基于單片機控制系統的抗干擾設計

劉西玲 常多貴

摘 要：隨著單片機性價比的不斷提高，它的應用范圍也在不斷擴大。從人們的日常工作和生活用品到高端的國防通訊產品，單片機的身影隨處可見。單片機系統運行環境的可靠性和安全性愈來愈成為人們關注的一個重點。因此，抗干擾設計是單片機控制系統設計中不可忽視的內容。

關鍵詞：單片機；控制系統；抗干擾

1 概述

單片機因其集成度高、功能強、速度快、體積小、成本低、可靠性高等特點，作為嵌入式控制器件，在很多控制系統中得到了普遍應用。由于控制系統的工作環境往往比較惡劣，存在各種各樣的干擾，這些干擾源進入控制系統的方式主要有：空間干擾（場干擾）；過程通道干擾；供電系統干擾等。一般情況下過程通道干擾和供電系統干擾在強度上遠大于空間干擾，故在設計單片機的控制系統時，應重點考慮過程通道與供電系統的干擾。

2 過程通道干擾及抗干擾措施

對于過程通道，它直接與輸入輸出設備相連，輸入輸出信號在過程通道中傳輸時，干擾也隨之進入系統，因此要防止干擾信號的進入，一是要去掉過程通道與外部設備間的公共地線，實現相互間的電隔離；二是利用光電耦合器將主機部分與過程通道及其它部分隔離開來；三是要充分考慮元器件的排列和布線，減小電路中雜散電容，分布電容的產生，抑制各種干擾噪聲對系統的影響。

在設計這一部分電路時，對于過程通道中的數字信號，應采用光電隔離并增加必要的硬件電路，把主機電源和供電電源分開單獨供電。對于過程通道中的模擬信號，應讓抗干擾屏蔽的位置往外設置。也就是說，對于輸入端先設干擾屏蔽再進行A/D轉換，對于輸出端先進行D/A轉換再設置抗干擾屏蔽。并采用具有線性變換和傳輸的特性的光電耦合器，盡可能的減少干擾信號在通道中的干擾。另外還要分別對光電耦合器兩邊的輸入輸出回路電源單獨供電，接地電路也要分開。

3 供電系統干擾及抗干擾措施

單片機控制系統的各單元模塊電路都需要工作電壓，系統所需的這些工作電壓一般由市電電網通過交流變壓器變壓，由整流電路、濾波電路、集成穩壓環節穩壓得到。由于變壓器初級繞組是接在市電電網上，電網上的噪聲干擾會竄入系統，影響系統的安全性能，另外輸電線路及濾波電路都存在或多或少的阻抗，它往往以內阻、電容、電感的形式分布于整個電源網絡。造成了電源的嚴重污染，隨著現代化工業的迅速發展，電源污染日趨嚴重。

電源供電系統中主要的干擾源有：過壓、欠壓、停電、浪涌、下陷、降出、尖峰干擾等，都有會形成干擾電壓。

過壓、欠壓、停電的危害是顯而易見，對于電網欠壓，可以在直流穩壓電路的輸出端接一大電解電容，增大它的輸出電壓。對于電網過壓，可以采用電源調節器快速調節電源或增加穩壓器對電源加以保護。而對于短時間的停電則配置不間斷電源（UPS）。

尖峰電壓是一種頻繁出現的疊加于電網上的隨機脈沖，持續時間很短，一般不會毀壞控制系統，但往往會造成系統的計算機程序無法正常運行，邏輯功能紊亂，數據丟失甚至死機。對于這種干擾，一般采用軟件和硬件結合進行抑制，硬件設計方面采用能夠抑制噪聲能力的參數可變的穩壓器、可調節的交流電源或超隔離變壓器。軟件設計方面及時引導系統恢復原始狀態或使用定時中斷來監視程序運行狀態。

下陷與浪涌是電壓的快變化，這種電源干擾往往會使系統中反應遲緩的元器件產生振蕩，引起電壓的上下變化，直接導致系統無法正常工作，一般使用響應快速的交流電源調壓器。

另外對于供電系統也可以采用獨立供電模塊進行供電，以減少因某塊電源出現故障而導致整個控制系統無法工作，提高了供電系統的可靠性，也有利于電源的散熱。

4 空間干擾及抗干擾措施

空間干擾主要有傳導干擾和輻射干擾兩類，對于傳導干擾主要是由導線傳播到敏感器件上的干擾。由于有用信號的頻帶和高頻干擾噪聲頻帶不同，可以采用在導線上增加濾波器的方法濾掉高頻干擾或者采用光電耦合器；對于輻射干擾主要是由空間輻射傳播到敏感器件的干擾。可以采用加大干擾源與敏感器件的之間長度，用接地線進行隔離或在敏感器件上加屏蔽罩的方法。

5 結束結

文章簡略地分析了單片機控制過程中各種干擾源及抗干擾措施。在控制系統中，供電系統干擾和過程通道干擾的遠大于空間干擾，成為主干擾。而空間干擾在某些特定情況下也會帶來嚴重干擾，必須引起重視。另外隨著單片機應用范圍的不斷擴大，電網污染問題也日趨嚴重，控制系統中由于電網污染而引起系統故障所占比例越來越大，這就要求我們有必要加大綠色電源的開發，提高電路中各種設備對電網的污染，同時還要繼續提高電源的穩定性和可靠性，使得單片機系統工作更加安全、穩定。

參考文獻

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作者簡介：劉西玲（1966，3-），女，籍貫：陜西武功，工作單位：寶雞職業技術學院電子信息工程系，研究方向：計算機控制，學歷：本科，職稱：副教授。