探究单片机控制系统的抗干扰技术

沈宗明

（惠州工程职业学院，广东 惠州516001）

单片机在工业行业中逐渐的应用起来，为工业领域中的生产带来了诸多的便利条件。一般在单片机的检测过程中都是在实验室或者是干扰性较低的环境中，但是工厂中的环境会严重影响着单片机的使用效果。因而，工厂要想使用单片机就需要增强单片机中的抗干扰性以及减少工厂中的干扰因素，进而来进一步的提高单片机的稳定性和安全性，便于在工业领域中的使用。

1 单片机的概述

1.1 单片机的定义

单片机，又叫做单片微型计算机，属于典型的嵌入式为控制器，主要是计算机系统通过集成到一个小的芯片上，因而质量较轻，占据的面积较小以及价格较低。比起计算机设备，基本功能类似，主要是缺少了外围的设备，进而为后续的开发与应用提供了有利的条件。

1.2 单片机的主要构成

单片机主要是由中央的处理器，存储器，定时或者计数器以及各种各样的输入输出的接口通过集成技术来融合在集成的电路芯片上。

2 单片机干扰的来源以及主要的干扰类型

2.1 空间辐射的干扰

空间辐射的干扰主要是借电磁波向单片机的系统来进干扰，借助电场的实质是电容耦合来产生干扰，之后干扰信号借助导线或者是电路线路中的分布电容来进入到单片机的系统之中。而对于电磁场的实质是互感性耦合产生的干扰，信号借助电路或者是回路中的互感性耦合来产生干扰。

2.2 供电系统而引起的干扰

在具体的工业生产过程中，会涉及到较多的庞大的设备，其中会产生干扰信号的是一些具有感性的负载设备，这些设备在开启与停止的动作中造成干扰的信号，进而使得单片机的供电系统受到较大的影响，进而使得单片机受到影响。

2.3 输入输出通道而引起的干扰

单片机在工厂中进行信息传输的过程中，主要是依靠输入或者是输出的通道来进行的，来连接前向接口，后向的接口以及主机，进而在传输的过程中，会在通道中产生一些干扰，进而使得单片机无法进行正常的使用。

3 单片机抗干扰技术的探索与分析

在通过对单片机受到的干扰类型进行分析之后，了解到单片机受到的干扰由三个方面来组成，第一是需要一定的干扰源，第二是需要借助一定的干扰途径，第三是需要有接受产生干扰信号的敏感性的接受回路。这三个条件是缺一不可的，仅仅是在三者满足得条件下才能使得单片机受到干扰。因此，在研究与设计单片机的抗干扰技术时，只需要将三个因素进行控制即可，也就是使得三个条件不能同时满足，就可以使得单片机不会受到干扰。

4 单片机抗干扰技术的设计与研究

4.1 硬件抗干扰技术

在单片机的抗干扰技术的分析与研究过程中，硬件抗干扰技术的模式较为固定，是属于主动地去与干扰进行管理与控制。其中，主要可以分为滤波技术，去耦技术，屏蔽技术，线间窜扰的分析与抑制以及接地技术，下列对各种硬件的抗干扰技术进行了全面综合的分析与研究。

4.1.1 滤波技术

单片机的复位端口会受到电源相按钮传送的噪音干扰，进而使得单片机不能进行正常的工作。下图分别是两种复位电路图，对于图二来说，是属于低通的滤波环节，主要是＜3τ 的脉宽有抑制作用的效果，而图一是属于高通的滤波环节，起不到抑制的作用，并且τ=RC，因而通过分析，图一的复位电路对抵抗电源噪音的效果更突显。

图1

图2

4.1.2 屏蔽技术

屏蔽的原理指的是借助屏蔽体来将通过空间形成电场，磁场以及其他形式耦合的部分结构来进行隔绝，也就是将通道进行阻断，进而降低了噪音产生的干扰。通常采用的屏蔽方法是选用低电阻材料作为屏蔽体，之后将需要屏蔽的结构进行隔离，进而起到的屏蔽干扰的作用。

4.1.3 线间窜扰的分析与抑制

线间窜扰指的是多条线路之间相互靠近并且平行，因而导线就会对周边的线路产生干扰，进而使得单片机不能进行正常的使用。因而选择扁平电缆来进一步的抑制线间窜扰出现的干扰现象。一般来说，每相隔9cm 的导线中，电容为3pF，信号的频率是100MHz，而且导线中存在的阻抗也会产生一些干扰，因而更容易发生窜扰的现象。具体的抑制措施是，第一是在使用扁平导线时，按照电平信号来进行分类，每条线路之间要有一定的间隔。第二是将相邻信号组中用处不大的线路进行接地。第三是在配线的过程中，大力的促进扁平电缆紧挨接地底板，或者是为电缆设置接地屏蔽底板来进一步减少耦合电容。再者是在硬件设计中借助光电隔离的措施来实现对输出设备的控制，进而实现隔离的效果。一般前后通道抗干扰的电路图如下（第一张图是后面通道的抗干扰电路图）。

图3

4.2 软件抗干扰技术

软件抗干扰的技术较为简单和灵活，与硬件技术不同，没有专业固定的模式，而且随着时代的发展也在同步的发展。其中，软件抗干扰技术主要是针对指令“乱飞”的情况来提出解决措施。在具体实际过程中的单片机的抗干扰技术中，是选择硬件和软件二者融合的抗干扰技术，而不是单独的一种抗干扰技术。

4.2.1 指令冗余技术

如果单片机的程序计时器PC 受到了干扰，就会使得程序与原始的程序之间出现差距，进而导致“乱飞”的现象出现，而这些乱飞一些指令中，会使得操作码出现差错，进而出错的机率会逐渐的增大。而指令冗余指的是在程序中多使用单字的指令，并且在重要的地区来设置一些字节的指令来降低干扰。其中，设置字节的指令，一般是在2 字节或者是3 字节中植入2 个字节的NOP 指令，进而使得指令不会出现'乱飞'的情况。再者是重复写关键重要的指令，可以是一些具有决定程序流向和指导系统工作的指令的后面重复写这些指令，进而能够保证指令按照规定的执行。

4.2.2 软件陷阱技术

软件陷阱技术通常是对于乱码飞入一些非程序区域来使用的抵制技术，也就是设立一些软件陷阱来将乱码引入到指定的区域中进而来阻拦乱码，进而在该区域中对乱码进行处理。常见的两种软件陷阱类型如图4 所示以及乱码飞入不同的区域中的处理方法。

图4

4.2.3 看门狗技术

如果当单片机的系统在受到干扰后，就会使得系统的主程序进入到死循环中，而且中断得服务程序也会进入到死循环甚至关闭中断的状态。此时借助看门狗的技术，可以进一步的提高单片机受到的干扰。在看门狗的技术中，由T1 中断服务程序来监视主程序是否进入死循环，进而主程序对T0 中断服务中故障是否关闭来进行监视，因而使得T1 中断服务程序的循环和故障是否关闭可以由T1 来进行监视，进而提高了单片机系统工作的可靠性。同时，在设置的过程中要尽可能的减少T0 的中断服务程序中数据的长度，进而来降低进入死循环中的频率。图5 是T0 和T1 的中断流程图（左边是T1 终端流程图）。

图5

4.2.4 开门自检技术

开门自检技术通常是指在开机之后对RAM,ROM,I/O 口的状态来进行检测与分析，主要是在程序的编写时要将RAM与ROM进行分类的存放，而在进行运行主程序的过程中要及时的对数据进行再次的检查，从而能够及时的发现一些差错，进而避免单片机的系统受到影响。

5 结论

单片机在工业领域中的应用程度在逐渐地增加，但是会周到周边的干扰，进而使得单片机不能够进行正常的使用，因此，就需要对单片机中的抗干扰技术进行设计与研究。其中在设计抗干扰的技术时，要综合的考虑多种因素再进行设计，尽可能的选择硬件与软件之间进行协调融合的抗干扰技术，进而才能够促进提高单片机的抗干扰的技术水平，进一步的提升单片机的安全性能和稳定性，最终促进单片机能够稳定持续的工作，进而为工业的生产以及人们的生活中提高服务。