單片機(jī)在嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用中的抗干擾探究

摘要:抗干擾性能是單片機(jī)在嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用中，判斷系統(tǒng)可靠性的重要指標(biāo)，因此，抗干擾設(shè)計(jì)也是單片機(jī)系統(tǒng)研制中非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。本文根據(jù)筆者多年與單片機(jī)系統(tǒng)打交道的經(jīng)驗(yàn)和工作體會(huì)，關(guān)于單片機(jī)系統(tǒng)常見的干擾源做了簡(jiǎn)要的分析，然后相對(duì)應(yīng)地提出了一些抗干擾措施。

關(guān)鍵詞:單片機(jī);嵌入式系統(tǒng);干擾源;抗干擾措施

中圖分類號(hào):TP368.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1674-7712 (2012) 12-0218-01

一、前言

近些年，單片機(jī)系統(tǒng)已經(jīng)漸漸地成為了工業(yè)測(cè)控系統(tǒng)領(lǐng)域中的重要部分，并且在這些領(lǐng)域得到了廣泛地應(yīng)用。所以，單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計(jì)十分重要，它的抗干擾性能的高低決定系統(tǒng)在復(fù)雜惡劣環(huán)境下的工作狀況，從而決定它的使用價(jià)值。尤其是對(duì)于一些實(shí)時(shí)控制的遠(yuǎn)距離系統(tǒng)，有些現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境條件比較差，干擾因素較多，系統(tǒng)不可避免地會(huì)受到來自其他電磁設(shè)備的干擾。因此，常規(guī)的抗干擾設(shè)計(jì)很難保證系統(tǒng)正常運(yùn)行。下面就常見的干擾源和抗干擾措施做簡(jiǎn)要的闡述。

二、常見的單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)的干擾源

(一)電源干擾

單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)受到的很多干擾都來自電源，電源的通斷、短時(shí)間的短路、電網(wǎng)串進(jìn)來的干擾脈沖等造成單片機(jī)運(yùn)行錯(cuò)誤動(dòng)作占各種干擾的90%之上。另外，“尖峰干峰干擾”在系統(tǒng)的運(yùn)行中有很大的危害性，它常常是由于生產(chǎn)負(fù)荷的改變而產(chǎn)生的。重型交直流電機(jī)、可控硅、電梯、電焊機(jī)、繼電器、電烙鐵和一些大電流用電設(shè)備都會(huì)產(chǎn)生“尖峰干峰干擾”。這些大型用電設(shè)備的電源通斷會(huì)致使工業(yè)電網(wǎng)電壓出現(xiàn)幾百伏、甚至幾千伏的尖峰脈沖，因此，電源干擾對(duì)單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)的運(yùn)行構(gòu)成很大的危害。

(二)空間的磁場(chǎng)干擾

在單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)的周邊存在著很多的電磁波，這些電磁波輻射到控制系統(tǒng)中后會(huì)對(duì)控制系統(tǒng)造成影響，這樣的干擾就是空間磁場(chǎng)干擾。系統(tǒng)周圍的開關(guān)、電焊機(jī)、發(fā)射天線、電氣設(shè)備等都會(huì)發(fā)出電磁波，而且這些電磁波很容易竄入控制系統(tǒng)內(nèi)部，干擾嵌入式系統(tǒng)的正常運(yùn)行。在這樣存在各種電磁干擾的電磁場(chǎng)中，測(cè)控系統(tǒng)的各部件之間會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)差，終而形成對(duì)系統(tǒng)的干擾。

(三)傳輸通道干擾

信息在傳輸過程中受到的干擾稱為傳輸通道干擾。系統(tǒng)的外部設(shè)備和輸入、輸出部件振蕩電路、變壓器、驅(qū)動(dòng)器等都會(huì)對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生干擾。如果系統(tǒng)在運(yùn)行過程中出現(xiàn)了電氣設(shè)備漏電、傳感器測(cè)量部件絕緣部分受損、接地系統(tǒng)有欠缺等狀況，這時(shí)就會(huì)在傳輸通道中串入較高的共模電壓或者差模電壓。如果各個(gè)通道的傳輸線處在同一條電纜線中，這時(shí)就會(huì)通過電纜周圍分布的電感或者分布的電容相互干擾。

三、抗干擾措施

(一)抗電源干擾措施

1.利用壓敏電阻抑制尖峰、浪涌。當(dāng)壓敏電阻兩端的電壓超過它正常的限定值的時(shí)候，通過壓敏電阻的電流就會(huì)突然增大，形成暫時(shí)性的短路現(xiàn)象，考慮到壓敏電阻的這個(gè)特性，我們可以利用它吸收瞬間的尖峰、浪涌電壓。將壓敏電阻并聯(lián)在電源變壓器的初、次級(jí)之上，壓敏電阻的加入會(huì)使電源干擾對(duì)單片機(jī)程序構(gòu)成失控的可能性降低。

2.濾波器阻礙高頻電阻。在市電中，存在很多高次數(shù)的諧波，它們很容易通過電源進(jìn)入單片機(jī)系統(tǒng)，另外一些通過射頻發(fā)射的電磁波也會(huì)有電源線感應(yīng)進(jìn)入單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)，終而對(duì)系統(tǒng)構(gòu)成干擾。所以，通過在電源電路中加入低通濾波電路讓50Hz的市電基波通過，從而抑制了高頻信號(hào)的干擾。另外，在電源變壓器的初次級(jí)之間使用屏蔽層隔離，減少周邊環(huán)境分布的電容，提高抗共模干擾的能力。

3.電源變壓器采用雙隔離方式。這個(gè)具體是說將電源變壓器的初次級(jí)線圈的屏蔽層和初級(jí)線圈的中心和大地相連接，將次級(jí)外屏蔽層與抑制板地相接，這樣的做法是為了減少高低頻脈沖的干擾。

(二)空間磁場(chǎng)抗干擾措施

屏蔽和接地是抵抗空間磁場(chǎng)干擾的主要方法，但是要做好屏蔽和正確的接地需要注意以下幾點(diǎn):首先，建議使用帶有屏蔽的信號(hào)線，并且將屏蔽層獨(dú)自接地，千萬不要將導(dǎo)線的屏蔽層作為信號(hào)線或者公用線去使用，這樣做可以在一定程度上減少電磁場(chǎng)的干擾。然后，在將感應(yīng)體接地時(shí)，要注意操作事項(xiàng)，不要將其接成接地環(huán)路，這也是消除靜電干擾最有效最簡(jiǎn)單的辦法，最后，在進(jìn)行強(qiáng)電流負(fù)載電路和計(jì)算機(jī)弱電流電路接地時(shí)，要將二者的接地點(diǎn)分開，并且，應(yīng)該使用粗銅線將地線接到箱底地線上。

(三)輸入輸出抗干擾措施

為了有效地阻止干擾進(jìn)入主機(jī)系統(tǒng)，可以在輸入輸出信號(hào)上加上電耦合器進(jìn)行隔離，這樣做可以講主機(jī)部和前向、后向通道和其他部分之間的電路關(guān)系切斷。單片機(jī)實(shí)時(shí)系統(tǒng)信號(hào)的長(zhǎng)線傳輸時(shí)，注意使用雙絞線，這樣可以提高系統(tǒng)的抗噪聲能力，與此同時(shí)，要對(duì)傳輸路線匹配阻抗，在傳輸線的始端串聯(lián)電阻，末端并聯(lián)電阻，從而實(shí)現(xiàn)正常有效的匹配，這樣才能夠有效地提高系統(tǒng)的抗干擾能力。

(四)采用看門狗技術(shù)

使用看門狗就是為了避免程序運(yùn)行時(shí)形成死循環(huán)?？撮T狗技術(shù)分硬件看門狗和軟件看門狗。硬件看門狗利用一個(gè)定時(shí)器，在主程序運(yùn)行過程中，在定時(shí)時(shí)間達(dá)到之前對(duì)定時(shí)器進(jìn)行復(fù)位，若出現(xiàn)死循環(huán)，則在定時(shí)時(shí)間到之后就會(huì)對(duì)定時(shí)器復(fù)位，從而有效地監(jiān)控了程序的運(yùn)行。軟件看門狗運(yùn)行原理和上面所述基本一樣，它是在程序存儲(chǔ)器的空余地址中全部填上一條跳轉(zhuǎn)指令，一旦出現(xiàn)死循環(huán)，只要程序指針指向這些地址，這些程序便會(huì)被強(qiáng)制跳轉(zhuǎn)到程序的開始處或者其他可以完成程序跳轉(zhuǎn)的地址，從而使得程序脫離死循環(huán)。這也就是通常上所說的軟件陷阱，效果明顯，因而被廣泛使用。

四、結(jié)束語

通過對(duì)那些常見的單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)干擾源進(jìn)行分析，我們針對(duì)不同的干擾源提出了不同的抵抗措施。當(dāng)然，不同的系統(tǒng)它們的干擾情況是不一樣的，系統(tǒng)的適應(yīng)性能和精確要求也是有差異的，所以我們要根據(jù)不同系統(tǒng)的具體情況做出具體的抗干擾設(shè)計(jì)。在抗干擾措施上，可以軟硬件并用，從而保證系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和準(zhǔn)確性。

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