關(guān)于單片機(jī)軟件抗干擾技術(shù)的研究

【摘要】單片機(jī)在一些機(jī)械裝置上的應(yīng)用主要起到控制的作用，然而單片機(jī)不可避免收到設(shè)備頻繁的啟動及電壓方面的干擾，會對單片機(jī)正常運(yùn)行起到重要影響。因此，我們要采取抗干擾措施，確保單片機(jī)正常運(yùn)行。本文首先對干擾對單片機(jī)的危害進(jìn)行分析，對單片機(jī)在軟件方面的抗干擾技術(shù)進(jìn)行研究和探討。

【關(guān)鍵詞】單片機(jī);軟件;抗干擾;措施

引言

單片機(jī)應(yīng)用于機(jī)械設(shè)備上過程中不可避免會出現(xiàn)諸多干擾，會對機(jī)器設(shè)備的輸入、輸出等方面產(chǎn)生影響，并且會對設(shè)備內(nèi)部程序造成損壞，甚至是直接破壞系統(tǒng)硬件，導(dǎo)致系統(tǒng)硬質(zhì)無法正常運(yùn)行，控制失靈。和一些硬件抗干擾技術(shù)相比較而言，軟件抗干擾技術(shù)克服其預(yù)見性差、成本較高，軟件抗干擾技術(shù)的成本更低，設(shè)計靈活性更高，還可以作為干擾后補(bǔ)方法，具有很強(qiáng)的通用性。所以，單片機(jī)抗干擾編程研究得到越來越多的重視，本文針對干擾對單片機(jī)的危害進(jìn)行分析，對有關(guān)單片機(jī)軟件抗干擾技術(shù)進(jìn)行研究和探討，不足之處，敬請指正。

1.干擾對單片機(jī)的危害分析

（1）干擾導(dǎo)致單片機(jī)采集的數(shù)據(jù)具有較大的誤差，在干擾信號對單片機(jī)產(chǎn)生影響時，其已經(jīng)進(jìn)入系統(tǒng)的前向通道，和普通信號進(jìn)行疊加，導(dǎo)致信號采集的誤差增大，A/D進(jìn)行轉(zhuǎn)換的精度也隨之下降。

（2）干擾導(dǎo)致單片機(jī)導(dǎo)致控制失靈，單片機(jī)控制系統(tǒng)中控制狀態(tài)輸出往往和一些條件下輸入及條件狀態(tài)邏輯單元有關(guān)，干擾侵入到系統(tǒng)中，輸入/輸出接口的狀態(tài)受到一定程度的干擾，導(dǎo)致條件狀態(tài)受到偏差，甚至是失誤，造成控制失靈，尤其是有可能導(dǎo)致系統(tǒng)資源被莫名其妙的任務(wù)模塊而占用，形成系統(tǒng)的死鎖狀況。

（3）干擾導(dǎo)致單片機(jī)導(dǎo)致數(shù)據(jù)發(fā)生變化，實(shí)際上RAM是可以被讀寫的，所以在干擾的前提下，系統(tǒng)RAM中數(shù)據(jù)被干擾源所篡改，系統(tǒng)運(yùn)行狀況受到影響。

（4）干擾導(dǎo)致單片機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行失常，單片機(jī)受到干擾時，導(dǎo)致程序計數(shù)器PC內(nèi)容出現(xiàn)失誤，程序出現(xiàn)“跑飛”的情況，程序胡亂執(zhí)行一些指令，使其出現(xiàn)死循環(huán)，系統(tǒng)的輸出逐漸混亂，造成系統(tǒng)控制失靈。

2.單片機(jī)軟件抗干擾技術(shù)研究

為了確保單片機(jī)系統(tǒng)可以不受影響因素的干擾，國內(nèi)外科學(xué)家致力于研究單片機(jī)硬件和軟件方面的抗干擾技術(shù)。經(jīng)過實(shí)踐證明，現(xiàn)階段我們常見的單片機(jī)軟件抗干擾技術(shù)主要有以下幾種，包括數(shù)據(jù)采集誤差的軟件技術(shù)、控制狀態(tài)失靈的軟件技術(shù)、自救技術(shù)以及計數(shù)器容錯技術(shù)等。

2.1 信號數(shù)據(jù)采集誤差的軟件抗干擾技術(shù)

單片機(jī)信號進(jìn)行采集過程中，采用算術(shù)平均值法、中值法、比較取舍法等對數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，具體運(yùn)用過程中，我們應(yīng)當(dāng)按照具體數(shù)據(jù)變化情況對不同方法進(jìn)行選擇，盡可能減少數(shù)據(jù)誤差。

（1）算術(shù)平均值方法，實(shí)際上和數(shù)學(xué)計算方法有一定的類似，具體應(yīng)用到單片機(jī)系統(tǒng)中是指對某一個參數(shù)點(diǎn)進(jìn)行一定數(shù)量的數(shù)據(jù)收集，對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行平均值的計算，算術(shù)平均值法可防止系統(tǒng)受到隨機(jī)干擾的影響。

（2）比較取舍法是指單片機(jī)測量數(shù)據(jù)中存在個別誤差時對每一個參數(shù)點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行多次測量，按照數(shù)據(jù)的細(xì)微變化，去掉誤差比較大的數(shù)據(jù)。

（3）中值法，干擾源能夠造出測量信號或大或小，因此在測量過程中應(yīng)當(dāng)對某一個參數(shù)點(diǎn)進(jìn)行多次測量，對數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析，取合理數(shù)據(jù)的中間值。

2.2 控制狀態(tài)失靈的軟件抗干擾技術(shù)

單片機(jī)控制系統(tǒng)中注重怎樣對系統(tǒng)正常狀況進(jìn)行維持，假如控制系統(tǒng)被侵入，會對系統(tǒng)控制條件產(chǎn)生影響，包括系統(tǒng)信號的輸出、系統(tǒng)失誤率增大等，為了確保系統(tǒng)可以正常運(yùn)行，可以采取以下軟件抗干擾技術(shù)：

（1）軟件冗余

軟件冗余是指單片機(jī)的條件控制系統(tǒng)，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行采樣處理，也可以結(jié)合循環(huán)采樣進(jìn)行，這種方法適用于慣性比較大的系統(tǒng)。

（2）對輸出狀況寄存單元進(jìn)行設(shè)置

這種設(shè)置方法會對單片機(jī)整個控制系統(tǒng)受到干擾前提下，能夠迅速準(zhǔn)確召回寄存單元的輸出數(shù)據(jù)，方便及時對系統(tǒng)輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行改正。

（3）自檢程序進(jìn)行設(shè)置

單片機(jī)的自檢程序可以在一定程度上幫助一些部位及一些內(nèi)存的單設(shè)狀態(tài)標(biāo)志，單片機(jī)開機(jī)后自動開展自檢，從而極大的促進(jìn)單片機(jī)控制系統(tǒng)信息溫度可靠性的提高，自檢程序提高其系統(tǒng)穩(wěn)定可靠性，對于單片機(jī)系統(tǒng)而言，自檢程序是必不可少的。

（4）時間片的方法

單片機(jī)控制系統(tǒng)接口狀況受到外界環(huán)境影響和干擾，單片機(jī)控制系統(tǒng)的資源會被其他任務(wù)所占用，導(dǎo)致單片機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)生死鎖情況，時間片方法對此有很好的效果。

2.3 利用數(shù)據(jù)冗余技術(shù)實(shí)現(xiàn)存儲器

單片機(jī)要實(shí)現(xiàn)實(shí)時控制，不可避免會涉及到內(nèi)容的自救，存儲器中數(shù)據(jù)中大部分是可以毀壞，一部分是不允許丟失，所以數(shù)據(jù)的毀壞不一定是系統(tǒng)損壞造成的，僅僅是系統(tǒng)出現(xiàn)微小浮動，用不了多久時間恢復(fù)正常。因此，實(shí)際控制時我們僅僅需要對不允許丟失的數(shù)據(jù)進(jìn)行保護(hù)，保護(hù)過程中會校驗(yàn)法和設(shè)標(biāo)法進(jìn)行重要數(shù)據(jù)的保護(hù)。其中，校驗(yàn)法的可信度較高，可以難以操作。具體在編程過程中，會對兩種方法進(jìn)行綜合，先在存儲器目標(biāo)數(shù)據(jù)工作區(qū)的始末端進(jìn)行標(biāo)志性代碼的設(shè)置，對固定數(shù)據(jù)表格進(jìn)行校驗(yàn)字的設(shè)置。除此之外，程序運(yùn)行時對程序工作狀況進(jìn)行檢查，避免出現(xiàn)錯誤。

2.4 程序插入空操作指令

單片機(jī)內(nèi)部程序計數(shù)器的容錯值是比較容易受到外界干擾的地方，較強(qiáng)干擾時會出現(xiàn)較大變化，而且變化的值不固定，造成程序工作狀態(tài)沒有順序。針對這種情況，可以在單片機(jī)程序中插入空操作指令，失控系統(tǒng)收到空指令，一方面使得系統(tǒng)內(nèi)部存儲器內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整，另一方面對程序進(jìn)行糾正。然而，空操作指令中一大部分屬于單字節(jié)指令，因此每一個程序中指令的使用次數(shù)有限。而且，增添存儲單元數(shù)量不能太多，可以對系統(tǒng)穩(wěn)定可靠性起到促進(jìn)作用。除此之外，單片機(jī)插入空操作指令還要注意以下幾個方面的內(nèi)容：

（1）空操作指令插入到跳轉(zhuǎn)字節(jié)，確保單片機(jī)系統(tǒng)程序正常運(yùn)行。

（2）單片機(jī)系統(tǒng)插入空操作指令，注意指令插入到較為重要的操作指令前。

（3）單片機(jī)系統(tǒng)插入空操作指令，對相鄰倆插入指令間距進(jìn)行調(diào)整，每間隔2-3條指令插入一次。

（4）單片機(jī)系統(tǒng)插入空操作指令，結(jié)合其實(shí)際情況，或許我們只插入一條、兩條操作指令即可滿足其正常運(yùn)行。

3.結(jié)語

總而言之，干擾對于單片機(jī)的危害是比較大的，因此本文針對干擾對于單片機(jī)的影響和危害，采取軟件抗干擾措施以應(yīng)對。實(shí)際上，硬件抗干擾和軟件抗干擾之間存在很大的差別，前者是主動措施，后者是被動措施，各有所長，因此在具體的應(yīng)用環(huán)境中軟件抗干擾和硬件抗干擾進(jìn)行結(jié)合，可以有效確保工業(yè)現(xiàn)場單片機(jī)能夠長期、穩(wěn)定可靠的運(yùn)行。

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