單片機(jī)應(yīng)用中的抗干擾技術(shù)與方法

文/宋莉

1 影響單片機(jī)運(yùn)作的主要因素及干擾后果

1.1 工業(yè)中電磁干擾

由于工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域電力資源是否充足是決定單片機(jī)在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用效率高低的關(guān)鍵因素。所以，如果單片機(jī)使用現(xiàn)場(chǎng)附近存在大型電力傳輸設(shè)備的話，其在運(yùn)行過程中產(chǎn)生的強(qiáng)度較大的電場(chǎng)或者磁場(chǎng)不僅會(huì)影響到單片機(jī)的正常穩(wěn)定運(yùn)行，嚴(yán)重的還會(huì)造成單片機(jī)出現(xiàn)停止運(yùn)行的狀況。

1.2 單片機(jī)系統(tǒng)的供電干擾

大功率生產(chǎn)設(shè)備是工業(yè)生產(chǎn)過程中不可或缺的生產(chǎn)設(shè)備，而這些生產(chǎn)設(shè)備的正常運(yùn)行則需要充足的電力配備。由于受到設(shè)備運(yùn)行時(shí)間不同的影響，所以導(dǎo)致工廠內(nèi)部的電壓會(huì)隨著設(shè)備運(yùn)行時(shí)間的不同而出現(xiàn)過壓、欠壓等各種情況，這種電壓不穩(wěn)定性的問題是影響單片機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定性的重要因素。

1.3 單片機(jī)系統(tǒng)的其他干擾

經(jīng)過深入的調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，工業(yè)生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的噪音干擾、單片機(jī)元器件布局、工廠電路設(shè)計(jì)等各方面的問題，都是影響單片機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定性與可靠性的主要原因。

2 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中的抗干擾技術(shù)

2.1 硬件部分的抗干擾技術(shù)

2.1.1 供電技術(shù)

供電技術(shù)主要的作用是為了確保電路的暢通，為了最大限度的降低因?yàn)殡娔芊€(wěn)定性不足而干擾到單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的正常穩(wěn)定運(yùn)行，工廠在實(shí)際應(yīng)用單片機(jī)系統(tǒng)的過程中，可以采取增加交流穩(wěn)壓器的方式，避免單片機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行過程中出現(xiàn)過壓或者電壓不足的問題。也就是說，利用交流穩(wěn)壓器將將單片機(jī)的主機(jī)與變壓器設(shè)備產(chǎn)生的高頻噪音有效的隔離開，然后通過獨(dú)立的穩(wěn)壓電路向單片機(jī)提供電能，才能在降低其他各個(gè)環(huán)節(jié)對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行產(chǎn)生的干擾的同時(shí)，促進(jìn)單片機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行效率的穩(wěn)步提升。

2.1.2 接地技術(shù)

現(xiàn)階段工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)過程中常用的接地技術(shù)主要有三種。

（1）機(jī)殼地接地技術(shù)。這種接地技術(shù)主要有箱體、機(jī)架等幾種接地形式，其主要是利用其自身的金屬質(zhì)地與其他部件共同接地的方式，達(dá)到形成安全地帶的目的。

（2）弱信號(hào)接地技術(shù)。這種接地技術(shù)主要是通過將系統(tǒng)中的小信號(hào)回路、控制以及直流電源等連接在一起并與大地進(jìn)行連接。

（3）功率接地技術(shù)。功率接地技術(shù)實(shí)際上就是將繼電器、電磁閥、驅(qū)動(dòng)電源等放置在一起并連接，從而達(dá)到形成功率接地的目的。由于這種接地方式在實(shí)際應(yīng)用的過程中，會(huì)因?yàn)殡娐饭β实脑黾樱霈F(xiàn)干擾信號(hào)、噪聲等干擾因素，所以這一接地技術(shù)不能與其他設(shè)備同時(shí)連接。

2.1.3 屏蔽技術(shù)

屏蔽技術(shù)主要是通過屏蔽電磁干擾噪聲源的方式，為單片機(jī)營造良好的運(yùn)行環(huán)境。由于這一技術(shù)中的屏蔽體主要以金屬質(zhì)地為主，所以這一技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)于電磁波干擾控制效果的提升有著積極的促進(jìn)作用。

2.1.4 隔離技術(shù)

隔離技術(shù)主要有光電隔離和物理隔離兩種方式。這一技術(shù)主要是通過隔斷電路的方式，將噪聲傳導(dǎo)至其他電路中，然后利用光電耦合器沒有輸入或者輸出絕緣反饋的特點(diǎn)，達(dá)到促進(jìn)單片機(jī)抗干擾性能有效提升的目的。

2.2 軟件抗干擾技術(shù)

2.2.1 數(shù)字濾波技術(shù)

由于單片機(jī)系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用過程中其自身也會(huì)產(chǎn)生一定的電磁噪聲，再加上外界傳感器以及單片機(jī)輸入進(jìn)項(xiàng)信號(hào)的過程中也會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的電磁干擾。所以，為了確保單片機(jī)系統(tǒng)的正常穩(wěn)定運(yùn)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(yán)格的按照要求將周期性干擾和不規(guī)則干擾信號(hào)控制在合理的范圍內(nèi)，通過過濾程序中運(yùn)行信號(hào)的方式確保單片機(jī)的正常穩(wěn)定運(yùn)行。

2.2.2 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)冗余

現(xiàn)階段工業(yè)企業(yè)使用的大多數(shù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、電路以及相關(guān)組成器件等都處于簡(jiǎn)化的狀態(tài)，這種方式不僅有效的降低了單片機(jī)系統(tǒng)構(gòu)建的成本，而且對(duì)于系統(tǒng)運(yùn)行可靠性的提升也有著積極的促進(jìn)作用。這種系統(tǒng)的運(yùn)行原理就是通過在兩個(gè)不同的工作系統(tǒng)中同時(shí)輸入一個(gè)數(shù)據(jù)，然后再通過對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)果的比較和分析，如果數(shù)據(jù)結(jié)果與系統(tǒng)匹配的話則說明搞系統(tǒng)處于正常運(yùn)行狀態(tài)，反之則說明至少有一個(gè)系統(tǒng)出現(xiàn)了故障。此時(shí)系統(tǒng)就會(huì)進(jìn)入自檢過程，如果系統(tǒng)自檢完成后檢測(cè)結(jié)果正常的話，則說明系統(tǒng)正常。如果檢測(cè)結(jié)果與系統(tǒng)運(yùn)行狀況不相符的話，則說明系統(tǒng)處于故障的狀態(tài)。

2.2.3 開關(guān)量輸入軟件抗干擾技術(shù)

在針對(duì)疊加有效點(diǎn)評(píng)信號(hào)進(jìn)行離散尖脈沖時(shí)輸入信號(hào)就會(huì)因?yàn)槭艿酵獠恳蛩氐母蓴_，而導(dǎo)致單片機(jī)無法正常運(yùn)行。通過對(duì)干擾信號(hào)特點(diǎn)的分析，工作人員在采集信號(hào)的過程中，必須嚴(yán)格的按照要求進(jìn)行反復(fù)多次的采集，并在確定信號(hào)采集達(dá)到匹配要求后才能將其作為有效信號(hào)予以應(yīng)用。假如信號(hào)沒有跟隨采集過程出現(xiàn)變化的話，那么系統(tǒng)就會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)并同時(shí)停止信號(hào)的采集。為了確保單片機(jī)系統(tǒng)的正常穩(wěn)定運(yùn)行，工作人員在應(yīng)該采取適當(dāng)延長(zhǎng)信號(hào)采集前時(shí)間的方式，以達(dá)到增加系統(tǒng)抗干擾的能力。

2.2.4 開關(guān)量輸出軟件抗干擾技術(shù)

信號(hào)在輸出過程中對(duì)報(bào)警系統(tǒng)等相關(guān)狀態(tài)信號(hào)都會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)作用，通過對(duì)同一信號(hào)的不斷輸出，是促進(jìn)信號(hào)抗干擾性能提升最直接有效的方法之一。雖然錯(cuò)誤干擾信號(hào)不斷侵入外部執(zhí)行設(shè)備，對(duì)外部執(zhí)行設(shè)備的運(yùn)行反應(yīng)速度產(chǎn)生了不同程度的影響。但是如果輸出信號(hào)的正確的話，那么錯(cuò)誤干擾信號(hào)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(fù)輸出的特點(diǎn)，設(shè)置控制輸出狀態(tài)信號(hào)的方式，降低外部干擾對(duì)芯片工作方式產(chǎn)生的干擾，從而達(dá)到提升單片機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性與可靠性有效提升的目的。

2.2.5 軟件看門狗技術(shù)

如果單片機(jī)在運(yùn)行過程中出現(xiàn)了程序進(jìn)入死循環(huán)狀態(tài)或者PC 指針位置不正確等程序失控問題的話，那么必然會(huì)對(duì)工業(yè)企業(yè)的生產(chǎn)產(chǎn)生非常不利的影響。由于傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)冗余、軟件陷阱等相關(guān)技術(shù)都無法有效解決這一問題，所以研究人員應(yīng)該根據(jù)這一問題的特點(diǎn)，研究切實(shí)可行的解決措施。而看門狗技術(shù)的出現(xiàn)和應(yīng)用，主要是通過控制單片機(jī)循環(huán)運(yùn)行時(shí)間的方式，發(fā)現(xiàn)和處理單片機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行過程中出現(xiàn)的錯(cuò)誤程序，確保程序運(yùn)行始終處于正常的狀態(tài)。

3 結(jié)束語

總之，雖然單片機(jī)在我國工業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展過程中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。但是由于其在實(shí)際應(yīng)用的過程中經(jīng)常受到外部因素的干擾。所以，加強(qiáng)單片機(jī)抗干擾技術(shù)研究和應(yīng)用的力度，促進(jìn)單片機(jī)抗干擾能力的有效提升，才能確保單片機(jī)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。