單片機應用系統(tǒng)抗干擾技術

崔曉康+高潤秋+王芮+袁明芊+仵松頎

【摘 要】隨著近年來工業(yè)技術水平的不斷提高，越來越多的工業(yè)為了能夠提升自身的工作效率，都開始引進了大量的嵌入式系統(tǒng)來對工業(yè)產(chǎn)業(yè)在運作過程中起到輔助的作用，而單片機所組成的嵌入式系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)過程中對于測量控制有著重要的意義。但是電子元件在使用過程中需要考慮到的一個問題是電子元件會受到周圍環(huán)境對其造成的影響，我們將這種影響稱之為干擾因素，所以為了能夠有效的提升單片機在使用過程中能夠得到保護，使其整體的運行過程處于一個穩(wěn)定的狀態(tài)，對于單片機應用系統(tǒng)的抗干擾技術就需要做進一步的研究。

【關鍵詞】單片機；系統(tǒng)；抗干擾技術

單片機由于受到其自身所具備的體積小、抗干擾能力強，運行穩(wěn)定性可靠等優(yōu)勢，從而在當今的工業(yè)中得到了廣泛的使用。其中最重要的一點因素就是單片機在使用過程中如何抵抗外界的干擾，因為單片機的抗干擾能力往往決定了由單片機所組成的系統(tǒng)在運行過程中的穩(wěn)定性。所以對于單片機的抗干擾技術，我們就需要進行對其整個的運行過程可能會受到干擾的每一個因素進行分析，從而采用相對應的技術手段來提高系統(tǒng)的整體運行能力。

一、影響單片機的因素

（一）首先從單片機組成系統(tǒng)的原件來進行分析。一般影響到單片機應用系統(tǒng)的主要是因為在系統(tǒng)運行中組成系統(tǒng)的內(nèi)部以及外部電氣而產(chǎn)生的影響，除此之外還會受到關于系統(tǒng)在組件式的結構組成、系統(tǒng)組成元件其自身的特性、元件安裝過程中的等多個要素共同影響的。一旦這些因素對單片機所組成的控制系統(tǒng)進行了影響后，往往會導致系統(tǒng)在運行過程中出現(xiàn)問題，這些問題會導致單片機所組成的系統(tǒng)在運行時破壞生產(chǎn)環(huán)節(jié)，往往這樣的事故一旦發(fā)生就會對整個工業(yè)生產(chǎn)造成重大的損失。

（二）在對感染因素進行分析的過程中，相關人員提出了將感染因素通過三個部分來進行判斷，在查找對系統(tǒng)干擾的因素是時，首先要確定產(chǎn)生干擾的干擾源是什么，其次需要進行分析的是干擾源是如何將這些干擾元素通過何種渠道進行傳播，最后就是系統(tǒng)中那些電路對產(chǎn)生的干擾信號有著明顯的接收能力。通過這樣的步驟，可以有效的查找出單片機控制系統(tǒng)中所存在的干擾問題，并且通過這些問題能夠及時的給出對應的解決方案，從而確保系統(tǒng)能夠穩(wěn)定的運行。

二、單片機內(nèi)部的抗干擾設置

（一）處理器的抗干擾設置。在單片機的運行中，主要起到指令輸送的是數(shù)據(jù)總線、控制總線以及地址總線，通過這些輸送的介質(zhì)才能夠完成主機部分與外部單元之間的指令傳輸以及交換任務指令。所以在其進行直連傳輸?shù)倪^程中如果一旦外界對其產(chǎn)生了干擾，往往就會出現(xiàn)系統(tǒng)故障問題。所以在安裝的過程中，首先應該檢查這三條電路在安裝過程中是否接好，同時為了可以提升總線上對于信息指令的傳送可靠性，可以通過在總線上添加上拉電阻，這樣便可以增強總線上信號傳輸?shù)目煽啃浴Ｒ源藖碓鰪娏酥噶顐鬏敼δ艿耐瑫r，降低了干擾因素對于系統(tǒng)的干擾強度。在這里通過MCS-51單片機來進行說明，當在51單片機安裝可一個上拉電阻后，首先能夠通過安裝的上拉電阻提高電平，而通過提高電平可以有效的提升電路對于干擾因素的抵抗能力。其次通過增加上拉電阻還可以總線對于干擾因素的抵抗能力，因為總線為最高阻值狀態(tài)時處于一個懸空的狀態(tài)，而這種狀態(tài)下往往容易受到外界用電過程中產(chǎn)生的電磁影響，當影響后對于總線上的數(shù)據(jù)則會產(chǎn)生一定的錯誤，從而引發(fā)一個錯誤的指令。最后當總線上所連接的芯片為CMOS時，因為其自身特性所影響，會造成輸入的阻抗變大，而阻抗大往往就會發(fā)生靜電電荷的不斷累積，當靜電電荷累積到了一個值時會產(chǎn)生放電作用，而所釋放的這個靜電會導致處理器無法正常的工作，所以為了能夠降低靜電點和放電所帶來的影響，我們也可以通過增加一個上拉電阻來進行防干擾的保護措施。

（二）單片機中的時鐘信號往往是最容易受到干擾的一個部分，絕大多數(shù)的輻射干擾等干擾因素都是由這個源頭而產(chǎn)生的，而這個干擾源頭之所以會產(chǎn)生主要是因為時鐘信號自身起到了一個時間的上升下降控制。如果時鐘信號的頻率升高，傳輸過程中傳輸通道上的變化也會隨之增高，告饒就會進一步的加強。所以威力可能夠消除干擾源或者撿最大可能的消除干擾源，我們就需要適當?shù)慕档蜁r鐘信號變化的頻率。消除干擾的主要途徑有：（1）通過縮短時鐘脈電路與處理器之間的距離來降低干擾；（2）可以在外部增加一個時鐘源，在接線過程中，可以將外部時鐘源的電源與接地之間增加一個去耦電容；（3）如果單片機組成的系統(tǒng)在條件允許的情況下，盡可能的用接電線來環(huán)繞系統(tǒng)中的振蕩電系統(tǒng)中時鐘信號路；（4）在有的單片機系統(tǒng)中往往在結構上有一種是單時鐘對應多個芯片作為提供脈沖信號。在這里為了避免干擾信號，需要在連接過程中使用隔離措施來保證不受干擾。

（三）當干擾信號傳遞到了處理器內(nèi)部時，為了防止處理器向下面的元件傳送錯誤的指令，我們可以通過添加一個冗余來避免這一問題，增加冗余可以保障指令能夠在軌道中合理地進行運作，但是其所存在的缺點是程序必須在這一程序區(qū)之內(nèi)才會有效。除此之外還可以通過布置“軟件陷阱”來避免干擾信息的傳輸，其原理是通過捕獲一個錯誤的指令，通過專門處理錯誤的程序進行修復后再傳達到指定的地址中去。除了以上的兩種方式，還有一些人會建立一個外部的檢測系統(tǒng)來觀察系統(tǒng)內(nèi)部運行的狀況。整個監(jiān)視過程主要是通過一個程序的循環(huán)時間來進行判定的，當程序一個循環(huán)的時間和所設定的時間不同，則會認定系統(tǒng)運行過程中進入了死循環(huán)，從而需要進行復位的處理。

三、電磁輻射的干擾

因為在元件的運行中存在著電荷的漂移，在這過程中便會形成電磁輻射，電磁輻射對于單片機系統(tǒng)的運行也是一種很嚴重的干擾因素。所以為了消除電磁輻射對于主機的影響，我們可以通過制作主機的外殼來屏蔽空間電磁輻射對主機造成的影響。一般我們所使用的外殼原料為鐵制外殼，通過將鐵做成主機外殼或者主機屏蔽層可以有效的起到抗拒干擾因素的效果。若果要是用屏蔽層時，需要注意的是要將屏蔽罩上方的排氣孔制作為圓形，同時也要保證電磁的連續(xù)傳遞能力。所以在處理過程中，為了能夠起到良好的銜接效果，一般都是用焊接工藝來進行處理。

四、交直流電源的干擾

在單片機用電的過程中，因為不同的需要往往用電方式也不相同，有的采用的是直流電，有的采用的是交流電。如果在使用交流電的過程中，往往會產(chǎn)生一個高頻的干擾因素，而且產(chǎn)生的這個頻帶一般都較寬，所以在處理上不能僅僅從交流電源這一部分進行抗干擾，也需要對直流側(cè)增加相應的與防干擾措施。只有這樣單片機系統(tǒng)才能夠長期的處于一個穩(wěn)定的狀態(tài)，減少了因為干擾元素所造成的問題出現(xiàn)。

五、總結

對于單片機系統(tǒng)因為其在工業(yè)中的重要意義，我們必須要降低一切干擾元素對其產(chǎn)生的干擾作用，只有在確保單片機系統(tǒng)能夠除以一個穩(wěn)定的情況下運行，工業(yè)的水平才會不斷的提升，實現(xiàn)其真正的價值。

【參考文獻】

[1]翟曉華. 單片機軟件抗干擾技術分析與設計[J]. 山西科技，2008， 11（6）：70-72.

[2]王偉. 軟件抗干擾在單片機控制系統(tǒng)中的應用研究[J]. 機械管理開發(fā)， 2010， 25（3）：203-204.