軟硬件雙管齊下保安全

【摘要】單片機以其用途廣價格低的高性價比高，在各個領(lǐng)域和行業(yè)的應(yīng)用受到了廣泛的歡迎，但單片機會受到各方面干擾。本文從對單片機干擾的來源入手，從硬件和軟件兩個方面對單片機抗干擾的方法設(shè)計進行了闡述，對如何提高單片機對干擾的影響和單片機的可靠性進行了研究，進一步找出解決的措施。

【關(guān)鍵詞】單片機；抗干擾

【中圖分類號】TN973.3 【文獻標識碼】A 【文章編號】1672-5158（2012）09-0040-02

一、單片機受干擾的因素和干擾產(chǎn)生的后果

由于運行環(huán)境的復(fù)雜多變，單片機很容易受到外來的干擾，工作的可靠性和安全性就會降低。

（一）干擾的因素和來源

復(fù)雜的現(xiàn)場環(huán)境是產(chǎn)生干擾的外在條件，干擾以脈沖的形式深入到單片機的系統(tǒng)中，對單片機造成了干擾。如在高壓電或者是高頻電磁場的環(huán)境中，干擾通過靜電感應(yīng)、電磁感應(yīng)等形式進入到單片機系統(tǒng)的內(nèi)部。電源的噪音引起供電系統(tǒng)的干擾，這種干擾的危害性極大。此外，過程通道的干擾，也是單片機干擾的重要因素，這種干擾是通過前向或后向通道甚至其他的主機通道實現(xiàn)的。在學(xué)校實驗室，學(xué)生的操作不合理和使用不規(guī)范，會影響到單片機的抗干擾能力，例如對線路和設(shè)備不經(jīng)意的損壞，以及對電源的不合理使用，下課時學(xué)生經(jīng)常不按正確順序而直接拔掉電源線使單片機工作中止，加上有的學(xué)生經(jīng)常將手機和單片機放在一起應(yīng)用，致使其他設(shè)備對單片機造成近距離的強大的干擾。

（二）干擾產(chǎn)生的后果

單片機在運行時出現(xiàn)干擾，會使采集數(shù)據(jù)的誤差加大，尤其是傳感器輸出的信號比較微弱的時候，干擾的影響就更加嚴重，甚至引起死機等現(xiàn)象。另外，當(dāng)控制系統(tǒng)的控制信號強大時，很難收到外界的干擾。而控制信號是依據(jù)一定的條件按照邏輯處理，當(dāng)干擾影響了輸入的狀態(tài)信號，就會使虛假的信號趁虛而入，加大了誤差，甚至導(dǎo)致控制系統(tǒng)失常。其次，干擾入侵單片機，RAM中那些可以讀寫的數(shù)據(jù)可能被篡改，由于受篡改的途徑和受影響的程度不同，有可能造成程序的運行混亂，加之程序執(zhí)行的通常是一系列的無意義的指令，導(dǎo)致系統(tǒng)陷入死循環(huán)，輸出系統(tǒng)嚴重混亂，最終系統(tǒng)失靈。而學(xué)校是一次投資實驗室，要每屆學(xué)生一直延續(xù)使用下去，所以更要保證單片機運行的良好狀態(tài)。

二、硬件抗干擾的技術(shù)

學(xué)校所用單片機使用+5V直流電源，而直流電源是220V交流電經(jīng)過變壓、整流、濾波和穩(wěn)壓等過程后形成的，因此，各過程很容易受到干擾。另外，220V交流電是共享的，受電源共享的影響，各個電子設(shè)備之間也會相互干擾。

（一）使用交流穩(wěn)電壓

在學(xué)生使用單片機時，交流穩(wěn)電壓和隔離變壓器的共同使用，可以有效的減少單片機的干擾。為了防止干擾通過電源系統(tǒng)進入單片機的系統(tǒng)，可以使用交流穩(wěn)電壓，這樣可以有效的保證供電的穩(wěn)定性，避免了電源的過壓或者欠壓現(xiàn)象的發(fā)生。同時使用隔離變壓器，目的是濾掉高頻的噪音，濾掉音頻的干擾。另外，開關(guān)電源也是有效的方式之一，同時保證足夠的功率余量，在主機的運行過程中應(yīng)用單獨的穩(wěn)壓電路，將輸出和輸入供電區(qū)分開來，防止各個部分之間的相互干擾。

（二）隔離與屏蔽是抗干擾的有效手段

對信號進行隔離，這樣就可以把電路上的干擾源與容易受到干擾的部分進行隔離。這就需要實驗的場地必須是安全的，沒有磁場等的影響，對各種干擾因素進行隔離進而切斷了干擾的通道，從而避免了來自干擾現(xiàn)場的干擾。弱電和強電控制系統(tǒng)存在于單片機的應(yīng)用系統(tǒng)中，通過將兩者隔離，穩(wěn)定了整個系統(tǒng)的工作，保證了設(shè)備的安全。在抗干擾的過程中，常見的隔離方式有以下幾種：光電、變壓器、繼電器以及布線隔離等等，其中光電隔離是最常用和有效的隔離方式，將輸入和輸出進行隔離，不僅干擾的信號無法進入單片機的運行系統(tǒng)，而且單片機中的噪音也不會傳播出來。

（三）復(fù)位電路設(shè)計

一般而言，單片機有一個用于系統(tǒng)復(fù)位的高電平有效的RST引腳，然而，電源的波動經(jīng)常影響到復(fù)位電路。當(dāng)電源受到干擾，電壓就會隨之下降，慢慢的降至低電平，復(fù)位端電位也會下降到低電平。這樣就造成該引腳無法正常工作，單片機無法復(fù)位，因此，對復(fù)位機的改進可以有效的地質(zhì)干擾的影響，在復(fù)位端和地之間并聯(lián)一個濾波電路，可以減少電源波動對復(fù)位端的干擾。

（四）正確使用單片機

學(xué)校為了維修方便和不破壞主體電路，將單片機芯片安裝在轉(zhuǎn)接槽中，這樣轉(zhuǎn)接后效果當(dāng)然不比直接焊接在電路板上，因此要求學(xué)生使用單片機的時候，嚴格按照操作說明使用，在使用之前必須先閉合開關(guān)，注意對各個線路的保護，不私自用手直接拆裝芯片，不隨意拆線搭線，以免使單片機的線路受到損壞，影響到單片機的正常工作。要避免單片機與其他干擾信號的設(shè)備的同時使用，因此在學(xué)校的實驗過程中，要保證單片機工作環(huán)境的清潔和安全，同時多給學(xué)生強調(diào)基本的操作規(guī)范，不允許學(xué)生將手機等其他設(shè)備帶進實驗室，要求學(xué)生合理應(yīng)用，減少對單片機的損壞，降低干擾。

三、軟件抗干擾技術(shù)

軟件方面的改進需要各單片機研究和使用者的不斷努力，去開發(fā)和研制抗干擾能力強的軟件，應(yīng)用于單片機中，從內(nèi)部增加單片機的抗干擾能力。

（一）指令冗余技術(shù)

單片機的內(nèi)部程序中的計數(shù)器PC值最容易受到干擾。在較強的干擾下，PC值會發(fā)生變化并且不確定，這就導(dǎo)致了程序位置的偏移。處理這種情況，需要使用指令冗余的方法。可以將單字節(jié)的指令插在一些關(guān)鍵的地方，或者可以把有效的單字節(jié)指令重寫，變?yōu)橹噶钊哂唷＿@樣，就避免了程序的指令被多次執(zhí)行，保證了單片機的系統(tǒng)工作步入正軌。

（二）軟件濾波技術(shù)

通過采用濾波技術(shù)，可以避免傳感器中干擾信號的影響，保證數(shù)據(jù)采集的正確性。對數(shù)據(jù)進行采樣，去掉最大值而后最小值，求出平均值。這種方法，對由于脈沖干擾引起的采樣值偏差有著過濾作用并且非常有效，可以濾去受隨機干擾影響或者是傳感器不穩(wěn)定的影響而產(chǎn)生的誤差。

（三）開發(fā)系統(tǒng)自檢程序

應(yīng)用單片機的領(lǐng)域，為了減少干擾對程序運行和系統(tǒng)工作的影響，需要開發(fā)系統(tǒng)的自檢程序，對單片機內(nèi)部的各種故障進行定期的檢查和診斷，并隨出現(xiàn)的問題作出合理的解決，進而提高單片機系統(tǒng)工作的可靠性和安全性。

（四）學(xué)校在單片機電腦中，安裝保護程序

中職學(xué)生基礎(chǔ)差，有些學(xué)生學(xué)習(xí)態(tài)度不夠端正，很多學(xué)生做實驗時不愿動手心不在焉，還有的趁老師不注意將私自攜帶的優(yōu)盤內(nèi)容拷貝入電腦，進行打游戲等與課堂無關(guān)的活動。更加嚴重的是，很多學(xué)生的優(yōu)盤中攜帶了大量病毒，一旦通過電腦系統(tǒng)感染到單片機，后果不堪設(shè)想。因此學(xué)校在實驗室電腦安裝了保護程序，不允許外接優(yōu)盤拷入系統(tǒng)，這樣可以保證單片機電腦系統(tǒng)的純潔安全，從而防患于未然。

（五）學(xué)校實驗室采取單片機仿真器

由于單片機芯片要專門燒錄，而學(xué)校教學(xué)一般采取一周兩次理論一次實驗課，不可能每周都燒錄芯片，但又要學(xué)生練習(xí)編程，為此目的，學(xué)校采取了單片機仿真器，做實驗時可適當(dāng)采用仿真而不是直接用單片機芯片，一來避免了每次實驗燒錄的繁瑣，二來減少了單片機使用的頻率，更好地保護好單片機，以便延長單片機的使用周期。

【結(jié)語】：分析和實踐證明，硬件方面和軟件方面的抗干擾相輔相成，相互協(xié)調(diào)，可以提高單片機應(yīng)用系統(tǒng)的抗干擾能力。硬件設(shè)施起著重要的作用，軟件方面的設(shè)計作為補充，二者相互配合，不斷提高單片機的抗干擾能力只有將兩者有效的結(jié)合，才能保證單片機系統(tǒng)的長期可靠的運行。同時要加強對使用者的培訓(xùn)，做到合理規(guī)范使用單片機。

參考文獻

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