淺談單片機控制系統抗干擾的設計

摘 要：靈敏度是單片機控制系統的設計要求，不過，在對單片機控制系統進行設計時，靈敏度越強，就越容易受到干擾源的干擾。所以，對單片機控制系統進行抗干擾設計十分必要。本文通過對單片機控制系統的干擾源進行淺要的分析，并對單片機控制系統中的電源線及地線的布設方法進行了闡述，并對硬件抗干擾設計和軟件抗干擾設計進行了淺要的闡述。筆者希望能夠通過對單片機控制系統抗干擾設計的討論，能為我國在單片機抗干擾設計水平的進一步提升提供微薄之力。

關鍵詞：單片機；控制系統；干擾源；抗干擾設計

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.17.133

0 引言

較強的靈敏度是單片機控制系統設計的基本要求，在保障較強靈敏度的同時還要對其進行抗干擾的設計，這樣才能保障單片機控制系統能夠可靠穩定的運行。如果只是保障較強的靈敏度而忽視了抗干擾設計，就會造成干擾源對被測信號的強烈干擾，致使測量工作無法正常進行。因此，對單片機控制系統進行抗干擾的設計十分必要，本文通過對影響單片機控制系統正常工作的干擾源進行淺要的探討，并對單片機控制系統的抗干擾設計進行淺要的闡述。

1 淺談單片機控制系統干擾源

（1）外界干擾源。單片機控制系統的外界干擾源的干擾形式主要電磁干擾，而電磁干擾主要分為兩種類型，一種是傳導類型的干擾，另一種是輻射類型的干擾，傳導干擾是將單片機控制系統中的金屬及零部件，如電容、變壓器等來作為傳播路徑的。而輻射干擾的傳播路徑卻有很多種，哪怕是設備外殼的縫隙，也能成為輻射干擾的傳播路徑。并且，輻射干擾與傳導干擾往往不是單獨存在的，它們通常是以伴生的形式了出現，而且還能進行互相轉化。

（2）內部干擾源。單片機控制系統的內部干擾源與外界干擾源有所不同，內部干擾源的干擾形式是以噪聲進行干擾的，并且噪聲的形式多種多樣，如熱噪聲、散粒噪聲、接觸噪聲等，每種噪聲的產生原因也有所不同，本文簡單的對其中幾種噪聲的形式進行闡述。熱噪聲的產生是由電子的熱運動引起的，在實際用電中，電阻的兩端很難避免的出現噪音，這是因為在電阻的兩端位置存在電壓，而電壓造成了電子的熱運動。哪怕電阻不和電源進行連接，電壓依舊會存在。而電阻兩端產生的噪音就被叫做熱噪聲。熱噪聲的大小是由電壓值大小、帶寬、電阻值平均根及熱力學溫度高低影響的，這種影響是呈正比關系的，即電壓值等參數越大，熱噪聲就越大。散粒噪聲主要是由半導體元件中晶體管內的基區載流子擴散后，并且和電子進行復合時所產生的。接觸噪聲的產生部位主要是在兩個噪聲導體進行相連的部位，它是由于兩種噪聲導體之間接觸不完全，而使其產生了電導率起伏現象，從而產生接觸噪音。接觸噪音的大小與直流電流的大小關系密切，并且噪聲的大小和密集程度也與頻率d的倒數有關聯，并且都是呈現正比關系的.而且接觸噪聲在低頻電路中是最常見的噪聲形式。

2 淺析單片機控制系統抗干擾設計

（1）電源線及地線布設方法。在單片機控制系統中，布線工程質量的好壞將直接決定系統的抗干擾性能，因此，需要對電源線及地線的布設方法進行必要的闡述。在對電源線進行布設時，首先要依據電流情況，按直角度數對底面及器件面進行布線設置，并且還要對導線的寬度采取加大措施，并保證地線、數據線和電源線的布設方向是一致的。同時，還要對噪聲單元和公共電源阻抗進行必要的降低。在對地線進行布設時，應選取線徑較粗的地線，這樣能有效降低地線中的電阻值。還要將地線實行閉環布設，以此來縮小電位差值，從而確保單片機控制系統的抗噪聲性能得到有效提高。另外，還要在對地線進行布設時，采取分區集中的方式，利用并聯形式來對其進行一點接地，以此確保獨立回路的形成，從而使地線中的電流不會因此而對其他單元進行干擾。

（2）硬件抗干擾設計。在對單片機硬件進行抗干擾設計時，要對以下零件采取抗干擾措施，首先是去耦電容的設置，需要對每一塊集成電路芯片進行抗干擾設計，即將需要進行去耦的電源與地面進行跨接處理，增設去耦電容，以此確保集成電路芯片在運行時能夠隨時充電和放電。其次是數字輸入端的抗干擾設計，可以將施密特集成電路以及RC濾波器與數字輸入端進行有效連接，以此來對噪聲進行抑制。對數字電路不用端的抗干擾設計可以對不用輸入端與高電平進行固定。并將其和輸入端進行并聯。對外圍擴展存儲器的抗干擾設計可以盡量縮短數據線、控制線等線路的長度，以此來減少對地電容值。并且要在存儲器的電源入口位置及芯片GND和VCC處設置去耦電容。對存儲器印制板中的三條總線進行垂直布置，以此來降低三條總線的互相干擾。另外，還要在總線始末端配上匹配的上拉電阻，以此來確保電平噪聲容限的提升。

（3）軟件抗干擾設計。對軟件的抗干擾設計要從軟件中的濾波算法進行優化，在保證系統效率的基礎上，對多次收集到的數據的最大值和最小值進行去除，然后取平均值，以此來保障數據可靠性。另外，還要采取指令冗余技術，通過對雙字節及三字節的指令添加若干條單字節指令即可實現指令的正確執行。最后，要對軟件進行適當的陷阱布置，可以將陷阱布置在中斷向量區、未進行使用的ROM空間中，以此來提升單片機控制系統的執行效率，保證單片機控制系統軟件的運行更加穩定高效。

3 結語

總而言之，抗干擾設計質量的優劣對整個單片機控制系統都有十分重要的影響，是單片機控制系統中至關重要的環節。本文對單片機控制系統中電源線及地線的布設方法進行了闡述，并對硬件抗干擾設計和軟件抗干擾設計這兩個角度進行了全面的分析，以此希望通過這些抗干擾設計技術在單片機控制系統的有效實行，來進一步提升單片機控制系統的抗干擾性能，使其能夠保障現場工作的可靠穩定發揮。

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作者簡介：李一男（1982-），女，黑龍江人，碩士，中級，研究方向：控制理論與裝備自動化。