單片機控制系統(tǒng)的抗干擾措施研究

宋紅記 河南經(jīng)濟貿(mào)易技師學院

引言：單片機控制系統(tǒng)在使用過程當中具有較高的靈敏度，也正是因為這一點，單片機控制系統(tǒng)也容易受到外界環(huán)境的干擾和影響。例如在噪音的環(huán)境中，單片機系統(tǒng)容易監(jiān)測到多余的信號波，影響到持續(xù)性的工業(yè)作業(yè)。在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的環(huán)境當中，往往具有眾多的干擾源可以發(fā)出多種干擾信號，相互之間構(gòu)成一種較為復雜的場域環(huán)境，會影響到單片機的控制測量系統(tǒng)，使單片機的運行狀況受到影響。因此從某種角度來說，單片機在系統(tǒng)在運行過程中要特別重視對于環(huán)境干擾因素的分析。本文圍繞著單片機控制系統(tǒng)的抗干擾措施展開論述，希望能為單片機控制系統(tǒng)的發(fā)展提供一些參考和建議。

一、單片機控制系統(tǒng)的硬件抗干擾措施

在單片機的控制系統(tǒng)當中，硬件抗干擾技術(shù)是主要的抗干擾措施。硬件抗干擾主要是通過屏蔽技術(shù)和濾波技術(shù)對于外界的信號干擾源起到抑制的作用，體現(xiàn)了抗干擾技術(shù)的綜合性，抑制了信號干擾的源頭，減輕外界干擾因素對于單片機系統(tǒng)的影響，切斷了干擾源的信號傳輸渠道。具體而言有以下幾種抗干擾措施：

（一）單片機的電路設(shè)計

在單片機抗干擾系統(tǒng)的技術(shù)設(shè)計當中，可以將電路和電源裝置通過分離邏輯和模擬電路的方式產(chǎn)生虛擬裝置的效果，使單片機的硬件能夠順利的抵御外界干擾。通過分離邏輯的運用，可以使單片機控制系統(tǒng)的傳感器在耦合作用下不斷的對電子單元發(fā)出控制信號，從而對單片機的控制系統(tǒng)產(chǎn)生影響，另外一方面，通過分離邏輯，可以有效的降低電路干擾，減輕電路耦合對于邏輯電路發(fā)出的干擾信號[1]。這一種硬件抗干擾方案已經(jīng)得到了較為廣泛的利用，在工業(yè)實踐領(lǐng)域，模塊供電系統(tǒng)當中一般采用三端穩(wěn)壓的集成芯片裝置為單片機的電源提供獨立的保護，維護電壓差。因此，利用分離邏輯的方式，可以使整個電路系統(tǒng)處在一個較為穩(wěn)定的電源電壓參數(shù)當中和，不斷的為電壓數(shù)值維護一個較為安全的運行環(huán)境，避免給電源裝置造成損害而發(fā)生故障。在單片機電源控制當中，可以使用低通濾波裝置的技術(shù)對于高次諧波進行過濾和篩查，避免使高次諧波影響到控制系統(tǒng)的運行，同時通過高次諧波的調(diào)整，可以優(yōu)化單片機電源的波段和波形，達到整體上的抗干擾效果。

（二）屏蔽裝置

單片機系統(tǒng)在進行抗干擾設(shè)計的過程當中，也可以利用屏蔽裝置和技術(shù)阻擋電子設(shè)備向外輻射的電磁波信號，同時，屏蔽系統(tǒng)還可以對于電磁干擾的源頭進行有效的控制，特別是對于單片機所處環(huán)境當中發(fā)出造成較大的污染源裝置，屏蔽系統(tǒng)可以通過雙重屏蔽裝置，對于單片機系統(tǒng)內(nèi)部的扼流圈進行變流調(diào)整，使單片機系統(tǒng)內(nèi)的高壓變頻器同步得到利用，使屏蔽技術(shù)可以不斷的擴大利用的范圍，保證開關(guān)的電源能夠?qū)υO(shè)備提供信號保護，提升單片機系統(tǒng)整體的抗干擾效果[2]。

（三）模擬電路抗干擾技術(shù)

在單片機控制系統(tǒng)當中，電路模塊需要模擬電路的設(shè)計。在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用環(huán)境下，單片機在工作中要面臨著溫度差的調(diào)整和轉(zhuǎn)換，其自身發(fā)動機的工作環(huán)境也會受到不同溫度的考驗，因此，在進行單片機零部件的構(gòu)造選擇時，要優(yōu)先測量模塊部件的溫漂系數(shù)，選取數(shù)值相對較低的部分安裝放大裝置，對于不良信號進行集成型的收集，制作成集成放大裝置[3]。之后，必須要考慮到單片機的電路板可能會受到的不良磁場的干擾和影響，要留意共模信號對于集成裝置的作用力，應(yīng)當把單片機的差動裝置安放在模擬的電路系統(tǒng)當中，使單片機系統(tǒng)兩端的信號輸出值區(qū)域穩(wěn)定。在接受信號的過程中，實現(xiàn)了信號端口的單雙切換，對于共模信號的端口信號發(fā)散具有一定的抑制作用，減小干擾信號對模擬端口的信號穩(wěn)定性的影響。此外，為了避免單片機的電氣零件遭受損害，在電波的輸入和輸出存在的大范圍波動的前提下，應(yīng)當在單片機當中安裝一定的比較裝置，或者加入輸入端的電路保護，使單片機系統(tǒng)在運行的過程當中免受不良信號的干擾。

（四）電路去耦設(shè)計

單片機在工業(yè)領(lǐng)域的運行當中，有可能會受到外部數(shù)字設(shè)備發(fā)出的信號影響，這些干擾信號在電力平臺上進行不斷的轉(zhuǎn)換，這一過程會對單片機控制系統(tǒng)產(chǎn)生較為明顯的沖擊波影響，導致單片機抗干擾系統(tǒng)可能會受到電力系統(tǒng)的干擾，該影響不會立刻消除，而是會不斷的擴大，直到影響傳達至運輸線路之上，對單片機系統(tǒng)產(chǎn)生較為明顯的沖擊波干擾，影響電源內(nèi)部的電阻壓降水平，造成壓力的數(shù)值增加，會對單片機系統(tǒng)造成非常明顯的干擾[4]。若要在軟件設(shè)計當中不斷的遏制干擾的因素，就必須要將藕電容的裝置進行合理的配置，安裝在單片機的抗干擾系統(tǒng)當中，也可以為數(shù)字電視和信號處理器等裝置配置耦電容裝置，完成電路的設(shè)計，使集成電路在運行的過程當中不斷的達到抗干擾的效果。

二、單片機控制系統(tǒng)的軟件抗干擾措施

單片機控制系統(tǒng)在進行硬件部分的抗干擾設(shè)計之后，依然無法完全避免某些外界因素的干擾，一方面由于信號干擾源頭較為復雜，另外一方面信號產(chǎn)生的端口具有一定的隨機性，因此，除了對于硬件的抗干擾設(shè)計之外，還需要考慮對于單片機控制系統(tǒng)的軟件部分進行抗干擾設(shè)計，在一系列新型技術(shù)的輔助之下，幫助單片機系統(tǒng)實現(xiàn)抗干擾的目的。具體來說，單片機控制系統(tǒng)的抗干擾措施主要包括以下幾點的內(nèi)容。

（一）數(shù)字化信號過濾技術(shù)

在單片機的控制系統(tǒng)當中，如果系統(tǒng)的信號輸入通道受到模擬信號的干擾，將會導致單片機在運行過程當中可能會出現(xiàn)一系列的誤差，特別是在模擬信號較為微弱時，單片機控制系統(tǒng)更加容易受到影響[5]。若要使這一誤差在可能的范圍之內(nèi)降到最低，保證單片機控制系統(tǒng)能夠在一定的范圍內(nèi)安全的運行，工作人員應(yīng)當仔細的分析信號干擾的來源、脈沖頻率等參數(shù)，在一系列數(shù)學技術(shù)的輔助之下，將數(shù)字信號過濾技術(shù)進行更加優(yōu)化的設(shè)計，通過數(shù)字技術(shù)對于干擾波段進行篩查和過濾，也可以使用濾波器等裝置，對于外界的輸入信號進行干擾分析和控制，對于發(fā)現(xiàn)的錯誤進行有效的阻礙，防止出現(xiàn)外界的因素干擾，導致單片機系統(tǒng)運行錯誤。

（二）指令冗余技術(shù)

當單片機控制系統(tǒng)處于強干擾的環(huán)境當中時，有可能會造成計數(shù)器當中的PC數(shù)值發(fā)生異常變化，直接導致系統(tǒng)軟件程序運行出錯，嚴重的可能會導致生產(chǎn)事故的發(fā)生。為了解決這一問題，工作人員可以利用單字節(jié)的指令對于單片機控制系統(tǒng)的核心部位進行指引，也可以將單字節(jié)的系統(tǒng)命令安插在單片機的控制系統(tǒng)當中，如果有程序受到干擾影響而紊亂，在JMP的指令幫助之下，單片機控制系統(tǒng)可以自動捕獲到正確的指令信息，之后再自動進行復位，進入到初始的入口地址當中，使程序結(jié)束循環(huán)狀態(tài)，不斷的進行自動修復和復位操作，直到錯誤的指令危機解除，使系統(tǒng)始終保持著相對的穩(wěn)定狀態(tài)。除了指令冗余技術(shù)之外，看門狗技術(shù)也可以幫助單片機控制系統(tǒng)阻隔外界環(huán)境的干擾，解決以往存在的程序亂碼的問題?？撮T狗技術(shù)能夠準確的對單片機的運行程序進行時空范圍之內(nèi)的動態(tài)監(jiān)測，一旦在監(jiān)視過程中發(fā)現(xiàn)某些問題，或者出現(xiàn)系統(tǒng)故障導致的計數(shù)器數(shù)值爆表，看門狗技術(shù)可以自動將控制系統(tǒng)進行復位，迫使系統(tǒng)軟件能夠繼續(xù)進入到正常的運行狀態(tài)當中。

（三）開關(guān)量的抗干擾能力

在單片機的控制系統(tǒng)當中，如果將一連串的離散型脈沖信號覆蓋在有效信號之上，那么將會使脈沖信號的控制量發(fā)生數(shù)值異常，同時也會造成系統(tǒng)的脈沖信號受到外界不良因素的嚴重干擾，導致單片機控制系統(tǒng)無法受到硬件參數(shù)的控制，也無法通過對硬件設(shè)備進行設(shè)置來達到調(diào)整脈沖頻率的效果。針對以上問題，工作人員可以通過對于開關(guān)量的調(diào)節(jié)來提高單片機控制系統(tǒng)輸入和輸出設(shè)備的抗干擾能力，利用專業(yè)的應(yīng)用軟件對于重復脈沖進行技術(shù)檢測和篩查，對于輸入輸出開關(guān)的接口處進行抗干擾設(shè)計，通過這種方式提高設(shè)備對于外界信號的敏感度和阻隔能力，達到單片機控制系統(tǒng)的抗干擾效果。

結(jié)語：綜上所述，單片機的控制系統(tǒng)在設(shè)計的過程的當中，應(yīng)當通過硬件和軟件的參數(shù)設(shè)計和設(shè)置調(diào)整，不斷的提高系統(tǒng)阻隔外界干擾源頭的能力，做好單片機控制系統(tǒng)的抗干擾工作，提升單片機的使用價值。