單片機嵌入式系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)

楊曉紅

摘 要 在單片機的設(shè)計過程中最為重要的環(huán)節(jié)就是關(guān)于抗干擾技術(shù)的設(shè)計，該技術(shù)主要分為軟件技術(shù)與硬件技術(shù)兩個方面，在具體的設(shè)計過程中只有實現(xiàn)這兩種技術(shù)的有機結(jié)合才能實現(xiàn)更加良好的抗干擾能力。通過這兩個方面的設(shè)計可以保障系統(tǒng)的正常工作，即使受到一定的干擾，系統(tǒng)仍然可以處于相對穩(wěn)定的環(huán)境中工作。

關(guān)鍵詞 單片機；嵌入式系統(tǒng)；抗干擾技術(shù)；發(fā)展

中圖分類號：TN713 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）06-0054-01

單片機應(yīng)用系統(tǒng)是保障產(chǎn)品質(zhì)量的重要措施，同時也可以在很大程度上提高生產(chǎn)效率。單片機在實際的工作中經(jīng)常受到各種電磁的影響和干擾，這就對單片機的安全性與可靠性帶來了巨大的挑戰(zhàn)欲威脅。在具體的工作之中，必須保證單片機工作的可靠性與穩(wěn)定性，否則一旦出現(xiàn)問題將產(chǎn)生十分惡劣的后果，造成不必要的損失。因此，我們應(yīng)該重視研發(fā)和提高單片機嵌入式系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)，為生產(chǎn)過程保駕護航。本文針對單片機嵌入式系統(tǒng)干擾形式進行了分析，并從硬件抗干擾技術(shù)和軟件抗干擾技術(shù)兩個方面進行了系統(tǒng)分析與介紹。

1 單片機嵌入式系統(tǒng)及其干擾形式

單片機嵌入式系統(tǒng)的定義為：以應(yīng)用為中心，以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)，軟件硬件可裁剪，適合應(yīng)用系統(tǒng)對功能可靠性、成本、體積、功耗嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。比較簡單的理解可以認為嵌入式系統(tǒng)就是植入單片機內(nèi)部的，用戶無法直接觀察的計算機系統(tǒng)。

單片機在進行工作的過程中受到干擾是在所難免的，干擾的主要形式分為以下3種。

1）磁場干擾也稱空間干擾，這種干擾的特點是干擾信號以空氣為媒介對系統(tǒng)產(chǎn)生相應(yīng)的干擾。

2）單片機的過程通道干擾，這種干擾形式在發(fā)生的過程中干擾信號的路徑主要依靠后向通道、前向通道以及系統(tǒng)內(nèi)部相互連接的其他通道。

3）供電系統(tǒng)干擾，這種干擾一般是和電磁信號結(jié)合在一起，電磁信號通過供電系統(tǒng)進入應(yīng)用系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，這是最為廣泛和嚴重的干擾形式，干擾發(fā)生之后會對單片機的系統(tǒng)產(chǎn)生十分重大的影響，其主要表現(xiàn)為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)誤差增大，系統(tǒng)控制狀態(tài)失靈，系統(tǒng)程序也會發(fā)生不同程度的變化。

2 硬件抗干擾技術(shù)

硬件抗干擾技術(shù)是提高單片機嵌入式系統(tǒng)抗干擾能力中最有效的措施。硬件抗干擾技術(shù)可以將干擾傳輸?shù)耐ǖ雷钄啵c此同時還可以在很大程度上抑制干擾源的干擾作用。在實際的硬件抗干擾技術(shù)中較為常用的有：電源抗干擾、屏蔽技術(shù)以及去耦技術(shù)。

1）電源干擾控制。電源干擾是單片機嵌入式系統(tǒng)中一個十分重要的來源，電源是為單片機提供能源的裝置，他在向單片機嵌入式系統(tǒng)提供能源的同時直接將噪聲加在單片機嵌入式系統(tǒng)嗓、復(fù)位線、中斷線以及其他一些控制線路。在提高電源抗干擾能力的過程中我們通常是在電源的變壓器中安裝初級線圈屏蔽層和次級線圈屏蔽層，通過這種方式減少電源內(nèi)部的脈沖干擾。用壓敏電阻抑制尖峰、浪涌、壓敏電阻兩端的電壓如超過其限定值，電流會迅速增大，呈短路狀態(tài)，利用這一特點可以吸收瞬時尖峰、浪涌電壓、壓敏電阻并聯(lián)在電源的初次級可有效抑制尖峰浪涌電壓。

2）屏蔽技術(shù)。為了提高單片機嵌入式系統(tǒng)的抗干擾能力在實際的工作中我們可以充分的利用屏蔽技術(shù)，具體方式就是將單片機嵌入式系統(tǒng)放入金屬質(zhì)地的箱體之中，通過金屬箱體對電磁的屏蔽作用來抑制箱體外部的的電場與磁場信號，從而提高應(yīng)用系統(tǒng)的抗干擾能力。另外，我們在對單片機進行設(shè)計的過程中應(yīng)該隔離電源線路和信號線路，避免這兩種線路同時穿入同一箱體或者金屬管內(nèi)，這樣可以在很大程度上避免干擾，實現(xiàn)更有效的屏蔽。

3）去耦技術(shù)。單片機嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)中會有很多數(shù)字信號電平轉(zhuǎn)換的情況發(fā)生，這些過程會產(chǎn)生強大的沖擊電流，造成傳輸線路與電源內(nèi)阻上較大的電壓降，從而對系統(tǒng)產(chǎn)生干擾。為了消除和控制這種干擾，我們在對嵌入式系統(tǒng)設(shè)計安裝的過程中應(yīng)該適當?shù)脑O(shè)置去耦電容，通過這種方式形成去耦電路。去耦電容的安裝對于單片機嵌入式系統(tǒng)的作用是多方面的，其中比較重要的兩個方面是：其一，去耦電容具有一定的蓄能功能，可以收集線路關(guān)閉瞬間的充放電能量；其二，去耦技術(shù)可以消除旁路期間的高頻噪聲。

3 軟件抗干擾技術(shù)

單片機嵌入式系統(tǒng)在工作過程中會產(chǎn)生很多的干擾信號，干擾機理十分復(fù)雜，干擾因素也比較多，存在很多的偶然性與隨機性，因此我們僅僅使用硬件技術(shù)提高其抗干擾能力是不夠的，還應(yīng)該提高系統(tǒng)軟件的抗干擾能力，以此來保障單片機嵌入式系統(tǒng)的正常工作。軟件抗干擾技術(shù)是硬件抗干擾技術(shù)的重要補充，該技術(shù)能耗較低，投入較少，在實際的使用中十分廣泛，也對提高單片機嵌入式系統(tǒng)抗干擾能力有著十分重要的意義。

1）系統(tǒng)指令冗余技術(shù)。單片機嵌入式系統(tǒng)在工作的過程中如果跑飛的程序在ROM區(qū)中工作的時候，我們可以采用指令冗余技術(shù)進行調(diào)整。在具體的設(shè)計過程中，指令冗余技術(shù)主要分為兩種：重要指令冗余以及NOP指令的使用。這兩種指令的應(yīng)用方式與應(yīng)用場所是不同的，在實際的軟件設(shè)計之中我們應(yīng)該對其具體的工作環(huán)境進行分析與討論，根據(jù)其工作環(huán)境的特點靈活的選用這兩種方式來提高單片機嵌入式系統(tǒng)的軟件抗干擾技術(shù)。

2）系統(tǒng)軟件陷阱技術(shù)。當跑飛的程序落在非程序區(qū)（如EPROM未使用的空間或某些數(shù)據(jù)表格區(qū)），則采用軟件陷阱使程序恢復(fù)正常所謂軟件陷阱，就是在非程序區(qū)設(shè)置一些攔截程序，將失控的程序引至復(fù)位入口地址0000H或處理錯誤程序的入口地址ERR，在此處利用LJMP指令，使程序走入正軌。

4 結(jié)束語

綜上所述，單片機應(yīng)用系統(tǒng)在提高抗干擾能力的過程中主要從提高其軟件抗干擾能力與硬件抗干擾能力。本文針對這兩個大的方向中具體的幾個小方向都進行了系統(tǒng)詳細的分析，總結(jié)了各個方面提高抗干擾能力的方式與方法，希望這些建議可以對以后單片機嵌入式系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)的發(fā)展與研究帶來一定的啟發(fā)。

參考文獻

[1]朱順華，王成春，鄒逢興.單片機控制系統(tǒng)的硬件抗干擾設(shè)計[J].微計算機信息，2007（23）：8-2.

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