探究單片機(jī)控制系統(tǒng)抗干擾設(shè)計(jì)要點(diǎn)

王嬌 等

摘要：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制系統(tǒng)的工作環(huán)境基本上都是在機(jī)械設(shè)備中或者是工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，工作環(huán)境比較惡劣，干擾源也比較多。因此設(shè)計(jì)單片機(jī)控制系統(tǒng)時(shí)，抗干擾是一個(gè)不能回避的問(wèn)題。本文主要對(duì)單片機(jī)控制系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計(jì)的要點(diǎn)進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制系統(tǒng) 抗干擾 設(shè)計(jì)要點(diǎn)

隨著單片機(jī)在智能儀表、生產(chǎn)過(guò)程控制以及工業(yè)自動(dòng)化等系統(tǒng)當(dāng)中的廣泛應(yīng)用，在各項(xiàng)控制功能能夠得到很好的滿足之后，為了使系統(tǒng)能夠投入到實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，那么單片機(jī)的安全性和可靠性就要提高。但是在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的條件比較惡劣，經(jīng)常會(huì)受到電磁設(shè)備啟動(dòng)、停止以及電源波形畸變等因素的影響，就會(huì)產(chǎn)生一定的干擾。在工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，干擾源會(huì)對(duì)單片機(jī)的硬件及軟件造成一定的損壞，對(duì)單片機(jī)的軟件運(yùn)行造成的影響尤為嚴(yán)重。所以在設(shè)計(jì)時(shí)就應(yīng)該找準(zhǔn)單片機(jī)控制系統(tǒng)抗干擾的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，然后進(jìn)行一定的改進(jìn)，保證單片機(jī)控制系統(tǒng)的優(yōu)越性能夠充分發(fā)揮。

1 單片機(jī)控制系統(tǒng)干擾源分析

1.1 單片機(jī)控制系統(tǒng)自身存在的干擾源。對(duì)元器件的布局不是很合理、元器件的質(zhì)量較差以及元器件之間的連線不合理等原因都會(huì)造成控制系統(tǒng)自身的干擾源，這種自然擾動(dòng)稱為噪音。

1.2 現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的干擾源。電磁干擾主要就是通過(guò)電場(chǎng)或者磁場(chǎng)進(jìn)入到控制系統(tǒng)。電場(chǎng)途徑的干擾實(shí)質(zhì)其實(shí)就是電容性的耦合干擾，干擾信號(hào)在進(jìn)入控制系統(tǒng)時(shí)候主要通過(guò)導(dǎo)線或者分布電容；磁場(chǎng)途徑的干擾實(shí)質(zhì)其實(shí)就是互感性的耦合干擾，干擾信號(hào)在進(jìn)入控制系統(tǒng)時(shí)主要通過(guò)導(dǎo)線或者電路之間的互感耦合。

2 單片機(jī)控制系統(tǒng)硬件方面的抗干擾設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1 對(duì)電源干擾進(jìn)行抑制。在選擇電源和設(shè)備的時(shí)候應(yīng)該要盡量選擇那些質(zhì)量比較好的，對(duì)于動(dòng)力線、控制線以及電源線要進(jìn)行分別配線；要為+5V的電源設(shè)置多級(jí)的濾波處理器，而且在架設(shè)電源線時(shí)應(yīng)該平行；可以用隔離變壓器來(lái)阻隔大量電源傳導(dǎo)的干擾，也可以采用濾波器來(lái)使設(shè)備的干擾傳導(dǎo)降低同時(shí)還能夠吸收尖峰電壓；針對(duì)電源變壓器，輸入線和輸出線可以采用雙絞線，然后通過(guò)可靠接地屏蔽來(lái)抑制共模干擾，也可以在電源輸入的一端串接LC濾波電路，然后增加設(shè)置變比為1：1，而且?guī)в衅帘螌拥母綦x變壓器等。

2.2 對(duì)布線結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。在進(jìn)行布線的時(shí)候應(yīng)該要將弱電和強(qiáng)電分開，特別是針對(duì)交流電，應(yīng)該要盡量采用分槽走線的方式，要分開捆扎交流線和直流線。對(duì)于分離信號(hào)地和模擬地，要讓它們單點(diǎn)接地，盡量在大面積的銅覆蓋電路板以及信號(hào)連接線路當(dāng)中采用屏蔽線；底線應(yīng)該要盡量加粗，這樣干擾因素的抵御能力才能夠提高。

2.3 對(duì)地線干擾的抑制。因?yàn)樵趩纹瑱C(jī)控制系統(tǒng)當(dāng)中，模擬地直接連接電網(wǎng)，這樣很容易引起電網(wǎng)的干擾，而數(shù)字地含有的高次諧波和輻射作用也比較大，如果信號(hào)頻率在1-10MHz，可以采用單點(diǎn)接地方式；如果信號(hào)頻率在1MHz以下的話，可以采用單點(diǎn)接地；信號(hào)頻率在10HMz以上的話，應(yīng)該采用多點(diǎn)接地方式。在接地的時(shí)候應(yīng)該要采用專門的接地線。

2.4 對(duì)光電進(jìn)行隔離。通過(guò)光電耦合器來(lái)對(duì)信號(hào)出入通道和中央處單元進(jìn)行有效的隔離，這樣可以在發(fā)光二極管的作用下，讓系統(tǒng)的輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)，然后又在光敏三極管的作用下轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，這樣對(duì)于通道過(guò)程干擾就能夠起到有效的抑制作用，同時(shí)還能夠有效的對(duì)火地和信號(hào)地進(jìn)行隔離。

3 單片機(jī)控制系統(tǒng)軟件方面的抗干擾設(shè)計(jì)要點(diǎn)

如果只是采用硬件抗干擾措施不能對(duì)所有波段干擾進(jìn)行抑制，仍然會(huì)有一些干擾入侵到控制系統(tǒng)當(dāng)中，所以就非常有必要采用軟件抗干擾措施。單片機(jī)控制系統(tǒng)在完成采集數(shù)據(jù)以及其他一些功能的時(shí)候主要還是依靠程序來(lái)執(zhí)行的。任何一個(gè)比較細(xì)小的故障，都有可能會(huì)使得程序跑飛或者是進(jìn)入到死循環(huán)，這樣就會(huì)對(duì)單片機(jī)控制系統(tǒng)帶來(lái)非常嚴(yán)重的后果。軟件抗干擾的主要特點(diǎn)就是設(shè)計(jì)比較的靈活，可靠性也比較好以及能夠節(jié)省硬件資源等。那么在進(jìn)行程序設(shè)計(jì)的時(shí)候就可以采用下面這樣幾種方法：

①軟件濾波算法。采用這種算法可以很好的過(guò)濾掉大部分因?yàn)檩斎胄盘?hào)干擾而產(chǎn)生的數(shù)據(jù)采集錯(cuò)誤。

②指令冗余技術(shù)。如果單片機(jī)受到干擾的影響，程序的寄存器就會(huì)指向錯(cuò)誤的字節(jié)，將操作數(shù)當(dāng)成操作碼，這樣程序就會(huì)出錯(cuò)。只要在三字節(jié)或者雙字節(jié)指令后面加入單字節(jié)指令或者是重寫單字節(jié)指令就能夠讓PC回到正軌。

③設(shè)置軟件陷阱。當(dāng)亂飛的程序進(jìn)入到非程序區(qū)的時(shí)候，指令冗余技術(shù)也沒有作用，這個(gè)時(shí)候就需要設(shè)置軟件陷阱。

4 結(jié)束語(yǔ)

在單片機(jī)控制系統(tǒng)健康發(fā)展和凸顯優(yōu)勢(shì)的過(guò)程當(dāng)中，干擾問(wèn)題的存在是制約的主要因素。為了能夠保證單片機(jī)控制系統(tǒng)的抗干擾能力能夠進(jìn)一步的提高，那么就需要對(duì)硬件和軟件的抗干擾措施進(jìn)行有效的融合，使得單片機(jī)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性、自動(dòng)化以及智能化能夠提高，最終保證單片機(jī)控制系統(tǒng)能夠健康的發(fā)展。

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