單片機在自動控制系統中的可行性分析

皮大能

摘 要：目前狀況下，自動控制系統已成為工業領域的核心。單片機在自動控制系統中有抗干擾，靈活等特點。通過對單片機軟件，硬件的設計原理分析，及靈活性分析，可以確定及提高單片機在系統中的可行性。

關鍵詞：自動控制系統;單片機;抗干擾;靈活性

引言

運算器和寄存器還有控制器這三部分組成了單片機。運算器在工作的時候利用邏輯運算程序能夠快速完成很多數據之間的運算，控制器在單片機中就是相當于最高控制中心的存在，單片機的運行就是控制器在相關的軟件之間做出協調運行才能夠實現的。寄存器主要存儲各種信息，MCU 的內部軟件配置是互連和協調的有機統一。在控制器指示后，操作系統執行操作并將結果登記在寄存器中。

1 單片機控制系統的干擾問題

通常我們把影響單片機工作的干擾源分為兩個方面，分別是內部干擾、外部干擾，詳細說起來干擾原因可分為以下幾類：（1）空間引起的干擾?？臻g電磁場的波動會對單片機的工作產生一定的影響。（2）過程通道抗干擾。過程通道是 MCU 控制系統的輸入和輸出以及 MCU 與其他智能設備之間的信息傳輸路徑。（3）地電位波動。由于整個 MCU控制系統的接地線不同，因此它們之間存在一些潛在的差異。（4）能源系統中斷。計算機操作系統通常由交流電網供電，電網的各種影響和 RF 的波動引起系統供電電壓的波動，從而引起微控制器控制系統的干擾。（5）遠距離傳輸干擾。MCU 控制系統的受控對象與 MCU 之間通常存在長距離或短距離。當信號傳輸過程中信號與傳輸線的終端阻抗不匹配或信號傳輸延遲時，會對系統造成干擾。

2 硬件的抗干擾技術

2.1 對CPU 進行選擇

不同的單片機之間的抗干擾性能也有差異。不同品牌的單片機的抗干擾性能也不盡相同，如果工作環境中的干擾比較大，就可以選擇一些比較好的牌子的單片機。外時鐘是高頻噪聲源，所以如果可以的話，比較好的是選用低頻率的單片機。

2.2 隔離技術

信號隔離的目的是從電路上把干擾源和易受干擾的部分隔離，從而使監控的裝置和現場不直接發生電的聯系。隔離的實質是通過切斷引入的干擾源信道來實現隔離現場干擾的目標。這種方法能夠很好的抑制尖峰干擾和共模干擾。常用的隔離方法有光電隔離，繼電器隔離，布線隔離。

2.3 屏蔽技術

隨著單片機抗干擾技術的發展，我們已經可以對電磁干擾進行有效的屏蔽。屏蔽技術已經日漸成熟并且成為一種重要的抗干擾技術手段。

2.4 接地技術

通過接地可以在很大程度上提高抗干擾能力，能提高抗外部干擾的能力并且極大程度地抑制系統內部噪音耦合。上面我們所提到的雷電這種干擾源就可以通過接地有效的防止。單片機的底線不能隨便亂接。需要注意的是：絕對不能混淆接地線與動力線的火線，零線中的零線。

2.5硬件過濾技術。

在收集和輸入數據的過程中，MCU 控制系統經常受到外部內部干擾，如果發生過多干擾，系統甚至無法正常工作。因此，濾波器是必需的。最終的濾波器電路包括無源濾波器，有源濾波器，信號濾波器和開發計算機時出現的數字濾波器（即軟件濾波器）。

3 軟件的抗干擾技術

3.1 數字濾波技術

由于單片機系統在實際應用過程中其自身也會產生一定的電磁噪聲，再加上外界傳感器以及單片機輸入進項信號的過程中也會產生相應的電磁干擾。所以，為了確保單片機系統的正常穩定運行，工作人員必須采取積極有效的措施做好干擾源控制和消除的工作。嚴格的按照要求將周期性干擾和不規則干擾信號控制在合理的范圍內，通過過濾程序中運行信號的方式確保單片機的正常穩定運行。

3.2 系統的結構冗余

現階段工業企業使用的大多數系統結構、電路以及相關組成器件等都處于簡化的狀態，這種方式不僅有效的降低了單片機系統構建的成本，而且對于系統運行可靠性的提升也有著積極的促進作用。這種系統的運行原理就是通過在兩個不同的工作系統中同時輸入一個數據，然后再通過對相關數據結果的比較和分析，如果數據結果與系統匹配的話則說明搞系統處于正常運行狀態，反之則說明至少有一個系統出現了故障。此時系統就會進入自檢過程，如果系統自檢完成后檢測結果正常的話，則說明系統正常。

3.3 開關量輸入軟件抗干擾技術

在針對疊加有效點評信號進行離散尖脈沖時輸入信號就會因為受到外部因素的干擾，而導致單片機無法正常運行。通過對干擾信號特點的分析，工作人員在采集信號的過程中，必須嚴格的按照要求進行反復多次的采集，并在確定信號采集達到匹配要求后才能將其作為有效信號予以應用。假如信號沒有跟隨采集過程出現變化的話，那么系統就會發出報警信號并同時停止信號的采集。為了確保單片機系統的正常穩定運行，工作人員在應該采取適當延長信號采集前時間的方式，以達到增加系統抗干擾的能力。

3.4 開關量輸出軟件抗干擾技術

信號在輸出過程中對報警系統等相關狀態信號都會產生相應的驅動作用，通過對同一信號的不斷輸出，是促進信號抗干擾性能提升最直接有效的方法之一。雖然錯誤干擾信號不斷侵入外部執行設備，對外部執行設備的運行反應速度產生了不同程度的影響。但是如果輸出信號的正確的話，那么錯誤干擾信號就是可以有效避免的。這就要求工作人員利用可編程接口芯片具有的可重復輸出的特點，設置控制輸出狀態信號的方式，降低外部干擾對芯片工作方式產生的干擾，從而達到提升單片機系統運行穩定性與可靠性有效提升的目的。

3.5 軟件看門狗技術

如果單片機在運行過程中出現了程序進入死循環狀態或者PC 指針位置不正確等程序失控問題的話，那么必然會對工業企業的生產產生非常不利的影響。由于傳統的數據冗余、軟件陷阱等相關技術都無法有效解決這一問題，所以研究人員應該根據這一問題的特點，研究切實可行的解決措施。而看門狗技術的出現和應用，主要是通過控制單片機循環運行時間的方式，發現和處理單片機系統運行過程中出現的錯誤程序，確保程序運行始終處于正常的狀態。

結束語

在單片機的自動控制系統可靠性能和抗干擾技術方面，想要更好地掌握相應的技術，就需要經過刻苦的學習，多了解相關的專業知識，實踐與理論相結合。只有掌握了相應的專業知識并且學會怎樣應用，才能在單片機自動控制領域有所作為，對單片機自動控制系統進行改進。保證自動控制系統在使用的過程當中安全、可靠，更好地為我國的工業做出貢獻。

參考文獻

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