].黑龍江科技信息，2016，04：22.endprint