试谈单片机设备抗干扰技术

摘 要 单片机系统的干扰因素，常会导致系统运行失常，轻则影响产品质量和产量，重则会导致事故，造成重大经济损失。因而探讨单片机抗干扰技术，是业界的一道难题。

关键词 单片机 抗干扰 探析

中图分类号：TP368.1 文献标识码：A

随着微电子技术的发展，单片机以其较高的性价比在工业控制、智能仪器、通讯设备等领域得到了广泛的应用。但是，在使用过程中，由于单片机工作的环境复杂，致使在实验室中测试成功的单片机系统，在实际应用中受到一些干扰而出现问题，这些干扰包括电网电压波动、电磁辐射干扰、温度、湿度等因素。

1造成干扰的成因

1.1干扰的构成

构成干扰必须具备三个主要因素：干扰源、耦合或传播途径，以及干扰接受器。在单片机系统和电子设备中，一个电路抗干扰的程度可以用：S=WC/I来表示。

S表示电子线路受干扰的程度，W表示干扰源的强度，C表示耦合或传播途径的因素，I表示电路的抗干扰能力要减少干扰，可以尽量减少干扰源的强度，也可以降低干扰耦合因素或切断干扰路径，或者采取措施提高电路的抗干扰能力。

1.2干扰的来源

对单片机系统的干扰一般有两种：一种是来自系统外部的干扰，另一类是来自系统内部的干扰，如电源本身产生的干扰。

1.3干扰对单片机造成的影响

单片机属于数字系统，各逻辑元件都有相应的阈值电平和噪声容限，外来干扰引入的噪声一旦超过限度，干扰信号就会被逻辑器件放大，叠加在测量信号上，使数据采集误差加大，甚至淹没一些微弱的测量信号，倘若这些信号经过电路耦合和传输通道进入存储器和触发器，改变寄存器中的信息，就可能导致程序运行失常，系统紊乱，引发故障。

2硬件抗干扰设计

干扰信号经过耦合和传播路径后，一般都是以脉冲形式进人单片机系统的。其主要形式有三种：电磁场辐射干扰、电源系统干扰和过程通道干扰。

2.1电磁场辐射抗干扰的设计

空间场辐射是以电磁辐射的形式进入系统的，通常以差模和共模两种噪声模式产生辐射。差模噪声的辐射是高频噪声电流在信号电路中流动时产生的，共模噪声的辐射则是由电路中的线阻抗或感抗产生的电位差引起的。可以采取的措施如下：针对差模噪声信号，可以增加高频滤波，在信号源到单片之间选用带屏蔽层的双绞线和同轴电缆，并确保正确、可靠地；针对共模干扰，可以采用隔离放大器，输入和输出电路与源没有直接的电路耦合，这样将有较强的抗干扰能力。另外，将强电和弱电结合部位分离开，采用双层屏蔽的方法将输入号的模拟地浮空，再用一个屏蔽盒将模拟输入部分屏蔽起来。

2.2电源抗干扰设计

供电系统是否稳定关系到单片机能否可靠工作，在此过程中，电网、雷电、电磁等辐射的高频信号就会耦合到电路中，对单片机系统造成干扰。针对这些干扰，可以采用如下抗扰技术：

（1）电源变压器采取滤波和屏蔽供电，电源变压器的初级和次级线圈之间存在分布电容，对于高频信号，电容相当于短路，因此，可以使高频干扰信号耦合到次级，尽管在后续电路中进行滤波，也不能将噪声完全消除。因此，为了降低电源变压器带来的干扰，通常需要在变压器的初级绕组和次级绕组上分别增加屏蔽层，在初级和次级绕组之间再增加屏蔽层，并使其良好接地，以防止感应和辐射耦合。

（2）采用串联开关式稳压电源，这种开关式稳压电源使电路中的串联调整管工作于饱和导通和截止两种状态，还可以采用开关型电源，把直流电压调制、整流再稳压，具有较强的抗干扰能力。

（3）整流后加多级滤波供电，电源干扰大部分是高次谐波，因此采用低通滤波器，让50Hz的市电基波通过，滤去高次谐波，以改善电源波形。

2.3过程通道抗干扰设计

由于单片机是模数混合系统，在输入、输出中要进行A/D，D/A变换，针对数字通道的抗干扰设计采取以下措施：

（1）光电隔离技术。光电隔离是采用半导体光电耦合器进行隔离，具有很高的输入阻抗和绝缘电阻，有效地抑制尖峰脉冲和电磁场的感应，因此，在单片机系统中得到广泛的应用。

（2）光导纤维做传输介质。光导纤维损耗极低而且绝缘强度高，在传输中不受任形式的干扰，可以根据传输距离选择光纤传输，达到满意的效果。

（3）继电器隔离。单片机输出端的负载通电或断电时会产生火花，火花作为一种很强的干扰噪声，又会对电路产生很大的影响。为了消除火花，最好的方法是采用固态继电器SSR。根据触发方式不同，SSR可分为过零触发和非过零触发两类。过零触发的固态继电器，本身几乎不产生干扰，对单片机系统抗干扰非常有利。

3接地抗干扰技术

（1）在低频电路中，常采用一点接地，以减小地线造成的地环路；在高频电路中，布线和元件间的寄生电感及分布电容将造成各接地线间的耦合影响比较突出的现象，故一般采用多点接地。

（2）在单片机控制系统中，数字地和模拟地应分别接地。此外，还应考虑印刷电路板抗干扰的设计。应该注意：印刷版上易受干扰的器件可以集中布置加以屏蔽，热敏元件要远离发热元件；两条平行放置的导线之间存在寄生电容和耦合电感，会产生相互干扰，因此，在线路布局上，要避免出现大的环形，尽量减少线路所包围的面积，以降低电磁干扰。

当然，单片机系统的抗干扰设计是一项综合性的设计，由于单片机系统应用的领域宽广、环境复杂，在实际应用中，要结合实际问题加以改进，采取更有效的抗干扰措施，这样才能确保单片机系统的可靠性，使之能够正常、高效地工作。

参考文献

[1] 郑伟.单片机抗干扰及可靠性设计[J].电脑开发与应用，2006（19）.

[2] 雷思孝，冯育长.单片机系统设计及工程应用[M].西安电子科技大学出版杜，2005.