探究單片機控制系統的抗干擾技術

沈宗明

（惠州工程職業學院，廣東 惠州516001）

單片機在工業行業中逐漸的應用起來，為工業領域中的生產帶來了諸多的便利條件。一般在單片機的檢測過程中都是在實驗室或者是干擾性較低的環境中，但是工廠中的環境會嚴重影響著單片機的使用效果。因而，工廠要想使用單片機就需要增強單片機中的抗干擾性以及減少工廠中的干擾因素，進而來進一步的提高單片機的穩定性和安全性，便于在工業領域中的使用。

1 單片機的概述

1.1 單片機的定義

單片機，又叫做單片微型計算機，屬于典型的嵌入式為控制器，主要是計算機系統通過集成到一個小的芯片上，因而質量較輕，占據的面積較小以及價格較低。比起計算機設備，基本功能類似，主要是缺少了外圍的設備，進而為后續的開發與應用提供了有利的條件。

1.2 單片機的主要構成

單片機主要是由中央的處理器，存儲器，定時或者計數器以及各種各樣的輸入輸出的接口通過集成技術來融合在集成的電路芯片上。

2 單片機干擾的來源以及主要的干擾類型

2.1 空間輻射的干擾

空間輻射的干擾主要是借電磁波向單片機的系統來進干擾，借助電場的實質是電容耦合來產生干擾，之后干擾信號借助導線或者是電路線路中的分布電容來進入到單片機的系統之中。而對于電磁場的實質是互感性耦合產生的干擾，信號借助電路或者是回路中的互感性耦合來產生干擾。

2.2 供電系統而引起的干擾

在具體的工業生產過程中，會涉及到較多的龐大的設備，其中會產生干擾信號的是一些具有感性的負載設備，這些設備在開啟與停止的動作中造成干擾的信號，進而使得單片機的供電系統受到較大的影響，進而使得單片機受到影響。

2.3 輸入輸出通道而引起的干擾

單片機在工廠中進行信息傳輸的過程中，主要是依靠輸入或者是輸出的通道來進行的，來連接前向接口，后向的接口以及主機，進而在傳輸的過程中，會在通道中產生一些干擾，進而使得單片機無法進行正常的使用。

3 單片機抗干擾技術的探索與分析

在通過對單片機受到的干擾類型進行分析之后，了解到單片機受到的干擾由三個方面來組成，第一是需要一定的干擾源，第二是需要借助一定的干擾途徑，第三是需要有接受產生干擾信號的敏感性的接受回路。這三個條件是缺一不可的，僅僅是在三者滿足得條件下才能使得單片機受到干擾。因此，在研究與設計單片機的抗干擾技術時，只需要將三個因素進行控制即可，也就是使得三個條件不能同時滿足，就可以使得單片機不會受到干擾。

4 單片機抗干擾技術的設計與研究

4.1 硬件抗干擾技術

在單片機的抗干擾技術的分析與研究過程中，硬件抗干擾技術的模式較為固定，是屬于主動地去與干擾進行管理與控制。其中，主要可以分為濾波技術，去耦技術，屏蔽技術，線間竄擾的分析與抑制以及接地技術，下列對各種硬件的抗干擾技術進行了全面綜合的分析與研究。

4.1.1 濾波技術

單片機的復位端口會受到電源相按鈕傳送的噪音干擾，進而使得單片機不能進行正常的工作。下圖分別是兩種復位電路圖，對于圖二來說，是屬于低通的濾波環節，主要是＜3τ 的脈寬有抑制作用的效果，而圖一是屬于高通的濾波環節，起不到抑制的作用，并且τ=RC，因而通過分析，圖一的復位電路對抵抗電源噪音的效果更突顯。

圖1

圖2

4.1.2 屏蔽技術

屏蔽的原理指的是借助屏蔽體來將通過空間形成電場，磁場以及其他形式耦合的部分結構來進行隔絕，也就是將通道進行阻斷，進而降低了噪音產生的干擾。通常采用的屏蔽方法是選用低電阻材料作為屏蔽體，之后將需要屏蔽的結構進行隔離，進而起到的屏蔽干擾的作用。

4.1.3 線間竄擾的分析與抑制

線間竄擾指的是多條線路之間相互靠近并且平行，因而導線就會對周邊的線路產生干擾，進而使得單片機不能進行正常的使用。因而選擇扁平電纜來進一步的抑制線間竄擾出現的干擾現象。一般來說，每相隔9cm 的導線中，電容為3pF，信號的頻率是100MHz，而且導線中存在的阻抗也會產生一些干擾，因而更容易發生竄擾的現象。具體的抑制措施是，第一是在使用扁平導線時，按照電平信號來進行分類，每條線路之間要有一定的間隔。第二是將相鄰信號組中用處不大的線路進行接地。第三是在配線的過程中，大力的促進扁平電纜緊挨接地底板，或者是為電纜設置接地屏蔽底板來進一步減少耦合電容。再者是在硬件設計中借助光電隔離的措施來實現對輸出設備的控制，進而實現隔離的效果。一般前后通道抗干擾的電路圖如下（第一張圖是后面通道的抗干擾電路圖）。

圖3

4.2 軟件抗干擾技術

軟件抗干擾的技術較為簡單和靈活，與硬件技術不同，沒有專業固定的模式，而且隨著時代的發展也在同步的發展。其中，軟件抗干擾技術主要是針對指令“亂飛”的情況來提出解決措施。在具體實際過程中的單片機的抗干擾技術中，是選擇硬件和軟件二者融合的抗干擾技術，而不是單獨的一種抗干擾技術。

4.2.1 指令冗余技術

如果單片機的程序計時器PC 受到了干擾，就會使得程序與原始的程序之間出現差距，進而導致“亂飛”的現象出現，而這些亂飛一些指令中，會使得操作碼出現差錯，進而出錯的機率會逐漸的增大。而指令冗余指的是在程序中多使用單字的指令，并且在重要的地區來設置一些字節的指令來降低干擾。其中，設置字節的指令，一般是在2 字節或者是3 字節中植入2 個字節的NOP 指令，進而使得指令不會出現'亂飛'的情況。再者是重復寫關鍵重要的指令，可以是一些具有決定程序流向和指導系統工作的指令的后面重復寫這些指令，進而能夠保證指令按照規定的執行。

4.2.2 軟件陷阱技術

軟件陷阱技術通常是對于亂碼飛入一些非程序區域來使用的抵制技術，也就是設立一些軟件陷阱來將亂碼引入到指定的區域中進而來阻攔亂碼，進而在該區域中對亂碼進行處理。常見的兩種軟件陷阱類型如圖4 所示以及亂碼飛入不同的區域中的處理方法。

圖4

4.2.3 看門狗技術

如果當單片機的系統在受到干擾后，就會使得系統的主程序進入到死循環中，而且中斷得服務程序也會進入到死循環甚至關閉中斷的狀態。此時借助看門狗的技術，可以進一步的提高單片機受到的干擾。在看門狗的技術中，由T1 中斷服務程序來監視主程序是否進入死循環，進而主程序對T0 中斷服務中故障是否關閉來進行監視，因而使得T1 中斷服務程序的循環和故障是否關閉可以由T1 來進行監視，進而提高了單片機系統工作的可靠性。同時，在設置的過程中要盡可能的減少T0 的中斷服務程序中數據的長度，進而來降低進入死循環中的頻率。圖5 是T0 和T1 的中斷流程圖（左邊是T1 終端流程圖）。

圖5

4.2.4 開門自檢技術

開門自檢技術通常是指在開機之后對RAM,ROM,I/O 口的狀態來進行檢測與分析，主要是在程序的編寫時要將RAM與ROM進行分類的存放，而在進行運行主程序的過程中要及時的對數據進行再次的檢查，從而能夠及時的發現一些差錯，進而避免單片機的系統受到影響。

5 結論

單片機在工業領域中的應用程度在逐漸地增加，但是會周到周邊的干擾，進而使得單片機不能夠進行正常的使用，因此，就需要對單片機中的抗干擾技術進行設計與研究。其中在設計抗干擾的技術時，要綜合的考慮多種因素再進行設計，盡可能的選擇硬件與軟件之間進行協調融合的抗干擾技術，進而才能夠促進提高單片機的抗干擾的技術水平，進一步的提升單片機的安全性能和穩定性，最終促進單片機能夠穩定持續的工作，進而為工業的生產以及人們的生活中提高服務。