单片机自动控制中抗干扰问题分析

赵家莹

摘要：如今，科技技术发展速度越来越快，单片机技术也变得越来越成熟，由于其本身所具有的特点和优势，使得其在很多领域中都得到了应用，但是抗干扰性却一直都没有得到有效解决，这也在一定程度上阻碍了单片机的发展。因此，本文就针对单片机自动控制中的抗干扰问题进行分析，首先分析出现抗干扰的原因，然后为了提升单片机抗干扰能力从硬件和软件两个方面进行探讨，希望通过文章的探讨能够为相关工作人员在此方面上提供一定参考。

关键词：单片机;自动控制;抗干扰

0  引言

单片机在工业生产和人们生活中都得到了广泛应用，但是由于受到各种因素的影响，使得自动控制系统会受到很多干扰，影响到单片机正常稳定的运行。所以，如何提升单片机自身的抗干扰能力便成为了很多研究人员需要重点研究和解决的问题，也是保障系统运行可靠性的重点。文章对自动控制系统抗干扰能力和方法进行了研究，通过采取有效方法和措施避免单片机在运行时受到干扰，下面笔者就针对相关内容进行详细阐述。

1  单片机自动控制中出现干扰的原因

单片机是机械自动化中非常重要的部件，但是该部件在应用时常常会出现被干扰的情况，从而影响到单片机的正常使用。通过对各个方面进行分析，造成干扰问题的原因主要包括：①电源干扰。在单片机中，其所使用的电源主要是与工业系统所共用的，当对电源进行开关等操作时常常会导致电源电压产生非常大的波动，而且还会在操作过程中产生较强干扰信号[1]。另外，当电源引线过长电力传输还会形成感应电动势，从而对微机系统的稳定运行造成一定干扰影响。②人为干扰。此干扰主要是指因为人为因素而产生的的干扰，例如启动电动机、虚焊等等。③过程通道干扰。在自动控制系统中，模拟量和开关量这两者输入通道是非常重要的，在这些通道之中难免会形成干扰信号，从而对单片机的正常应用产生影响。由于各种原因都会形成干扰信号，对单片机的正常运转和应用产生非常大的影响，如此则需要采取有效措施提高单片机本身的抗干扰能力，促使单片机能保持正常运转。

2  单片机自动控制中抗干扰的硬件措施

在提升单片机抗干扰能力上，可以通过硬件措施得以实现，具体措施如下。

2.1 消除电源干扰

在自动控制系统中，应当提升供电系统本身的质量，降低乱入干扰，此时应当做好如下工作：首先，选择适当的设备与电源。在选择隔离电源变压器时，应当尽量选择具有抗电磁和静电屏蔽功能的设备，同时还要将单片机和强电设备的电源进行分离，为单片机单独供电[2]。在对中央处理器、控制线等线路进行配线时，应当选择具有良好导电性的材料，最大程度降低外界信号所产生的干扰。其次，保持电源电压稳定。为了避免电压发生畸变或是发生毛刺，应当滤波处理器处安装+5V电源，在布设电源线时应当尽量保持平行，降低电网所发生的波动。另外，在避免两级电压存在的不平稳问题，还能够将集成稳定块安装在系统中，以此来保障电压的平衡。最后，利用电源变频器。该设备的应用是对变压器进行隔离，以此来有效降低电源传导而发生的干扰，在抗干扰上具有良好的作用。

2.2 优化布线结构

自动控制系统是否具有良好的抗干扰能力与布线结构有着紧密联系，当布线结构合理，那么系统便会具有较为理想的抗干扰能力[3]。为了能够充分发挥布线结构在抗干扰上的能力，需要对布线结构进行优化与调整，其具体为：①对强弱电进行分离，尤其是在布设交流电时，最为理想的状态是使用分槽走线法，将交流与直流线单独进行捆绑，并让两者保持最大距离，降低对双方所产生的干扰。②模拟地与信号地两者应当保持分离状态，在进行接地处理时尽量保持单点接地状态。在使用屏蔽线时，需要对其布线结构进行优化，并对材料进行调整，如此才能够有效提升系统本身所具有的抗干扰能力。

2.3 提升接地抗干扰能力

在自动控制系统中电网与模拟地两者连接在一起，所以非常容易产生电网干扰，数字区域中会受到十分严重的干扰，导致单片机运行时数据出现错误，从而影响到设备的应用[4]。要想让单片机在应用时具有非常高的安全性，而且受到的干扰也很小，那么则需要不断健全接地方法避免干扰。由于单片机在接地形式上存在不同，如果信号频率在1-10MHz范围内，此时采用单点接地的形式，也就是将端子就近连接接地点;如果信号频率在10MHz以上，此时则应使用多点接地形式;如果信号频率在1MHz以下，那么则应当选择单点接地方式。

3  单片机自动控制中抗干扰的软件措施

除了硬件措施以外，通过使用软件措施也能够起到良好的抗干扰作用，具体包括如下三个方面。

3.1 软件陷阱技术

所谓软件陷阱主要是指拦截技术，也就是将发生显示错误等问题的程序识别出来，然后将其强行传输到相应的处理程序之中的软件技术。一般情况下，通常都会软件陷阱对发生乱飞的程序进行拦截，再使用合理措施对其进行处理[5]。在布设软件陷阱时，一般都是应用在没有使用的ROM空间和中断向量区等等，例如返回与跳转指令，此部分属于执行死角，难以对其进行有效监控，所以不会影响到执行效率。例如，可以设计容错程序，将系统之中出现失控的程序送到容错程序中，以便对其进行处理，处理结束后再将其送到正轨之中。

3.2 “看门狗”技术

该技术的应用主要是监控不断循环运行的城市需，若是当时间已经超过预设循环时间，此时则可以认为其进入到了死循环的状态，系统应当利用强迫执行方法将其送至0000H入口处，然后进行识别处理，让系统复位，以便走入运行正轨中[6]。此项技术具有非常明显的特征，主要表现为：①不依赖CPU，能够独立完成相关工作;②该系统每隔一段时间便与CPU接触一次，也就是所谓的“喂一次狗”，两者之间的接触在一定程度上说明了自动控制系统处于正常运行的状态;③当CPU出现了死循环问题，“看门狗”便能够及时发现系统所存在的故障，以便能够快速对其进行复位处理。

3.3 其他技术

除了上述两种措施以外，还可以使用其他软件技术对其进行处理，则需要根据单片机中断情况采取有效措施进行处理。在单片机自动控制中所采取的抗干扰方法还包括：①重复读取信号。在采集外部中断信号时，由于会受到干扰的影响而导致所采集的信号存在失真问题，如果不对其进行任何的處理，那么将会导致发生程序的错误执行。当产生干扰信号时，如果瞬间波动很短，那么采取重复读取信号的方式便能够有效解决该问题。②关闭未使用空间。将没有使用的空间进行关闭，能够避免错误的程序进入到空间中，从而降低所产生的干扰。

4  总结

对单片机所造成的干扰主要因素是其周围户环境，由于各种干扰因素的存在在一定程度上严重影响了单片机的应用，需要对其进行抗干扰设计，从硬件和软件两个方面采取措施进行优化，以便全面提升单片机本身的抗干扰性能。但是，如果在系统中应用大量抗干扰硬件设施的，那么则会降低系统本身的可靠性，所以可以通过采取软件技术弥补硬件技术所存在的不足，进一步提升自动控制系统本身的抗干扰性，保障单片机在运行上的可靠性与安全性，而这也能够为系统的稳定运行奠定良好基础。

参考文献：

[1]林金忠.单片机自动控制中抗干扰研究[J].长江大学学报（自然科学版）理工卷，2009（03）：267-268.

[2]唐建宏.单片机控制系统中的抗干扰技术及应用[J].明日风尚，2017（7）：372.

[3]沈志昕.单片机控制系统的抗干扰措施[J].河北农机，2018（03）：65.

[4]陈小波，秦付军.单片机控制系统抗干扰设计研究[J].2016（10）.

[5]孙乐益.单片机控制系统的设计与抗干扰措施研究[J].电子测试，2017（6）：12-13.

[6]黄启锋，郭丽花，林有希，等.单片机控制系统软件抗干扰方法的研究[J].中国农机化学报，2016，37（2）：214-217.