单片机系统中的EMC技术应用

摘 要

在单片机系统的生产过程中，EMC是一个非常重要的组成部分，其中EMC电磁兼容性主要由EMI以及EMS组成，分别是电磁干扰和电磁抗干扰。但是，EMC非常容易受到电磁干扰的侵害，进而直接破坏单片机系统的稳定，因为，一定要对EMC问题引起重视。本文通过分析电磁干扰产生的原因，对单片机系统中的EMC技术进行了详细的分析，充分发挥了其在单片机系统中的作用。

【关键词】单片机系统 EMC技术 电磁干扰

在EMC电磁兼容性中，主要包含了电磁干扰和电磁抗干扰。在科学技术不断发展的同时，单片机的应用也变得越来越广泛，单片机自身虽然具有较强的抗干扰能力，但是在以单片机为关键部分所形成的控制系统中，在应用的过程中仍然会存在着一定的电磁干扰问题。为了避免外界对单片机系统产生电磁干扰，使单片机系统在稳定可靠的环境下运行，一定要充分发挥EMC的作用。本文对单片机系统中EMC技术的应用进行了详细的分析，希望能够防止单片机系统受到电磁干扰。

1 产生电磁干扰的具体原因

单片机系统在运行的过程中，经常会受到一些强电设备的干扰，比如电机启动以及继电器吸合等，如果利用示波器，就能够清除的看见电源电压波形上面干扰。另外，因为某些特殊原因，有些情况下单片机系统中每个部分之间都要保持一定的距离，再加上数据线和控制线使用的都是比较长的导线，没有采取相应的保护措施，在这种情况下单片机系统会更加容易收到电磁干扰。通过研究得知，单片机系统中的电磁干扰大部分都是以辐射以及电源回路的形式侵入的，干扰的途径主要包括以下几方面：首先，对输入途径的干扰，它会导致模拟信号发生失真的情况，数字信号出现错误，如果单片机系统按照错误的信号进行计算，那么得出的结果一定不会正确；其次，对输出途径的干扰，在对输出途径产生干扰时，它会和输出的信号相加，致使输出信号发生混乱，对正确的处理结果不能及时的反馈；最后，对单片系统内部总线的干扰，它会直接打乱控制、数据总线以及地址上面的数字信号，使EMC出现错误，程序受到破坏，甚至出现死机的情况。

2 EMC技术的研究趋势

通过上述对产生电磁干扰的具体原因以及干扰途径的分析，可以得出EMC技术的研究趋势主要包括以下几方面：

2.1 单片机系统中硬件的屏蔽

单片机系统中的屏蔽主要用来切断由感应耦合、交变电磁场耦合以及景点耦合结合在一起形成的电磁噪声传播途径，对它们进行电磁屏蔽、磁场屏蔽以及静电屏蔽。而屏蔽技术的主要研究趋势是对金属、复合材料以及各种材料进行功能屏蔽，或者是对多层、单层以及各种结构的屏蔽等。

2.2 单片机系统中硬件的隔离

单片机系统中的隔离最主要的作用就是切断以传导方式为主的电磁噪声的传播途径，它的研究趋势是利用直流继电器、交流继电器、光电隔离器以及隔离变压器等实现电磁干扰和单片机系统的隔离。它最大的特点就是非常容易的隔离两部分的地线系统，避免在单片机系统中出现耦合的现象。

2.3 单片机系统中硬件的滤波

对于单片机系统中的滤波来说，它主要是设置在频域上，主要的作用是能够切断噪声的传播。它的研究趋势是充分利用电熔电感等滤波器件，把没有利用价值的部分的信号过滤掉，保存需要的信号。比如，在处理电源滤波器时，过滤掉一些高频和低频的电磁噪声，只保存50Hz的电源频率，从而实现单片机系统的良好运行。

2.4 单片机系统中硬件的接地

单片机系统中的接地，它是有效信号和电磁噪声的提供途径，它的研究趋势是信号地、电源中线以及安全地的各种接线，是一种非常有效的接地方法。它在工作的过程中，主要会考虑到怎样设计接地体、如何进行数字地和模拟地的布置等。

2.5 单片机系统中软件的编程

虽然上述的硬件抗干扰措施起到了一定的作用，为单片机系统的\行营造了一定安全稳定的环境，但是并没有在本质上解决电磁干扰的问题，不能确保一点干扰都没有，所以，要充分发挥软件编程的作用。所谓的软件抗干扰技术，就是单片机系统受到干扰之后，改变单片机系统内部的程序，使单片机系统恢复到正常的运行状态。比如，当输入信号受到干扰时，系统中制定的编程就能对其进行筛选，保存下真实的信号。这种编程设计千变万化，可以节省一定的硬件成本，而且操作起来也非常简便。

3 单片机系统中EMC技术的应用

3.1 EMC技术在单片机系统硬件中的应用

3.1.1 接地方式

因为单片机系统的工作频率比较低，基本上1MHz以下的干扰频率就能对其产生影响，因此，可以使用一点独立接地的方式，但是，一定要注意接地线的长度要比波长的 短。在一点接地方式中，主要包括串联一点接地和并联一点接地，串联一点接地是为了避免电磁干扰，而且每个支路中间的地线应该减小到最大限度，使线径保持在足够粗的状态，尤其是电平比较低的，应该将其设置在电源的旁边。与串联一点接地相比，并联一点接地中各个支路上的电流互相都不会产生影响，更不会出现干扰的现象，从而保证了单片机系统的练好运行。

3.1.2 光电隔离

在单片机系统的运行过程中，将光电隔离器件安置在输入和输出的通道上，从而实现信息的传递，而且还能使单片机系统和开关、继电器以及传感器等各个机构分离开来，和PLC相似，能够将大部分外界带来的干扰阻挡在外面。另外，一些数字信号也可以利用光电耦合的方式进行传递，而模拟信号可以利用线性光耦的方式进行传递，从而保障单片机系统的运行质量。

3.1.3 滤波

如果要想在单片机系统中进行低频信号的传输，可以适当的添加一些RC低通滤波器，能够在一定程度上减小外界对单片机系统的干扰。在单片机系统的运行过程中，对电源环境有比较高的要求，这时就可以利用电源滤波器，只需要保存50Hz的电源频率，其他的高频和低频电磁噪声都可以直接过滤掉。

3.1.4 屏蔽

在单片机系统中如果发生电磁干扰，屏蔽能够发挥很好的作用，利用金属壳把单片机系统中的关键部分保护起来，之后将金属外科或者是金属闸直接接地，就能将电磁干扰导入到大地中，防止电磁干扰对单片机系统产生影响。另外，屏蔽外科的接地点要和系统信号中的接地点结合在一起，如果从被金属屏蔽的单片机系统中接出一个信号线，就要使用屏蔽线，这时屏蔽层和外壳要保持在同一点进行系统参考点的连接。需要注意的是，一些特殊的参考接地点的不同系统应该分开屏蔽，不能放在同一个金属屏蔽壳里。

3.2 EMC技术在单片机系统软件中的应用

3.2.1 数字滤波器

在单片机系统的运行过程中，可以将EMC技术应用在单片机的软件中，进而更有效的对叠加在模拟信号中的噪声进行控制，并且获得正确的信息。单片机系统中经常使用的滤波方式有程序判断滤波、中值滤波、算术平均滤波以及加权平均滤波等，这些滤波方式能够很好的避免单片机系统受到外界的电磁干扰，从而更加安全可靠的运行。

3.2.2 软件拦截

如果单片机系统受到电磁干扰，出现程序错乱的现象，必须要及时采取有效措施将程序带回到正常的道路中，其中经常见到的抗干扰技术是软件拦截技术，它会通过NOP指令的使用、未使用的中断区陷阱以及程序区陷阱等来实现单片机系统的抗干扰，从而确保单片机系统的良好运行。

3.2.3 程序监控

如果单片机系统受到电磁干扰，导致程序进入一个死循环，这时不管是指令还是软件拦截都不好用，单片机系统会彻底的瘫痪，处在无法运行的状态。针对这种情况，在单片机系统的程序中应该安装一个监控系统，对整个程序进行监控，其中主要要具有以下几方面的特点：首先，该监控系统能够独立工作，不会时刻依靠单片机系统中的MCU；其次，该监控系统应该在规定的时间和MCU接触一次，确保该系统运行正常；最后，如果MCU陷入了死循环，该系统能够在第一时间发现，并且采取相应的措施使其恢复到原本的运行状态。

3.3 EMC技术在单片机系统中其他部分的应用

EMC技术除了上述的应用之外，在单片机系统中还有其他方面的应用，其中主要包括以下几方面：首先，单片机系统在运行的过程中，会用到长线进行信号的传输，这时可以使用双绞屏蔽线来作为传输线，从而对共模噪场和电磁场的干扰起到控制作用。但是，需要注意的是，一定要确定好传输线的阻抗匹配，防止出现反射现象，导致信号失真；其次，在进行单片机系统的电路设计时，一定要注意进行电平匹配，比如TTL“1”电平是2.5到5伏，“0”电平是0到0.5伏。如果CMOS输入“1”电平，那么就是4.89到5伏，如果输入“0”电平，那么就是0到0.02伏。所以说，一旦CMOS接受TTL的输出，那么就要在输入端添加平转换器或者是上拉电阻，不然的话，CMOS中的器件就会保持在不确定的状态；再次，在单片机扩展时，一定不能超过它自身的驱动能力，不然会导致整个系统工作处在不正常的状态。如果必须要超负载运行，就要添加总线驱动器，比如74LS244以及74LS245等；最后，在CMOS电路中，如果有不使用的输入端一定不要悬空放置，不然会导致电平出现不正常的现象，而且在外界电磁干扰的情况下还会出现错误的动作。因此，在进行CMOS电路的设计时，可以按照实际的情况，将多出来的输入端和正电源或者地面连接在一起，这样就会避免出现上述的情况，还会确保单片机系统的良好运行。

4 结束语

综上所述，EMC技术在单片机系统的运行过程中起着非常重要的作用，能够避免外界产生的电磁干扰影响单片机系统的安全运行，因此，我们一定要对EMC技术引起重视，充分发挥其在单片机系统中的重要作用，实现单片机系统的良好运行。

参考文献

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[2]陈晓辉，董邦天，黄晋豪.浅谈单片机系统设计的误区和对策[J].通讯世界，2016（09）：264.

[3]薛建方.浅谈单片机系统设计的误区与对策[J].电子制作，2013（18）：20.

作者单位

佛山职业技术学院 广东省佛山市 528137