單片機自動控制中抗干擾相關問題的探討

黃開平

摘 要：單片機在自動化流程中比較容易受到干擾，會影響微機測控系統的穩定運行，有時還會對整個系統造成不利影響，因此，為了讓控制系統更穩定更安全的運行，就要提高單片機的抗干擾能力，本文就單片機自動控制中抗干擾相關問題做出簡單分析，希望能為單片機的抗干擾能力的提高做出一些幫助，提高自動控制系統的穩定性。

關鍵詞：單片機;抗干擾能力;問題探討

引言：單片機受到干擾可能會造成系統的自動化流程失控，主要的現象有：由于干擾的原因導致系統內的數據不準確;干擾會造成數據采集的誤差較大;干擾可能會造成系統的控制失靈;干擾可能會造成控制系統的程序運行異常。這些基本都是由于單片機受到干擾而產生的一些不利現象，為了提高單片機的抗干擾能力，現如今，比較可靠的技術主要可以分為兩個方面，硬件抗干擾技術和軟件抗干擾技術。下面就單片機抗干擾能力做出一些簡單概述。

一、硬件抗干擾技術

硬件抗干擾技術主要是通過抑制干擾源來提高抗干擾的能力，這種技術主要是阻斷干擾傳輸通道，通過合理的布置以及有關參數的選擇，可以很好的抑制對系統的干擾。硬件抗干擾技術是一種比較常使用的技術，通過一定的硬件設計，可以有效的抑制大部分的干擾[1]。硬件抗干擾技術的主要措施有：盡量選取頻率低的微控制器;減小信號傳輸中的畸變;降低信號間的交叉干擾;合理的對元件進行布置分區等，如果可以有效的實施硬件抗干擾技術，就可以把絕大部分的干擾阻隔，雖然還會有小部分的干擾會對微機系統系統有一定的影響，這時就可以通過軟件抗干擾技術來實現對干擾的阻斷，這樣就可以有效的使微機受到的干擾能力變小，由此可以看出要想使微機的抗干擾系統成功的組建，需要硬件系統和軟件系統相結合才能實現。

二、軟件抗干擾技術

在微機測控系統中，軟件抗干擾技術的應用最為廣泛，主要是由于軟件抗干擾系統具有耗費資源少、靈活方便等優點，在軟件抗干擾技術進行實施時，主要是通過對模擬器輸入的噪聲進行消除，當程序出現混亂時使程序重入正規的方法。下面對機電軟件抗干擾技術進行簡單的概述。

（一）指令冗余

在CPU進行取令時，一般都是先對操作碼進行提取，然后再對操作數進行提取，這時，如果在一些地方插入單字節指令，或將一些單指令重寫就可以稱之為指令冗余。一般認定在程序“跑飛”后會進某個代碼段中，這時可以在代碼段的指令中插入3個以上的nop空命令，這樣就可以實現對程序“跑飛”的控制，但是當中斷程序出現干擾而使得“程序”跑飛，這時冗余技術將會失效，控制系統也不能正常工作。

（二）攔截技術

攔截技術就是將亂飛的程序引向制定的位置，然后通過一定的處理，使程序進入正軌，這個過程需要通過軟件陷阱來對亂飛的程序進行攔截，因此首先要設計合理的陷阱，通過對陷阱合理的擺放，才能對亂飛的程序進行有效的攔截。當亂飛的程序進入非程序區時，指令冗余便會失效，不能對干擾進行一定抑制，因此，要通過一定的陷阱，將亂飛的程序控制住，然后進行及時的處理，這樣才能對干擾進行一定的阻礙。在對陷阱進行放置時，一般都會在未使用的EPROM中填寫0000020000[2]。最后一條填寫020000，這樣，當亂飛的程序進入此區域時，就可以自動入軌。此外，在用戶程序區各模塊之間的空余單元中也可以設置陷阱指令，這樣也可以對亂飛的程序進行有效的攔截。當使用的中斷因干擾而開放時，在對應的中斷程序中設置軟件陷阱，就可以對中斷的錯誤進行及時的發現。在考慮到整個系統的容量，一般情況下，陷阱的設置不要太多，1K空間中有2～3個陷阱就可以對亂飛的程序進行有效的攔截。

（三）軟件“看門狗“技術

在失控的程序進入“死循環”時，一般都是采用“看門狗”技術來實現程序的正常運轉，通過對程序的運行時間進行不斷的檢測，可以發現程序循環時間是否正常，若程序的循環時間超過了最大循環運行時間，則可以認定程序進入“死循環”，這時就可以通過“看門狗”技術進行處理[3]。“看門狗”技術可以通過硬件來實現，也可以通過軟件來實現，一般都是通過軟件來實現的，因為軟件“看門狗”可以減少系統自我修復的時間，而硬件“看門狗”基本都是通過復位的方式來實現對程序的處理，這樣耗費的時間相對較多。

三、單片機控制系統的抗干擾對策

（一）加強系統分析

要想實現對單片機控制系統的抗干擾工作，如果僅靠傳統的手段進行實施，不僅效果不會太好，還會有著很多的問題產生。在對單片機控制系統進行抗干擾的處理時，可以通過對系統分析層面進行入手，選擇合理的手段和方法。首先，可以通過對單片機控制系統運作的不同環境，進行合理有效的分析，對控制系統進行全面的掌握，以便于對出現問題進行有效的排查，保障整個控制系統運行的穩定。其次，要對影響控制系統的干擾源和動態因素進行深入的研究，對控制系統的抗干擾進行全面的設計，從而使得單片機控制系統的抗干擾體系更加的豐富。

（二）數字輸入端的噪聲抑制

對于單片機控制系統的抗干擾工作，硬件抗干擾是一種比較有效的抗干擾方式，要想使單片機控制系統穩定的運行，與硬件抗干擾的應用有著非常密切的關系，如果硬件抗干擾系統維護的不到位，就會使得單片機控制系統的穩定運行受到影響。在對數字輸入端噪聲抑制的抗干擾進行合理的實施時，可以使整個系統的抗干擾能力大大提高，保障單片控制系統更加穩定的運行。首先可以在輸入端接RV濾波器和施密特集成電路，其中RC濾波器的時間常數要大于現場可能出現噪聲的最大脈寬，還要保證濾波器的時間常數小魚信號的寬度，這樣不僅可以有效的對噪聲進行抑制，也不會使信號丟失。在輸入端加上拉電阻，可以使系統的供電電源電壓提高，從而使輸入端的電平提高，使輸入端的噪聲容限更大。提高輸出低電平的噪聲容限，可以通過降低信號源內阻的方法來實現，使用放大倍數為1的電壓跟隨器，可以使單片機控制系統的效用更加的明顯。

（三）外圍擴展存儲器的抗干擾

在對單片機控制系統的抗干擾進行實施時，應該按照多元化的模式進行，單一技術手段的實施，雖然可以暫時性的對抗干擾能力提高有著明顯效果，但是長期的應用，會使得控制系統的抗干擾能力下降，不利于單片機控制系統長期穩定的運行。外圍擴展存儲器的抗干擾手段是促進單片機控制系統穩定運行的重要組成部分，在實施外圍擴展存儲器的抗干擾手段時，首先要控制數據線、地址線、控制線的長度，讓其盡量變短，這樣能減少對地的電容。然后要加粗電源線和地線，走線時盡量要短，這樣才能使外圍擴展存儲器的抗干擾能力得到有效提升。

四、結語

對于單片機控制系統的抗干擾能力來說，要綜合考慮硬件和軟件技術想結合，這樣才能使得單片機控制系統的抗干擾能力得到有效加強，同時還要針對開發的成本和軟件的穩定性去綜合進行考慮，選取合理科學的抗干擾方式方法，促使我國單片機控制系統更加的穩定。我國在單片機控制系統的抗干擾設計方面，正在不斷的改進，通過突破自身的局限性，現如今已經取得了比較好的效果，相信通過我國對于單片機控制系統的不斷研究，我國的單片機自動控制系統的抗干擾能力會不斷的加強。

參考文獻：

[1]黃啟鋒，郭麗花，林有希，溫發林. 單片機控制系統軟件抗干擾方法的研究[J]. 中國農機化學報，2016，37（02）：214-217+222.

[2]鄒超然. 單片機控制系統抗干擾設計[J]. 黑龍江科學，2019，10（02）：72-73.

[3]苑曉晨，武建偉，王新鑫，樊建勛. 單片機在自動控制系統中的可行性分析[J]. 湖北農機化，2019（12）：84.