試談單片機(jī)設(shè)備抗干擾技術(shù)

秦猛

摘 要 單片機(jī)系統(tǒng)的干擾因素，常會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行失常，輕則影響產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量，重則會(huì)導(dǎo)致事故，造成重大經(jīng)濟(jì)損失。因而探討單片機(jī)抗干擾技術(shù)，是業(yè)界的一道難題。

關(guān)鍵詞 單片機(jī) 抗干擾 探析

中圖分類(lèi)號(hào)：TP368.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，單片機(jī)以其較高的性?xún)r(jià)比在工業(yè)控制、智能儀器、通訊設(shè)備等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。但是，在使用過(guò)程中，由于單片機(jī)工作的環(huán)境復(fù)雜，致使在實(shí)驗(yàn)室中測(cè)試成功的單片機(jī)系統(tǒng)，在實(shí)際應(yīng)用中受到一些干擾而出現(xiàn)問(wèn)題，這些干擾包括電網(wǎng)電壓波動(dòng)、電磁輻射干擾、溫度、濕度等因素。

1造成干擾的成因

1.1干擾的構(gòu)成

構(gòu)成干擾必須具備三個(gè)主要因素：干擾源、耦合或傳播途徑，以及干擾接受器。在單片機(jī)系統(tǒng)和電子設(shè)備中，一個(gè)電路抗干擾的程度可以用：S=WC/I來(lái)表示。

S表示電子線(xiàn)路受干擾的程度，W表示干擾源的強(qiáng)度，C表示耦合或傳播途徑的因素，I表示電路的抗干擾能力要減少干擾，可以盡量減少干擾源的強(qiáng)度，也可以降低干擾耦合因素或切斷干擾路徑，或者采取措施提高電路的抗干擾能力。

1.2干擾的來(lái)源

對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)的干擾一般有兩種：一種是來(lái)自系統(tǒng)外部的干擾，另一類(lèi)是來(lái)自系統(tǒng)內(nèi)部的干擾，如電源本身產(chǎn)生的干擾。

1.3干擾對(duì)單片機(jī)造成的影響

單片機(jī)屬于數(shù)字系統(tǒng)，各邏輯元件都有相應(yīng)的閾值電平和噪聲容限，外來(lái)干擾引入的噪聲一旦超過(guò)限度，干擾信號(hào)就會(huì)被邏輯器件放大，疊加在測(cè)量信號(hào)上，使數(shù)據(jù)采集誤差加大，甚至淹沒(méi)一些微弱的測(cè)量信號(hào)，倘若這些信號(hào)經(jīng)過(guò)電路耦合和傳輸通道進(jìn)入存儲(chǔ)器和觸發(fā)器，改變寄存器中的信息，就可能導(dǎo)致程序運(yùn)行失常，系統(tǒng)紊亂，引發(fā)故障。

2硬件抗干擾設(shè)計(jì)

干擾信號(hào)經(jīng)過(guò)耦合和傳播路徑后，一般都是以脈沖形式進(jìn)人單片機(jī)系統(tǒng)的。其主要形式有三種：電磁場(chǎng)輻射干擾、電源系統(tǒng)干擾和過(guò)程通道干擾。

2.1電磁場(chǎng)輻射抗干擾的設(shè)計(jì)

空間場(chǎng)輻射是以電磁輻射的形式進(jìn)入系統(tǒng)的，通常以差模和共模兩種噪聲模式產(chǎn)生輻射。差模噪聲的輻射是高頻噪聲電流在信號(hào)電路中流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的，共模噪聲的輻射則是由電路中的線(xiàn)阻抗或感抗產(chǎn)生的電位差引起的?？梢圆扇〉拇胧┤缦拢横槍?duì)差模噪聲信號(hào)，可以增加高頻濾波，在信號(hào)源到單片之間選用帶屏蔽層的雙絞線(xiàn)和同軸電纜，并確保正確、可靠地；針對(duì)共模干擾，可以采用隔離放大器，輸入和輸出電路與源沒(méi)有直接的電路耦合，這樣將有較強(qiáng)的抗干擾能力。另外，將強(qiáng)電和弱電結(jié)合部位分離開(kāi)，采用雙層屏蔽的方法將輸入號(hào)的模擬地浮空，再用一個(gè)屏蔽盒將模擬輸入部分屏蔽起來(lái)。

2.2電源抗干擾設(shè)計(jì)

供電系統(tǒng)是否穩(wěn)定關(guān)系到單片機(jī)能否可靠工作，在此過(guò)程中，電網(wǎng)、雷電、電磁等輻射的高頻信號(hào)就會(huì)耦合到電路中，對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)造成干擾。針對(duì)這些干擾，可以采用如下抗擾技術(shù)：

（1）電源變壓器采取濾波和屏蔽供電，電源變壓器的初級(jí)和次級(jí)線(xiàn)圈之間存在分布電容，對(duì)于高頻信號(hào)，電容相當(dāng)于短路，因此，可以使高頻干擾信號(hào)耦合到次級(jí)，盡管在后續(xù)電路中進(jìn)行濾波，也不能將噪聲完全消除。因此，為了降低電源變壓器帶來(lái)的干擾，通常需要在變壓器的初級(jí)繞組和次級(jí)繞組上分別增加屏蔽層，在初級(jí)和次級(jí)繞組之間再增加屏蔽層，并使其良好接地，以防止感應(yīng)和輻射耦合。

（2）采用串聯(lián)開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓電源，這種開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓電源使電路中的串聯(lián)調(diào)整管工作于飽和導(dǎo)通和截止兩種狀態(tài)，還可以采用開(kāi)關(guān)型電源，把直流電壓調(diào)制、整流再穩(wěn)壓，具有較強(qiáng)的抗干擾能力。

（3）整流后加多級(jí)濾波供電，電源干擾大部分是高次諧波，因此采用低通濾波器，讓50Hz的市電基波通過(guò)，濾去高次諧波，以改善電源波形。

2.3過(guò)程通道抗干擾設(shè)計(jì)

由于單片機(jī)是模數(shù)混合系統(tǒng)，在輸入、輸出中要進(jìn)行A/D，D/A變換，針對(duì)數(shù)字通道的抗干擾設(shè)計(jì)采取以下措施：

（1）光電隔離技術(shù)。光電隔離是采用半導(dǎo)體光電耦合器進(jìn)行隔離，具有很高的輸入阻抗和絕緣電阻，有效地抑制尖峰脈沖和電磁場(chǎng)的感應(yīng)，因此，在單片機(jī)系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。

（2）光導(dǎo)纖維做傳輸介質(zhì)。光導(dǎo)纖維損耗極低而且絕緣強(qiáng)度高，在傳輸中不受任形式的干擾，可以根據(jù)傳輸距離選擇光纖傳輸，達(dá)到滿(mǎn)意的效果。

（3）繼電器隔離。單片機(jī)輸出端的負(fù)載通電或斷電時(shí)會(huì)產(chǎn)生火花，火花作為一種很強(qiáng)的干擾噪聲，又會(huì)對(duì)電路產(chǎn)生很大的影響。為了消除火花，最好的方法是采用固態(tài)繼電器SSR。根據(jù)觸發(fā)方式不同，SSR可分為過(guò)零觸發(fā)和非過(guò)零觸發(fā)兩類(lèi)。過(guò)零觸發(fā)的固態(tài)繼電器，本身幾乎不產(chǎn)生干擾，對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)抗干擾非常有利。

3接地抗干擾技術(shù)

（1）在低頻電路中，常采用一點(diǎn)接地，以減小地線(xiàn)造成的地環(huán)路；在高頻電路中，布線(xiàn)和元件間的寄生電感及分布電容將造成各接地線(xiàn)間的耦合影響比較突出的現(xiàn)象，故一般采用多點(diǎn)接地。

（2）在單片機(jī)控制系統(tǒng)中，數(shù)字地和模擬地應(yīng)分別接地。此外，還應(yīng)考慮印刷電路板抗干擾的設(shè)計(jì)。應(yīng)該注意：印刷版上易受干擾的器件可以集中布置加以屏蔽，熱敏元件要遠(yuǎn)離發(fā)熱元件；兩條平行放置的導(dǎo)線(xiàn)之間存在寄生電容和耦合電感，會(huì)產(chǎn)生相互干擾，因此，在線(xiàn)路布局上，要避免出現(xiàn)大的環(huán)形，盡量減少線(xiàn)路所包圍的面積，以降低電磁干擾。

當(dāng)然，單片機(jī)系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計(jì)是一項(xiàng)綜合性的設(shè)計(jì)，由于單片機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用的領(lǐng)域?qū)拸V、環(huán)境復(fù)雜，在實(shí)際應(yīng)用中，要結(jié)合實(shí)際問(wèn)題加以改進(jìn)，采取更有效的抗干擾措施，這樣才能確保單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性，使之能夠正常、高效地工作。

參考文獻(xiàn)

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