单片机技术在控制系统中的应用

王铸骞 黄旷擎 刘钰沐

摘 要：信息技术的发展与应用，单片控制系统也随之完善。然而在实践操作中，由于存在一些不可忽视的影响因素，直接造成单片控制系统在实际应用中出现了一系列问题，严重影响到了单片控制系统的进一步发展。本文主要从硬件、软件两个方面阐述了如何提升单片控制系统安全运行水平，旨在为单片控制系统的发展提供一系列具有参考价值的建议。

关键词：单片机技术；控制系统；应用

社会经济的发展，推动了工业的发展。然而在工业制造生产过程中，由于一些客观因素等的存在，直接造成工业生产系统难以安全稳定运行，直接影响到了工业生产制造水平的提升。就以单片机控制系统而言，在实际运行中，由于干扰因素的存在，造成其安全稳定运行成为了不可能。因此，有必要在设计单片机系统中增加必要的抗干扰措施，由此保证单片机控制系统的安全、高效、稳定运行。结合单片机控制系统运行状况，发现主要受到外部电气设施与内部元件的影响。因此，单片机控制系统要想高效稳定运行，需要从提升软硬件抗干扰能力。鉴于此，本文对“单片机技术在控制系统中的应用”展开更深出层次的剖析具备极为重要的现实意义与价值。

一、硬件抗干扰措施分析

为保证单片机控制系统高效、稳定运行，就需要采取有效硬件抗干扰措施，切实解决一些干扰因素的影响问题，或者是消除影响因素。笔者认为在具体的实践操作中，硬件抗干扰操作主要涉及到供电系统、输入通道以及地线设计三个方面的内容。接下来，笔者就个人的见解，加以一一阐述，供相关业内人士借鉴。

（一）供电系统方面的抗干扰措施分析

一般而言，单片机控制系统运行所需要的电能，主要来源于国家电网。然而众所周知，国家电网在输送电过程中，主要采取高压方式，促进输电效率与保证输电质量，在使用之前，需要进行必要的变压、整流、滤波以及稳压等一系列操作之后，方可供电给用户或者是设备。单片机控制系统也是如此，鉴于电网当中大量存在噪音、高频以及电压突变等干扰因素，一旦伴随电能引进控制系统当中，直接会对单片机控制系统产生不良影响。另外，电网与数据采集系统两者连接，主要以直连方式为主，在地电位差的影响下，直接形成环路电流，从而产生共模干扰因素。针对这一问题，首先，可以对控制系统每一模块实施稳压、稳定交流电源的使用等方式，可以有效引致上述因素的影响，切实提升供电系统的抗干扰能力。电网与数据采集兄台那个可以借助隔离变压方式，避免控制系统内引入电网地线的干扰。关于噪声问题的解决，主要是通过选择交流稳压器，可以避免电网大范围出现波动，由此实现降噪目的，进而解决了噪音干扰。另外，高次频波的影响，主要是选择交流电源滤波器，这种设施的优势在于能够将超过规定的滤波直接消除，并且可以将输出与输入端隔离开来。同时，同时分组供电方式，对系统每一模块进行供电，避免模块之间相互干扰。

（二）模拟输入通道方面的抗干扰措施分析

信息交换的实现，主要借助模拟输入通道，但是在公共地线直接干扰到信息的正常交换。例如传输线路较长，还会遇到静电或者是电磁波的影响，直接造成信号传输不稳定，进而影响到信号接收质量。基于上述问题，分析本质原因在于干扰源存在电路当中。因此，这一问题的解决，需要立足于于隔离干扰源。实际操作中，可以选择电磁隔离与光电耦隔离方式，需强调的是光传感器与发光二极管作为技术核心零部件，在封装过程中，两者虽能隔离两个电路的地线，但是自身会形成干扰，需做好两者隔离的工作，由此避免干扰因素的存在。一般而言，一旦外部环境的模块与单片机控制系统中的单片机或者是数据接口相接触之后，会产生一定的干扰，需要采取光电耦隔离方式，有效降低或者是消除电路形成的干扰。

（三）地线设计方面的抗干扰措施分析

单片机控制系统中，主要有系统地、数字地以及机地等，在地线设计方面的抗干扰，主要涉及到接线方式。在实际操作中，主要涉及到两个方面的内容。一是增加地线接地面积与宽度，通过以多点接线方式为主。众所周知，导体当中必然存在阻抗，一旦有电流通过，将会出现电压梯度问题，这一问题的有效解决方法，就是降低系统当中的电阻，目前主要可以选择多点接地方式，控制电位差，进而减少电阻加大或者是减少的方式实现。二是，分类模拟或者是数字电路。电路之间的干扰，可以通过设置数字地或者是单独设置模拟地两种方式实现。

二、软件抗干扰措施分析

除了上述分析的硬件抗干扰措施之外，还需要注重单片机控制系统软件方面的抗干扰能力，具体涉及到两个方面的内容。

（一）指令冗余

CPU提取指令的有效方式主要是在提取操作码的基础上，再取操作数，一旦存在干扰因素影响到单片机控制系统的正常运行，系统程序当中势必会提取由错误的操作码，进而造成系统出现故障。由此可见，指令方面的问题，主要来源于操作码的提取。因此，可以在部分单字节指令人为插入到关键位置，或者是重写单字节指令，这种操作方式便是指令冗余。具体言之，在操作过程中，一旦出现程序错误，在提取操作码时，有重复单字节指令的情况下，就可以避免将后面的指令充当操作数执行，这样就可以保证程序正常执行。另外，在程序当中增加NOP，可以有效纠正错误程序，由此保证程序被正确执行。

（二）睡眠抗干扰措施分析

中断系统与定时计数系统，可以让单片机控制系统在睡眠状况，持续处于工作状态，由此避免CPU运行中，遭遇系统总线因素的影响。另外，针对CPU在整个应用系统当中，处理一些指令程序之外，主要以循环检查为主，并没有涉及到一些核心工作，但是在整个运行过程中，同样会受到诸多干扰因素的影响。因此，通常在不工作状态下，呈现休眠状態，工作状态下，及时唤醒CPU，待工作完成之后，又进行休眠。这样一来，可以有效减少干扰因素的影响。除此之外，注重掉电保护技术的应用。一旦硬件电路出现掉电信号之后，应该及时在单片机外部输入端增加与之相应的信号，由此保证系统在短时间内应对掉电干扰。

三、结语

总之，单片机控制系统在实际运行中，极易受到多种因素的干扰，因此有必要注重抗干扰措施的应用，因此，有必要在科技迅速发展的情况下，注重单片控制系统技术含量的增加。结合本文分析，笔者认为单片机控制系统要想高效运行，主要可以从硬软件方面入手，不断提升单片机控制系统的抗干扰能力，促进单片机控制系统的优化与完善。

参考文献：

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[4]李福成.试论单片机技术在电气传动控制系统中的应用[J].湖北农机化，2018（07）：51.

作者简介：

王铸骞（1995—），男，汉族，浙江温州，本科，研究方向：通信工程。

黄旷擎（1997—），男，汉族，四川乐山，本科，研究方向：通信工程。

刘钰沐（1998—），男，汉族，四川自贡，本科，研究方向：通信工程。