单片机嵌入式系统的抗干扰技术

王泉 丁伟民 卫凯龙 李建和 王浚宇 王海建

摘 要：单片机嵌入式系统是一种基于计算机系统的技术，在实际工作中经常容易受到一些因素干扰而影响到其正常的工作以及运行。关于单片机嵌入式系统受到的干扰因素主要包括：空间干扰，通道干扰以及电源干扰。这些干扰会在一定程度上对单片机嵌入式系统的稳定性造成影响，导致系统数据采集错误，定时不正确，误操作被控对象以及状态的不稳定。因此，有必要采用某些抗干扰的相关技术对这些不利的后果进行避免，本文将会从软件与硬件两方面对实现抗干扰的相关技术进行介绍和研究。

关键词：单片机技术;嵌入式系统;抗干扰;可靠性

引言

单片机嵌入式系统作为一个专用的计算机系统，可以在有限的功耗、体积和成本下最大发挥其应用功能。然而，随着应用需求的增长，单片机的工作环境已变得越来越复杂和恶劣。因此，为了确保单片机系统的稳定运行，在单片机嵌入式系统设计之初，便要考虑系统的抗干扰能力，否则一旦技术应用不当或受环境影响便会导致误差增加，从而系统无法正常运作，严重时造成设备装置失灵，出现重大损失。因此，利用抗干扰技术优化单片机嵌入式系统，保证指令快速、正确地执行是本文接下来重点研究与介绍的。

1单片机嵌入式应用系统及主要干扰因素

单片机嵌入式系统是以计算机技术为基础，以技术应用为中心，以硬件结构和软件功能为支撑，形成一个应用系统控制运行的功能耗损和稳定性的专业化计算机系统，也可以简单地说是一种在应用系统和高端的设备中嵌入用户看不到的计算机系统。单片机嵌入式应用系统在运行中，往往会受到一些因素的干扰，其运行干扰因素主要有三种，第一种干扰因素是供电干扰，当电能在线圈中流过时会产生磁场，这种磁场对单片机嵌入式应用系统的电气信号有着比较大的干扰作用;第二种干扰因素是空间干扰，由于空间狭小，相互之间产生的磁场相互作用而产生干扰作用;第三种干扰因素是过程通道干扰，进入系统的前向通道、后向通道以及与系统相连的其他通道的信号受到干扰，而产生信号衰减或消失。

2单片机嵌入式系统的硬件抗干扰技术

2.1优化供电设计

在很多情况下，单片机嵌入式系统连接的相关电气设备遭到干扰，其中很大一部分原因来源于电能供应的不稳定性，因此，要想实现单片机嵌入式系统的稳定运行，首先要对于相关的供电系统进行优化设计。为了达到稳定电能的作用，防止因为电源的电压过高或者过低造成的电能不稳定现象，可以在电能系统中使用交流稳压器来进行稳压。此外，可以借助隔离变压器和低通变压器对于工频噪声和高频噪声进行处理，保证系统的主机的电能供应和其他部位的电能供应区分开，运用独立安装连接的稳压器来防止其他的设备电能使用可能带来的电压不稳定现象。

2.2去耦技术

去耦技术指的是在单片机嵌入式的相关系统的设计过程中进行去耦电容的设置，从而形成去耦电路。原则上，是在单片机的相关嵌入式系统中的每个集成电路的相关以及地之间加入一个去耦电容器。采用这种方法的主要功能体现在两个方面：一是可以减少旁路的高频噪声，另一个是集成电路的存储电容器，提供和吸收集成电路打开和关闭时的充电和放电能量。此外，通过该过程，可以在很大程度上减小由于冲击电流的原因导致的传输线路和供应系统的相关电源内阻造成的压降，从而降低造成对单片机嵌入式系统的相关干扰。

2.3优化印制电路板布线和工艺

要确保单片机系统的抗干扰能力，要合理选择使用电路板，一般情况下，多层电路板是单片机嵌入式系统中的有效电路板选择对象。相对于单层电路板来说，这种电路板的性能更好，将这种多层电路板接入系统中，能够防止原件之间相互耦合和电位差的现象发生，保证单片机系统的稳定性。在印刷电路板时，要注意严谨性，进行合理的分区处理，确保数字电路、模拟电路之间不会靠的太近，防止相互电路之间的干扰，进行清晰的分区处理，尤其要做到对于地线的区分使用，确保地线和各自的电源端有效连接。在进行走线方式的制定时，要考虑到焊接面和元件面中的走向不能出现平行的连接，可以进行适当的弯曲和斜交。导线与导线之间要做好相互之间的平行程度控制，做到尽可能缩小平行长度。对于信号线的布局应该坚持距离的尽可能拉大来进行布线。在印制电路板的相关操作中，还要注重送电方式要符合相关的规则，做好单点接线和接地工作。不同的分区中，要确保地线和电源的分离，且都需要用粗线进行布线，将元器件按照有噪音产生和无噪音产生进行区分。

3单片机嵌入式系统的软件抗干扰技术

3.1指令冗余技术

单片机嵌入式系统在工作过程中会产生很多的干扰信号，由于干扰机理十分复杂，干扰因素也比较多，会存在很多的偶然性与随机性。受干扰因素影响，单片机系统非常容易出现程序跑飞的情况，尤其当单片机嵌入式系统在工作的过程中如果跑飞的程序在ROM区中工作的时候，此时可以采用指令冗余技术进行调整。由于程序跑飞是指系统受干扰后指针的值偏离后导致堆栈被破坏，因此可以可以在程序中插入几个单字节的空操作指令NOP，或是对关键指令在后面进行重复编写，以此保证后续指令不被拆散，使跑飞的程序回归正轨。该指令在程序中是冗余的，主要是起保护作用，不会对系统运行造成影响，但却有效避免了干扰因素的影响，大大提高了系统可靠性。

3.2数字滤波技术

在数据采集中其系统通道中会产生一些干扰信号，那么就需要数字滤波技术对信号进行滤波处理。数字滤波是单片机嵌入式系统利用数学公式信号进行处理，增加有用信号在所有信号输送的比重，保证信号的真实性和正确性。单片机嵌入式应用系统抗干扰数字滤波技术有：中值滤波方法，程序判断滤波方法，复合数字滤波方法，算术平均滤波方法以及加权平均滤波方法等。通常，这种抗干扰的技术主要是对数据采集系统通道中的干扰具有针对性，通过对数字滤波技术的使用，可以更好的保证信号的可靠性，并且可以很好的避免对有用信号的干扰及影响。此外，这种技术对硬件的设备要求不高，不需要增加设备，只要编辑一个滤波的有关软件程序就可以达到目的，它的优点就是稳定性高，修改方便，可以降低抗干扰的技术成本支出。

结语

目前，嵌入式单片机日益得到广泛应用，为了保证设备的可靠性，在分析干扰源的基础上，一方面可以强化抗干扰技术，为嵌入式单片机的有效运行提供可靠的保障，另一方面則可以通过结合硬件与软件的抗干扰技术来提升抗干扰能力，设计出可靠性高的嵌入式系统，确保设备能够正常稳定地工作。

参考文献：

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