單片機應用系統抗干擾設計

秦亞萍

摘要：電子產品在設計時首要考慮的因素便是抗干擾技術，抗干擾技術是單片機設計中重點考慮的因素，干擾因素中包含了干擾源、干擾信號接收器以耦合通道。因此，需要深入研究接收電路的內部裝置，優化單片機的內部裝置形成抗干擾的設計模式，從而建立有效的抗干擾系統，這對于提高單片機的抗干擾水平將會有較大的幫助。

關鍵詞：單片機系統；抗干擾措施；設計

中圖分類號：TP368.1 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）07-0166-01

單片機在多項工業領域有著較為廣泛的而應用，而單片機系統產生的效益也使得越來越多的人們開始引起重視。影響單片機性能的發揮是來源于多項因素的共同作用，其中抗干擾能力是單片機系統性能體現的重要因素。因此，研究和探討單片機系統中抗干擾設計，提高系統整體的抗干擾能力，對于充分發揮單片機的性能有重要的作用。本文將會對產生干擾因素的來源做簡要的分析，并結合硬件、軟件等多個方面來為系統抗干擾性能的提升提供有效的解決措施。首先需要考慮的是硬件抗干擾技術，也是抗干擾措施中較為有利的一項。它可以抑制干擾源的發揮，使電路通道阻斷，并選擇合理的參數來控制干擾因素的產生。在具體的實踐中，這類方法可以有效的控制系統中大部分的干擾元素。

1 單片機內配置抗干擾措施設計

1.1 CPU外圍配置

三項總線的合理性，包括數總線、地址總線、控制總線，將會直接影響到電路信號的傳輸，甚至整個系統的穩定。在總線中安裝適當的上拉電阻可以有效的提高信號傳輸的可靠性，相應的，外圍設備對系統的干擾也會有所降低。關于上拉電阻，其主要有以下幾個方面的作用[1]：

首先，提高信號的電平。上拉電阻是在集成電路中采取的主要抗干擾措施，當上拉電阻被加入到電流后，電流的變化將會直接引起電平的波動。第二，可以提高總線中的電磁干擾能力。在高祖狀態下，總線將會處于懸空的狀態，因此很容易會受到電磁的干擾，干擾的信息將會利用總線進入到系統的CPU中，以此來引入程序指令。第三，可以預防靜電產生的干擾。總線中的CMOS芯片，其在輸入阻抗中表現出了極強的呢你，隨著靜電中電荷的不斷積累，它就會很容易受到其靜電干擾，進而影響到系統CPU的工作。因此如果加入了上拉電阻，將會在一定程度上降低輸入的阻抗。

另外，系統中最可能受到噪聲干擾的部位就是時鐘信號，它是CPU對外發射和對內干擾的主要噪聲源。而時鐘信號的波動將會直接引起輻射干擾的產生，兩者之間具有密切的聯系。當時鐘的頻率被提升時，信號傳輸線上的頻率變換速度也會加快，導師系統性能因受到干擾而無法滿足人們的需求，因此，通過降低時鐘頻率，對于提高系統的抗干擾性能將會有一定的幫助。

1.2 CPU抗干擾措施

當CPU受到抗干擾作用時，CPU無法處于正常運行的狀態，容易造成系統運行的混亂。因此為了避免干擾造成的傷害，可以采取相關的措施[2]：

（1）關于指令冗余。對于一些其決定作用的指令插入2條NOP指令來確保其彈飛程序能夠在正確的軌道中運行。這種方式可以讓程序在執行之后到冗余指令和彈飛程序都能夠控制在相應的程序區中。

（2）關于軟件陷阱。這是一種引導式的指令，強行將程序引導到指定的地址中，在那里設置一段處理出錯程序的程序，診斷當前系統被干擾的狀態，并能夠采取相應的修復方式讓其恢復正常狀態。

（3）關于程序運行監視系統。它是單片機系統中不斷見識程序運行的時間。如果運行的時間較長，超過了預期的時間，那么系統往往會在這種情況下陷入到死循環中，只有回到0000H的入口，才能重新進入正常狀態。

2 交直流供電電源的干擾

電源是系統運行的命脈，電源性能程度很大程度會影響到系統的運行狀態，在工程的不完全統計總，系統運行中的干擾有70%的可能性是來源于電源的干擾。

2.1 單片機系統板內的電源線路設計

交流電中城市的高頻干擾，其形成的頻帶較寬，如果只是在交流側做抗干擾處理，始終無法有效保證干擾不進入到系統中，因此在直流電側采取抗干擾措施，可以提高抗干擾率。

在安裝印刷板中的IC電路時，每個IC電路必然有共同的電源來相互聯系。因此，針對這類狀況，可以將數字電路作為一個脈沖干擾源，電源線再進行相互干擾。因此，可以在應刷板的電源入口加入大的電容，包括在各個IC芯片的電源入口中接入高性能的電容，將其當做干擾信號的濾波電容器。

關于對地線中的抗干擾處理。由于地線中的第度差異容易產生不同的阻抗，而不同的電路會在阻抗中形成相應的電壓降，地線因此會受到干擾。因此地線的抗干擾措施是需要將電路中的地線都采用一點接地的方式。不過值得注意是，如果將所有的電路芯片都采用這種方式，必然會延長地線的長度進而增加地線產生的阻抗，反而會影響到抗干擾的效果。因此，可以將數字電路、模擬電路以及大功率的電路分開進行一點接地的處理，然后將這三個模塊再連接在一起做總的一點接地。

2.2 交流電源中抗干擾的方法

電源系統的穩定安全是能夠確保系統正常運行的重要因素。對于交流電源中的抗干擾措施，主要可以通過以下幾種方法來實現：（1）交流電中采用交流穩壓器。（2）加入電源濾波器。交流電源中的濾波器可以有效的控制輸入端產生的瞬時干擾。（3）如果供電質量的要求較高，則需要加入發電機組等方式來改變，比如利用在線式的UPS做不間斷的供電。（4）對電源中的變壓器做屏蔽處理。

3 空間電磁輻射干擾

采取屏蔽的處理方式可以有效的削弱空間電磁輻射造成的干擾，進而提高系統運行的穩定性。與此同時，可以將鐵材料來做出相應的外殼或者屏蔽岑，屏蔽罩中的通風孔形狀可以是圓形，這樣才能保持電磁運行的連續性。在實際的操作中，接地可以產生一定的電阻率，因此對于不同的接地點會有不同的電位。

4 結語

單片機系統的干擾因素是威脅其正常運行的關鍵性因素。因此做好抗干擾措施對于穩定系統運行有很大的幫助。本文主要單片機引起的干擾性因素做了相關的整合，并提出了相應的解決方式，除了上述提到的抗干擾方式外，還有很多其他的抗干擾方法，比如在印刷板電路中采取抗干擾設計等，根據每個單片機系統遇到的實際情況采取相應的抗干擾方法，可以進一步提高系統的可靠性。

參考文獻

[1]李志宇.單片機控制系統抗干擾設計[J].電子測量技術，2007，06：100-102+117.

[2]楊昆.綜述單片機控制系統的抗干擾設計[J].黑龍江科技信息，2016，04：22.endprint