单片机应用系统抗干扰技术

维普资讯 http://www.cqvip.com 科　——黑龙江技信总　——　胡谦科ｆ苑Ｉ论Ｉ谈　赵丹阳　单片机应用系统抗干扰技术　（哈尔滨中庆燃气有限责任公司，黑龙江哈尔滨１５００７６）　摘要：单片机在工业自动化、生产过程控制、智能仪器仪表等领域的应用越来越广泛，大大提高了产品的质量，有效地提高了生产效率。下面　着重分析干扰对单片机应用系统的影响，并结合亲身经验，从软、硬两个方面给出具体的解决方法。　关键词：单片机；应用系统；抗干扰　引言　近年来，单片机在工业自动化、生产过　程控制、智能仪器仪表等领域的应用越来越广　泛，大大提高了产品的质量，有效地提高了生　产效率。但是，测控系统的工作环境往往复　杂、比较恶劣，尤其是系统周围的电磁环境，　这对系统的可靠性与安全性构成了极大的威　胁。单片机测控系统必须长期稳定、可靠运　行，否则将导致控制误差加大，严重时会使系　统失灵，甚至造成巨大损失。下面着重分析干　扰对单片机应用系统的影响，并结合亲身经　验，从软、硬两个方面给出具体的解决方法。　１硬件抗干扰技术　１．１抑制电源干扰　单片机系统中的各个单元都需要使用直　流电源，而直流电源一般是市电电网的交流电　经过变压、整流、滤波、稳压后产生的，因此　电网上的各种干扰便会引人系统。除此之外，　由于交流电源共用，各电子设备之间通过电源　也会产生相互干扰，因此抑制电源干扰尤其重　要。　电源干扰的抑制，通常可采用以下几种　方法：　１．１．１接地技术　实践证明，单片机系统设备的抗干扰与　系统的接地方式有很大关系，接地技术往往是　抑制噪音的重要手段。良好的接地可以在很大　程度上抑制系统内部噪音耦合，防止外部干扰　的侵入，提高系统的抗干扰能力。设备的金属　线噪声。　１．３硬件监控电路　外壳等要安全接地；屏蔽用的导体必须良好接　在单片机系统中，为了保证系统可靠、　地。　１．１．２屏蔽线与双胶线传输　稳定地运行，增强抗干扰能力，需要配置硬件　监控电路从功能上包括以下几　屏蔽线对静电干扰有强的抑制作用，而　监控电路，硬件Ｉ双胶线有抵消电磁感应干扰的作用。开关信号　个方面：上电复传：保证系统加电时能正确地　检测线和模拟信号检测线可以使用屏蔽双胶　启动；掉电复位：当电源失效或电压降到某一　线，来抵御静电和电磁感应干扰；特殊的干扰　电压值以下时，产生复位信号对系统进行复　源也可以用屏蔽线连接，屏蔽了干扰源向外施　位；数据保护：当电源或系统工作异常时，　加干扰。　对数据进行必要的保护，如写保护、后备电池　１．１．３隔离技术　切换等；电源监测：供电电压出现异常时，给　信号的隔离目的之一是从电路上把干扰　出报警指示信号或中断请求信号；硬件看门　源和易于扰的部分隔离出来，使监控装置与现　狗：当处理器遇到干扰或程序运行混乱产生　场仅保持信号联系，但不直接发生电的联系。　“死锁”时，对系统进行复位。　隔离的实质是把引进的干扰通道切断，从而达　有些著名的半导体厂商已将上述这些功　到隔离现场干扰的目的。　能集成到一起，如ＭＡＸＩＭ公司的ＭＡＸ６９０、　３结语　上述是在实际工作中总结的一些常见的　般单片机应用系统既有弱电控制系统　ＭＡＸ７０６等。　２软件抗干扰原理及方法　单片机系统抗干扰措施，在设计单片机系统时　又有强电控制系统，通常实行弱电和强电隔　　尽管我们采取了硬件抗干扰措施，但由　也采纳了这些方法，并取得了良好的效果。离，是保证系统工作稳定、设备与操作人员安　全的重要措施。常用的隔离方式有光电隔离、　于干扰信号产生的原因错综复杂，且具有很大　变压器隔离、继电器隔离和布线隔离等。　的随机性，很难保证系统完全不受干扰。因　１．１．４模拟信号采样抗干扰技术　此，往往在硬件抗干扰措施的基础上，采取软　单片机应用系统中通常要对一个或多个　件抗干扰技术加以补充，作为硬件措施的辅助　责任编辑：杨大伟　　模拟信号进行采样，并将其通过Ａ／Ｄ转换成　手段。软件抗干扰方法具有简单、灵活方便、数字信号进行处理。为了提高测量精度和稳定　耗费低等特点，在单片机系统中被广泛应用。　一性，不仅要保证传感器本身的转换精度、传感　器供电电源的稳定、测量放大器的稳定、Ａ／Ｄ　转换基准电压的稳定，而且要防止外部电磁感　应噪声的影响，如果处理不当，微弱的有用信　号可能完全被无用的噪音信号淹没。在实际工　作中，可以采用具有差动输入的测量放大器，　采用屏蔽双胶线传输测量信号，或将电压信号　改变为电流信号，以及采用阻容滤波等技术。　在许多信号变化比较慢的采样系统中，　如人体生物电（心电图、脑电图）采样、地震　波记录等，影响最大的是５０Ｈｚ的工频干扰。　因此对工频干扰信号的抑制是保证测量精度的　重要措施之一。抑制和消除工频干扰，常用的　方法是在Ａ／Ｄ转换电路之前加ＲＣ滤波器，或　者采用采样时间是５０Ｈｚ的工频周期整数倍的　双积分式Ａ／Ｄ转换器。　１．２数字信号传输通道的抗干扰技术　数字输出信号可作为系统被控设备的驱　动信号（如继电器等），数字输人信号可作为　设备的响应回答和指令信号（如行程开关、启　动按钮等）。数字信号接口部分是外界干扰进　人单片机系统的主要通道之一。在工程设计　中，对数字信号的输人，输出过程采取的抗干　扰措施有：传输线的屏蔽技术，如采用屏蔽　线、双胶线等；采用信号隔离措施；合理接　地，由于数字信号在电平转换过程中形成公共　阻抗干扰，选择合适的接地点可以有效抑制地　２　１数字滤波方法　数字滤波是在对模拟信号多次采样的基　础上，通过软件算法提取最逼近真值数据的过　程。数字滤波的的算法灵活，可选择权限参　数，其效果往往是硬件滤波电路无法达到的。　２．２输入信号重复检测方法　输人信号的干扰是叠加在有效电平信号　上的一系列离散尖脉冲，作用时间很短。当控　制系统存在输人干扰，叉不能用硬件加以有效　抑制时，可用软件重复检测的方法，达到“去　伪存真”的目的，直到连续两次或连续两次以　上的采集结果完全一致时方为有效。若信号总　是变化不定，在达到最高次数限额时，则可给　出报警信号。对于来自各类开关型传感器的信　号，如限位开关、行程开关、操作按钮等，都　可采用这种输人方式。如果在连续采集数据之　间插人延时，则能够对付较宽的干扰。　２．３输出端口数据刷新方法　开关量输出软件抗干扰设计，主要是采　取重复输出的方法，这是一种提高输出接口抗　干扰性能的有效措施。对于那些用锁存器输出　的控制信号，这些措施很有必要。在尽可能短　的周期内，将数据重复输出，受干扰影响的设　备在还没有来得及响应时，正确的信息又到　来，这样就可以及时防止误动作的产生。在程　序结构的安排上，可为输出数据建立一个数据　缓冲区，在程序的周期性循环体内将数据输　出。对于增量控制型设备不能这样重复送数，　只有通过检测通道，从设备的反馈信息中判断　数据传输的正确与否。在执行重复输出功能　时，对于可编程接口芯片，工作方式控制字与　输出状态字一并重复设置，使输出模块可靠地　工作。　２．４软件拦截技术　当窜人单片机系统的干扰作用在ＣＰＵ部　位时，后果更加严重，将使系统失灵。最典型　的故障是破坏程序计数器ＰＣ的状态，导致程　序从一个区域跳转到另一个区域，或者程序在　地址空间内“乱飞”，或者陷人“死循环”。使　用软件拦截技术可以拦截“乱飞”的程序或者　使程序摆脱“死循环”，并将运行程序纳入正　轨，转到指定的程序人口。　一５２—