單片機控制系統的抗干擾措施研究

仲寒兵

摘要：文章從單片機控制系統的干擾性因素進行分析，展開對提高單片機控制系統抗干擾性能的措施的討論，提出完善抗干擾方案、提升硬件抗干擾性能、提高軟件抗干擾性能的建議措施，達到了增強單片機控制系統的抗干擾性能的效果，為單片機控制系統安全穩定的運行夯實了基礎。

關鍵詞：單片機控制系統；抗干擾；措施

中圖分類號：TP39? 文獻標志碼：A

0 引言

在單片機控制系統的抗干擾處理過程中，制定完善的抗干擾控制方案和計劃，有效預防干擾問題所帶來的影響，提升整體的抗干擾工作效率，確保能夠提升系統的抗干擾性能，增強單片機控制系統運行的穩定性和可靠性。

1 單片機控制系統干擾問題分析

1.1 主要的干擾來源

通常情況下，單片機控制系統在實際運行的過程中，干擾來源主要為以下幾點：無線電設備所產生的射頻干擾問題；發動機設備在運行過程中高壓點火線圈向著外部的輻射磁場強度較高，從而引發相關的干擾問題；單片機控制系統本身存在晶振電路的干擾源；在數字電路系統運行期間，電路非常煩瑣復雜，電源地線電流的變化幅度較大，產生高頻電磁干擾；不同電子設備接通和斷開時會出現快速變化的電流，引發寬頻譜干擾的問題。除此之外，外界交流電路出現工頻干擾的現象，對模擬電路輸出信號的精確性和準確度造成影響。

1.2 干擾的原因

單片機控制系統受到干擾的原因非常復雜，科學合理地分析干擾原因是有效進行抗干擾處理的基礎保障和重要措施，而具體的干擾原因表現為以下幾點。

1.2.1 干擾源耦合

一般情況下，對單片機控制系統造成干擾的干擾源，主要是利用耦合性道的形式干擾微機測控系統。故需要對干擾源和控制系統的信道進行隔離處理。圖1為干擾源和具體的耦合特征。應按照不同干擾源的耦合特點和實際情況，科學合理地分析研究，為整體系統的抗干擾優化處理提供幫助。

1.2.2 電源波形畸變

單片機控制系統自身或者是電網設備所使用的電力半導體元件多數都是GTO元器件、GRT元器件等。元器件實際運行期間可能會出現高次諧波或者是噪聲等特殊現象。此類因素會導致電網、電源發生不同的改變，出現波形畸變的問題，經過電源線路對整體系統造成干擾性影響。

1.2.3 輸入元器件干擾

系統運行期間現場可能會出現強烈振動的現象，會使得整體系統輸入元器件的觸點出現抖動的問題，如果常閉觸點的位置出現嚴重的抖動現象，將會導致系統接收錯誤信號，造成嚴重的干擾。

2 單片機控制系統的抗干擾措施

2.1 完善抗干擾方案

為了能夠提升系統的抗干擾性能，應制定完善的單片機控制系統抗干擾處理方案計劃，通過健全的方案增強系統的運行穩定性和可靠性，如圖2所示。

2.1.1 合理進行錯誤信號屏蔽

系統運行期間可能會發生電磁環境的異常變化情況，如果不能合理進行控制，將會引發嚴重的干擾問題。因此，應按照系統的錯誤信號干擾現象，合理進行錯誤信號的屏蔽處理，例如：通過定時器采樣的方式，有效屏蔽不同類型的錯誤信號，在采樣的過程中，科學進行時間的選擇，限定整體系統在開關信號正常和其他信號正常的情況下采樣，以免引發嚴重的錯誤信號干擾問題。

2.1.2 解決輸入元器件干擾的問題

輸入元器件出現觸點抖動的現象會對整體系統造成干擾，因此應制定輸入原件接通處理的方案，做好觸點的接通工作，同時在元器件運行的過程中杜絕發生抖動的現象，設置抖動檢測的模式，一旦出現抖動的問題，就要停止系統的運行，以免造成嚴重的干擾。

2.1.3 制定電源波形畸變問題的防控方案

電源波形畸變是系統運行期間最為主要的干擾問題，為有效避免出現電源波形畸變的現象，應科學合理進行元器件的整改，采用傳統輸入軟件或是使用晶體管進行輸入的過程中，如果外部的負載很低，就可能會發生微小電流負載的誤動，此情況下就應重點進行元器件的優化和完善，積極借鑒國內外成功經驗，在系統中設置抗干擾性能高，預防出現電源波形畸變問題的元器件，例如：IGBT元器件等，確保系統穩定性、安全性、可靠性運行。

2.1.4 完善接地點的方案

為提升系統抗干擾性能，需要合理進行單片機控制系統接地點的設置和完善，應確保各個接地點的合理設置，通過有效的措施降低干擾源所帶來的干擾。

2.2 硬件抗干擾處理

單片機控制系統抗干擾處理的過程中應重點進行硬件方面的抗干擾處置，有效進行干擾源的抑制，起到干擾傳輸通道阻斷的作用，通過濾波技術、去耦合技術和屏蔽技術等完成操作。

2.2.1 合理設計電源電路

整體系統中將模擬類型和邏輯類型的電源電路相互分離，避免電源耦合電路所出現的干擾源對模擬電路造成影響，預防傳感器利用電源耦合的形式產生ECU的干擾問題。一方面，使用三段穩壓集成芯片元件，獨立進行電源負壓差的保護，避免由于某個穩壓電源發生故障問題對系統電路造成影響；另一方面，采用低通濾波器元件，降低高次諧波干擾問題的發生率，促使電源波形的改善和優化。另外，在電源輸入端需要設置過壓保護電路，這樣能夠提升供電的可靠性，有效進行負壓差保護，預防壓差對穩壓器造成擊穿的影響導致器件損壞和失效，例如：在過壓保護方面配置穩壓管、晶閘管，有效進行過壓保護的同時，確保電容輸出電壓波紋控制在良好的范圍之內。

2.2.2 模擬電路的合理設計

在模擬電路設計的過程中，設計人員應考慮到整體系統發動機設備的運行環境溫度波動幅度高，所以需要選擇低溫漂系數的集成放大器部件。與此同時，由于模擬電路之內的共模信號會導致電路板受到一定的影響。因此，需要設置x動放大電路，獲得兩端的輸出信號，在接收信號的過程中，將兩端信號轉變成單端的信號，有效進行共模信號的抑制。如果輸入信號的波動幅度較高，就要在放大器前端設置保護電路，預防發生器件損壞的問題［1］。

2.2.3 去耦合電路的設計

通常情況下，單片機控制系統的數字信號電瓶轉換期間，可能會形成很高的沖擊電流，在傳輸線與供應電源內阻方面出現很高的壓降，干擾問題非常嚴重，為了預防此類干擾現象，應在電源電路設計和信號處理電路設計期間，科學配置去耦合電路，按照公式進行去耦合電容的計算：

C>△i/（△v/△t）

其中，△i和△v主要是電流變化數據值、電壓變化數據值，△t代表的是變化時間數據值。

根據公式進行去耦合電容的計算之后，還需按照耦合干擾問題的特點合理設計能夠預防耦合干擾問題的機制，如表1所示。

2.2.4 單片機的合理選用

為確保系統的抗干擾性能，應重點選擇時鐘頻率很低的單片機系統，預防外時鐘帶來的高頻噪聲干擾，在一定程度上能增強整體系統的抗干擾性能。

2.2.5 其他設計措施

單片機控制系統的硬件抗干擾設計過程中，除了要注意以上幾點問題，還需做好其他的設計工作，如圖2所示。首先，合理進行輸入信號與輸出信號的隔離處理，切斷干擾信道，以免強電流的影響下回路受到沖擊，例如：采用光電類型、繼電器類型、變壓器類型的隔離方式；其次，合理采用屏蔽技術措施，預防電子設備向外進行干擾電磁波的輻射，降低電磁干擾源的強度，預防系統受到干擾性影響，例如：開關電源的噪聲源很大，可設計雙重屏蔽的結構，有效進行高頻變壓器、扼流圈的屏蔽處理，完善整體開關電源的屏蔽保護模式；最后，設計印刷電路板，做好電路板的組件設計和布線設計等工作，有效預防印刷電路板設計的問題，促使系統抗干擾性能的提升，例如：在電路板布線的過程中，確保晶振電路與單片機相互靠近，石英晶體振蕩器的外殼必須要按照要求接地，采用地線進行特殊高速電路和時鐘振蕩電路的圈起，模擬信號應該與開關屏器件和大電流器件相互避開，以免出現干擾問題［2］。

2.3 軟件的抗干擾設計

由于各類干擾信號的產生原因非常復雜，具有一定的隨機性，所以在合理進行硬件的抗干擾設計的同時，還需科學地補充軟件抗干擾的措施，通過先進的數字濾波技術、RAM技術和“看門狗”技術等，增強系統的抗干擾性能。

2.3.1 數字濾波技術的應用

如果系統的輸入信道模擬信號受到干擾，將會導致所采集的數據信息誤差問題增加，尤其是在輸入信道的模擬信號很弱的情況下，誤差非常嚴重。此情況應科學合理地使用算術平均處理法、比較取舍處理法、中值處理法、濾波處理法進行處理。特別是按照信號干擾的規律，使用良好的設計方式進行處理，在對輸入模擬信號進行處理的過程中，可以通過數字濾波器過濾受到干擾所出現的輸出控制誤差信號，避免發生系統的干擾問題。

2.3.2 “看門狗”技術的應用

采用“看門狗”技術，主要是在系統中的軟件和硬件的部分設置“看門狗”，利用其監視和分析運行程序。一旦程序發生故障，計算器出現溢出現象，“看門狗”能第一時間進行處理，使系統復位，重新運行［3］。

2.3.3 RAM資料處理技術

一般情況下，電源開關與CPU可能會受到干擾，導致RAM資料被破壞，出現系統運行的問題。此情況就要使用資料冗余技術措施進行資料的保護，等待系統復位以后，對備用資料進行檢驗和恢復，能有效維護資料內容的完整性。

3 結語

綜上所述，單片機控制系統在運行的過程中可能會受到各類因素干擾，導致系統運行的可靠性和穩定性較低，難以滿足系統的運行管控需求。因此，在單片機控制系統實際應用的過程中，要科學合理地分析干擾問題的源頭，制定完善的抗干擾方案，科學消除單片機控制系統硬件和軟件的抗干擾，推動系統良好穩定地運行。

參考文獻

［1］徐靖.單片機控制系統的抗干擾措施［J］.電子測試，2021（20）：137-138，140.

［2］李相陽.單片機控制系統的抗干擾措施［J］.文淵（高中版），2020（8）：201-211.

［3］李姍姍.單片機控制系統的抗干擾措施［J］.石河子科技，2021（3）：30-31.

（編輯 王永超）

Research on anti-interference measures of single chip microcomputer control system

Zhong? Hanbing

（Taizhou Technician College， Taizhou 225300， China）

Abstract： This paper analyzes the interference factors of the single-chip microcomputer control system， discusses the measures to improve the anti-interference performance of the single-chip microcomputer control system， and puts forward suggestions and measures to improve the anti-interference scheme， hardware anti-interference performance and software anti-interference performance， which achieves the effect of enhancing the anti-interference performance of the single-chip microcomputer control system and lays a solid foundation for promoting the safe and stable operation of the single-chip microcomputer control system.

Key words： single chip microcomputer control system; anti-interference; measures