谈论工业单片机抗干扰问题

一、工业现场中主要的干扰源

（1）电源对单片机的干扰。由于单片机电路通过电源电路接到电网，所以电网的噪声可以通过电源电路干扰窜进单片机线路，这是单片机电路受干扰的主要原因之一。单片机系统中最主要并且危害最严重的干扰源也来自电源的污染。工业发展越迅速，电源的污染越严重。许多文献认为，电网电源的抗干扰措施完善了，单片机和电子电路的抗干扰问题就解决了一半。由此可见抑制电源干扰的重要性。电源干扰可以从以下几种情况来详细考虑：第一种情况，通过电源变压器的耦合。由于变压器的初级线圈靠得很近，这两部分间的分布电容通常有数百PF。这种分布电容不仅电容量大，而且有十分好的频率特性，对高频噪声有很低的阻抗；第二种情况，电源本身的过压、欠压、停电等故障引起的电源的噪声。任何电源及输电线都存在内阻，正是这些内阻引起电源的噪声干扰。第三种情况，浪涌、下陷、尖峰电压与其它电源干扰。大功率设备在接通瞬间需要很大的启动电流，并可持续几百毫秒，从而在输电线路内阻上将产生很大的压降，这是电网中产生电压瞬变（浪涌、下陷）的主要原因。这些噪声迭加在正弦交流电压上沿线路传输，在所到之处引起干扰，如果幅度过大，会毁坏设备。

（2）高频设备对单片机的干扰。高频设备在运行过程中高速的进行开关的切换时，产生大量耦合性噪声。此外变频器的整流桥对电网来说是非线性负载，它所产生的谐波会对同一电网的其他电子、电气设备产生谐波干扰。

（3）感性负载对单片机的干扰。在电力拖动控制系统中，接通或分断感性负载（比如电机、交流接触器线圈等）是一种常见的控制动作。在感性负载的通断过程中，其触点都会产生较大的电弧。这种电弧放电产生一种很强的电磁干扰，这给单片机的工作带来非常严重的影响。

二、C51单片机抗干扰的措施

C51单片机的抗干扰措施主要分为两大类，硬件抗干扰和软件抗干扰。（1）继电器线圈增加续流二极管，消除断开线圈时产生的反向电动势干扰。（2）在继电器接点两端并接火花抑制电路（一般用RC串联电路），减少电火花的影响。（3）给电机加滤波电路，注意电容、电感引线要尽量短。（4）可控硅两端并接RC抑制电路，减小可控硅产生的噪声。（5）外壳接大地，解决人身安全及防外界电磁场干扰。（6）如果单片机的I/O口用来控制电机等噪声器件，在I/O口与噪声源之间应加隔离。（7）注意晶振布线。晶振与单片机引脚尽量靠近，用地线把时钟区隔离起来，晶振外壳接地并固定。（8）单片机和大功率器件的地线要单独接地，以减少相互干扰。大功率器件尽可能放在电路板边缘。（9）布线时，电源线和地线要尽量粗。除减少压降外，更重要的是降低耦合噪声。（10）对单片机使用电源监控及看门狗，如IMP809、IMP706、IMP813、X5043等可大幅度提高整个电路的抗干扰性能。（11）在速度能满足要求的前提下，尽量降低单片机的晶振和选用低速数字电路。（12）IC器件尽量直接焊接在电路板上，少用IC座。（13）印刷电路板上每个IC的电源端要并接一个0.01μF～0.1μF高频电容，以减小电源对IC的影响。常见的软件抗干扰措施有以下两种：一是指令冗余。CPU取指令过程是先取操作码，再取操作数。当PC受干扰出现错误，程序便脱离正常轨道“乱飞”，当乱飞到某双字节指令，若取指令时刻落在操作数上，误将操作数当作操作码，程序将出错。若“飞”到了三字节指令，出错几率就更大了。在关键地方人为插入一些单字节指令，或将有效单字节指令重写称为指令冗余。通常是在双字节指令和三字节指令后插入两个字节以上的NOP。这样即使乱飞的程序飞到操作数上，由于空操作指令NOP的存在，避免了后面的指令被当做操作数执行，程序自动纳入正轨。

此外，对系统流向起重要作用的指令如RET、RETI、LCALL、LJMP、JC等指令之前插入两条NOP，也可将乱飞程序纳入正轨，确保这些重要指令的执行。二是拦截技术。所谓拦截，是指将乱飞的程序引向指定位置，再进行出错处理。通常用软件陷阱来拦截乱飞的程序。因此要合理设计陷阱，其次要将陷阱安排在适当的位置。当乱飞程序进入非程序区，冗余指令便无法起作用。通过软件陷阱，拦截乱飞程序，将其引向指定位置，再进行出错处理。软件陷阱是指用来将捕捉的乱飞程序引向复位入口地址0000H的指令。电子电路中抗干扰是一门很大的学问，在工业生产领域中时时刻刻都会存在不同的干扰现象出现，为确保正常的生产加工，我们就需要掌握不同抗干扰的解决措施，这样在工业生产领域中才能更有效率的发挥单片机的作用。