单片机系统的抗干扰问题及开发

摘 要：随着产品、设备、系统的智能化发展，单片机得到了广泛的应用。单片机应用系统具有体积小、价格低、功能灵活、使用方便等优点。虽然在单片机设计时采取了不少措施，但其工作环境大都在工业生产现场或嵌入被控设备之中，受强电干扰较多，工作条件恶劣，易受各种干扰。因此，研究抗干扰技术对保证单片机系统稳定可靠工作十分重要。该文首先介绍了单片机系统受到干扰可能产生的不良影响，然后对单片机系统的干扰渠道进行了分析，最后具体讨论实用有效的抗干扰措施。

关键词：单片机系统 抗干扰 技术

中图分类号：TP368 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）12（a）-0061-01

单片机系统是一个复杂的电子系统，外来电磁辐射、内部各个元器件之间、各个分系统之间、各传送通道间的相互干扰及其数据信息所产生的干扰和破坏都会影响单片机应用系统工作的稳定性、可靠性以及安全性。

1 单片机系统干扰的影响

经过实验研究表明，对于单片机来说，它的运行系统不仅受到内部因素的影响，而且也受到了外部因素的影响。各种因素的影响使单片机在使用的过程中无法充分发挥其性能。具体的说，单片机系统受到干扰可能会产生以下一些不良影响。

1.1 使测量数据出现误差或误差变大

若单片机在测量单元模拟信息传输道出现了干扰的因素，产生的干扰信号就会在传输模拟信号中叠加，这样就会使得采集过程中的误差有所增加。这种情况在较弱信号测定与有强干扰互相对立的时候会格外的明显，甚至有可能使检测的误差上升几倍以上。

1.2 数据信息变化起伏

除了在程序存储器当中的数据信息外，单片机内部所存储的信息会受到各种形式的干扰，更这样就会导致信息在运行的过程中，若运行状态发生了变化，信息的运行就会出现失灵等问题，严重影响了单片机的正常工作效率。

1.3 运行失常分析

当单片机系统受到外部环境影响的时候，就会导致单片机系统程序的运行出现波动，导致单片机的运行失去意义，使得最终输出的结果存在混乱。严重的话，会使得单片机在运行的过程中出现停机的现象。

2 单片机系统干扰的渠道

干扰就是由外部噪声在系统中所造成的骚扰，是影响单片机系统正常工作的一种因素。干扰主要是利用电信号手段通过特定的渠道，与信号互相混合从而侵入单片机系统，这些干扰对单片机系统的稳定性可能会产生不良影响。凡是能产生一定能量，可以影响到周围电路正常工作的信号都可认为是干扰源。干扰有的来自外部，有的来自系统内部。抗干扰则主要是指针对干扰而采取相应的手段使干扰消除，抑制干扰的传播。干扰渠道主要包括以下三种类型。

2.1 供电系统对单片机系统的干扰

在工厂中运行的机器大多数都是大功率的，这种特别大的负载设备的启停通常会导致电网受到污染，也会导致电压不断的涨落。由于大功率机器的开关等因素，会使电网常常会受到几百伏甚至是几千伏的电压干扰，这会对单片机系统产生很大的影响。

2.2 过程通道对单片机系统的干扰

在工业生产中，开关的数量以及负责输入输出的信号线共有百条以上，其中长度最长达到几千米，最短也会有几百米，这样就难免会将一些干扰因素引入到单片机系统当中。若是有较大设备漏电或是测量的部分没有很好的绝缘功能，都有可能通过通道直接干扰信息，产生不利的影响。

2.3 空间对单片机系统的干扰

空间干扰一般主要是指来自天体的电磁波或者是电视台所发出的电磁波，又或者是电器设备中的发射机等发出的电磁波。这些空间的辐射会使单片机系统产生一定的干扰，从而使其没有办法正常工作。

3 单片机系统的抗干扰技术及开发

对于单片机系统而言，干扰信号主要以差模和共模信号两种形态为主。其中差模干扰信号是指信号回路的干扰，主要跟传输线的互感以及系统的工作频率有关。对于这类干扰通常采用滤波和改善系统的采样频率来加以抑制。共模干扰信号是指干扰电压同时加到两条信号线上出现的干扰，所以对于这类干扰通常的抑制措施是注意保持线路传输结构的平衡。单片机系统的抗干扰措施多种多样，不同的应用场合有不同的技术要求。

3.1 硬件抗干扰技术

硬件系统的抗干扰能把干扰排除在最外边，所以硬件设施设计的时候应该要采取相应措施，这样才能在最大的程度上抑制干扰的产生。

（1）电源抗干扰。

现在很多的单片机对于电源的噪声是非常敏感的，干扰会通过设备的电源线向系统的内部传入，其次在各种电子设备间也会通过电源产生相应的干扰。

（2）屏蔽抗干扰技术。

屏蔽就是以金属板、金属网或金属盒构成的屏蔽体，是抑制电磁干扰最有效的方法。在采用这一方法来抗干扰时，通常首先使用低电阻的材料做成屏蔽体，然后将需要隔离部分包围起来。

（3）使用光纤与双绞线。

当数字信号长线传输的时候，可以利用双绞线降低噪声的干扰。主要是因为外界的磁场在双绞线上的电流流动方向是相反的，那么感应磁所引起的噪声电流就可以互相抵消，这也就使得双绞线具有抗干扰的作用。

（4）去耦电路。

数字电路信号在转换的时候会有很强的冲击电流产生，也会在传输线上有较大的压降产生，这样就会形成一定的干扰。所以，为了能够抑制这种干扰可以在电路中设置去耦电路，这样一方面可以收集电路在开门的瞬间所释放出的电量，另一方面也可以将电路中产生的噪声过滤掉。

3.2 软件抗干扰技术

（1）设置软件陷阱。

软件陷阱技术主要应用在单片机软件系统抗干扰中，设置软件陷阱可以采用在ROM或RAM中，每隔一些指令，就把连续几个单元设置成空操作（所谓陷阱）。当失控的程序掉入“陷阱”，连续执行几个空操作后，程序自动恢复正常，继续执行后面的程序。

（2）指令冗余抗干扰。

这种技术在一定程度上与软件陷进技术是一样的，但是又有着一定的区别，指令冗余技术一般应用于程序存储器使用的区域当中，而软件陷进技术则是在没有使用的区域当中。冗余抗干扰技术一般就是将正常的指令输入后插入某些NOP的指令，这样就可以将一些“乱飞”的程序规范化。

（3）数字滤波器。

一般模拟信号在传送的时候都会受到一定的干扰，通常都是在信号中混入了噪音，所以在硬件的设计上安装滤波器，在一定的程度上是可以降低噪声的干扰。但是硬件滤波器的使用过程较为复杂，若是要现场对滤波器的参数进行修改也是一件十分困难的事情。因而，我们一般会采用软件滤波器，这主要是因为使用软件滤波器不用增加一些必要的开销，可以灵活的改变滤波器上的参数，而对于噪声又可以起到同样的干扰效果。

4 结语

在实际的单片机应用系统中，抗干扰设计一般应注意很多问题。合理的硬件设计再结合必要的软件抗干扰设计是单片机系统抗干扰设计的一个总体方向。采用软件抗干扰技术不但可以节约硬件成本，而且在可靠性、可维护性等方面都有一定的优势。

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