單片機在嵌入式系統應用中的抗干擾探究

摘要:抗干擾性能是單片機在嵌入式系統應用中，判斷系統可靠性的重要指標，因此，抗干擾設計也是單片機系統研制中非常重要的一個環節。本文根據筆者多年與單片機系統打交道的經驗和工作體會，關于單片機系統常見的干擾源做了簡要的分析，然后相對應地提出了一些抗干擾措施。

關鍵詞:單片機;嵌入式系統;干擾源;抗干擾措施

中圖分類號:TP368.1 文獻標識碼:A 文章編號:1674-7712 (2012) 12-0218-01

一、前言

近些年，單片機系統已經漸漸地成為了工業測控系統領域中的重要部分，并且在這些領域得到了廣泛地應用。所以，單片機應用系統的抗干擾設計十分重要，它的抗干擾性能的高低決定系統在復雜惡劣環境下的工作狀況，從而決定它的使用價值。尤其是對于一些實時控制的遠距離系統，有些現場環境條件比較差，干擾因素較多，系統不可避免地會受到來自其他電磁設備的干擾。因此，常規的抗干擾設計很難保證系統正常運行。下面就常見的干擾源和抗干擾措施做簡要的闡述。

二、常見的單片機嵌入式系統的干擾源

(一)電源干擾

單片機嵌入式系統在運行時受到的很多干擾都來自電源，電源的通斷、短時間的短路、電網串進來的干擾脈沖等造成單片機運行錯誤動作占各種干擾的90%之上。另外，“尖峰干峰干擾”在系統的運行中有很大的危害性，它常常是由于生產負荷的改變而產生的。重型交直流電機、可控硅、電梯、電焊機、繼電器、電烙鐵和一些大電流用電設備都會產生“尖峰干峰干擾”。這些大型用電設備的電源通斷會致使工業電網電壓出現幾百伏、甚至幾千伏的尖峰脈沖，因此，電源干擾對單片機嵌入式系統的運行構成很大的危害。

(二)空間的磁場干擾

在單片機嵌入式系統的周邊存在著很多的電磁波，這些電磁波輻射到控制系統中后會對控制系統造成影響，這樣的干擾就是空間磁場干擾。系統周圍的開關、電焊機、發射天線、電氣設備等都會發出電磁波，而且這些電磁波很容易竄入控制系統內部，干擾嵌入式系統的正常運行。在這樣存在各種電磁干擾的電磁場中，測控系統的各部件之間會產生感應電勢差，終而形成對系統的干擾。

(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。系統的外部設備和輸入、輸出部件振蕩電路、變壓器、驅動器等都會對系統產生干擾。如果系統在運行過程中出現了電氣設備漏電、傳感器測量部件絕緣部分受損、接地系統有欠缺等狀況，這時就會在傳輸通道中串入較高的共模電壓或者差模電壓。如果各個通道的傳輸線處在同一條電纜線中，這時就會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。當壓敏電阻兩端的電壓超過它正常的限定值的時候，通過壓敏電阻的電流就會突然增大，形成暫時性的短路現象，考慮到壓敏電阻的這個特性，我們可以利用它吸收瞬間的尖峰、浪涌電壓。將壓敏電阻并聯在電源變壓器的初、次級之上，壓敏電阻的加入會使電源干擾對單片機程序構成失控的可能性降低。

2.濾波器阻礙高頻電阻。在市電中，存在很多高次數的諧波，它們很容易通過電源進入單片機系統，另外一些通過射頻發射的電磁波也會有電源線感應進入單片機嵌入式系統，終而對系統構成干擾。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的干擾。另外，在電源變壓器的初次級之間使用屏蔽層隔離，減少周邊環境分布的電容，提高抗共模干擾的能力。

3.電源變壓器采用雙隔離方式。這個具體是說將電源變壓器的初次級線圈的屏蔽層和初級線圈的中心和大地相連接，將次級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)空間磁場抗干擾措施

屏蔽和接地是抵抗空間磁場干擾的主要方法，但是要做好屏蔽和正確的接地需要注意以下幾點:首先，建議使用帶有屏蔽的信號線，并且將屏蔽層獨自接地，千萬不要將導線的屏蔽層作為信號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的干擾。然后，在將感應體接地時，要注意操作事項，不要將其接成接地環路，這也是消除靜電干擾最有效最簡單的辦法，最后，在進行強電流負載電路和計算機弱電流電路接地時，要將二者的接地點分開，并且，應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入主機系統，可以在輸入輸出信號上加上電耦合器進行隔離，這樣做可以講主機部和前向、后向通道和其他部分之間的電路關系切斷。單片機實時系統信號的長線傳輸時，注意使用雙絞線，這樣可以提高系統的抗噪聲能力，與此同時，要對傳輸路線匹配阻抗，在傳輸線的始端串聯電阻，末端并聯電阻，從而實現正常有效的匹配，這樣才能夠有效地提高系統的抗干擾能力。

(四)采用看門狗技術

使用看門狗就是為了避免程序運行時形成死循環?？撮T狗技術分硬件看門狗和軟件看門狗。硬件看門狗利用一個定時器，在主程序運行過程中，在定時時間達到之前對定時器進行復位，若出現死循環，則在定時時間到之后就會對定時器復位，從而有效地監控了程序的運行。軟件看門狗運行原理和上面所述基本一樣，它是在程序存儲器的空余地址中全部填上一條跳轉指令，一旦出現死循環，只要程序指針指向這些地址，這些程序便會被強制跳轉到程序的開始處或者其他可以完成程序跳轉的地址，從而使得程序脫離死循環。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、結束語

通過對那些常見的單片機嵌入式系統干擾源進行分析，我們針對不同的干擾源提出了不同的抵抗措施。當然，不同的系統它們的干擾情況是不一樣的，系統的適應性能和精確要求也是有差異的，所以我們要根據不同系統的具體情況做出具體的抗干擾設計。在抗干擾措施上，可以軟硬件并用，從而保證系統運行的可靠性和準確性。

參考文獻:

[1]艾樹峰，苑冰.單片機在嵌入式系統應用中的抗干擾措施[J].電訊技術，2002(4).

[2]胡政，董飚.單片機在嵌入式系統應用中的抗干擾技術[J].機電產品開發與創新，2007(6).

[3]陳學泉，關宇東.嵌入式TCP/IP協議單片機技術在網絡通信中的應用[J].電子技術應用，2002(8).

[4]何立民.嵌入式系統的定義與發展歷史[J].單片機與嵌入式系統應用，2004(1).