單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)抗干擾技術(shù)

崔曉康+高潤(rùn)秋+王芮+袁明芊+仵松頎

【摘 要】隨著近年來(lái)工業(yè)技術(shù)水平的不斷提高，越來(lái)越多的工業(yè)為了能夠提升自身的工作效率，都開(kāi)始引進(jìn)了大量的嵌入式系統(tǒng)來(lái)對(duì)工業(yè)產(chǎn)業(yè)在運(yùn)作過(guò)程中起到輔助的作用，而單片機(jī)所組成的嵌入式系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)于測(cè)量控制有著重要的意義。但是電子元件在使用過(guò)程中需要考慮到的一個(gè)問(wèn)題是電子元件會(huì)受到周圍環(huán)境對(duì)其造成的影響，我們將這種影響稱之為干擾因素，所以為了能夠有效的提升單片機(jī)在使用過(guò)程中能夠得到保護(hù)，使其整體的運(yùn)行過(guò)程處于一個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)，對(duì)于單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)就需要做進(jìn)一步的研究。

【關(guān)鍵詞】單片機(jī)；系統(tǒng)；抗干擾技術(shù)

單片機(jī)由于受到其自身所具備的體積小、抗干擾能力強(qiáng)，運(yùn)行穩(wěn)定性可靠等優(yōu)勢(shì)，從而在當(dāng)今的工業(yè)中得到了廣泛的使用。其中最重要的一點(diǎn)因素就是單片機(jī)在使用過(guò)程中如何抵抗外界的干擾，因?yàn)閱纹瑱C(jī)的抗干擾能力往往決定了由單片機(jī)所組成的系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中的穩(wěn)定性。所以對(duì)于單片機(jī)的抗干擾技術(shù)，我們就需要進(jìn)行對(duì)其整個(gè)的運(yùn)行過(guò)程可能會(huì)受到干擾的每一個(gè)因素進(jìn)行分析，從而采用相對(duì)應(yīng)的技術(shù)手段來(lái)提高系統(tǒng)的整體運(yùn)行能力。

一、影響單片機(jī)的因素

（一）首先從單片機(jī)組成系統(tǒng)的原件來(lái)進(jìn)行分析。一般影響到單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的主要是因?yàn)樵谙到y(tǒng)運(yùn)行中組成系統(tǒng)的內(nèi)部以及外部電氣而產(chǎn)生的影響，除此之外還會(huì)受到關(guān)于系統(tǒng)在組件式的結(jié)構(gòu)組成、系統(tǒng)組成元件其自身的特性、元件安裝過(guò)程中的等多個(gè)要素共同影響的。一旦這些因素對(duì)單片機(jī)所組成的控制系統(tǒng)進(jìn)行了影響后，往往會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題，這些問(wèn)題會(huì)導(dǎo)致單片機(jī)所組成的系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)破壞生產(chǎn)環(huán)節(jié)，往往這樣的事故一旦發(fā)生就會(huì)對(duì)整個(gè)工業(yè)生產(chǎn)造成重大的損失。

（二）在對(duì)感染因素進(jìn)行分析的過(guò)程中，相關(guān)人員提出了將感染因素通過(guò)三個(gè)部分來(lái)進(jìn)行判斷，在查找對(duì)系統(tǒng)干擾的因素是時(shí)，首先要確定產(chǎn)生干擾的干擾源是什么，其次需要進(jìn)行分析的是干擾源是如何將這些干擾元素通過(guò)何種渠道進(jìn)行傳播，最后就是系統(tǒng)中那些電路對(duì)產(chǎn)生的干擾信號(hào)有著明顯的接收能力。通過(guò)這樣的步驟，可以有效的查找出單片機(jī)控制系統(tǒng)中所存在的干擾問(wèn)題，并且通過(guò)這些問(wèn)題能夠及時(shí)的給出對(duì)應(yīng)的解決方案，從而確保系統(tǒng)能夠穩(wěn)定的運(yùn)行。

二、單片機(jī)內(nèi)部的抗干擾設(shè)置

（一）處理器的抗干擾設(shè)置。在單片機(jī)的運(yùn)行中，主要起到指令輸送的是數(shù)據(jù)總線、控制總線以及地址總線，通過(guò)這些輸送的介質(zhì)才能夠完成主機(jī)部分與外部單元之間的指令傳輸以及交換任務(wù)指令。所以在其進(jìn)行直連傳輸?shù)倪^(guò)程中如果一旦外界對(duì)其產(chǎn)生了干擾，往往就會(huì)出現(xiàn)系統(tǒng)故障問(wèn)題。所以在安裝的過(guò)程中，首先應(yīng)該檢查這三條電路在安裝過(guò)程中是否接好，同時(shí)為了可以提升總線上對(duì)于信息指令的傳送可靠性，可以通過(guò)在總線上添加上拉電阻，這樣便可以增強(qiáng)總線上信號(hào)傳輸?shù)目煽啃浴Ｒ源藖?lái)增強(qiáng)了指令傳輸功能的同時(shí)，降低了干擾因素對(duì)于系統(tǒng)的干擾強(qiáng)度。在這里通過(guò)MCS-51單片機(jī)來(lái)進(jìn)行說(shuō)明，當(dāng)在51單片機(jī)安裝可一個(gè)上拉電阻后，首先能夠通過(guò)安裝的上拉電阻提高電平，而通過(guò)提高電平可以有效的提升電路對(duì)于干擾因素的抵抗能力。其次通過(guò)增加上拉電阻還可以總線對(duì)于干擾因素的抵抗能力，因?yàn)榭偩€為最高阻值狀態(tài)時(shí)處于一個(gè)懸空的狀態(tài)，而這種狀態(tài)下往往容易受到外界用電過(guò)程中產(chǎn)生的電磁影響，當(dāng)影響后對(duì)于總線上的數(shù)據(jù)則會(huì)產(chǎn)生一定的錯(cuò)誤，從而引發(fā)一個(gè)錯(cuò)誤的指令。最后當(dāng)總線上所連接的芯片為CMOS時(shí)，因?yàn)槠渥陨硖匦运绊懀瑫?huì)造成輸入的阻抗變大，而阻抗大往往就會(huì)發(fā)生靜電電荷的不斷累積，當(dāng)靜電電荷累積到了一個(gè)值時(shí)會(huì)產(chǎn)生放電作用，而所釋放的這個(gè)靜電會(huì)導(dǎo)致處理器無(wú)法正常的工作，所以為了能夠降低靜電點(diǎn)和放電所帶來(lái)的影響，我們也可以通過(guò)增加一個(gè)上拉電阻來(lái)進(jìn)行防干擾的保護(hù)措施。

（二）單片機(jī)中的時(shí)鐘信號(hào)往往是最容易受到干擾的一個(gè)部分，絕大多數(shù)的輻射干擾等干擾因素都是由這個(gè)源頭而產(chǎn)生的，而這個(gè)干擾源頭之所以會(huì)產(chǎn)生主要是因?yàn)闀r(shí)鐘信號(hào)自身起到了一個(gè)時(shí)間的上升下降控制。如果時(shí)鐘信號(hào)的頻率升高，傳輸過(guò)程中傳輸通道上的變化也會(huì)隨之增高，告饒就會(huì)進(jìn)一步的加強(qiáng)。所以威力可能夠消除干擾源或者撿最大可能的消除干擾源，我們就需要適當(dāng)?shù)慕档蜁r(shí)鐘信號(hào)變化的頻率。消除干擾的主要途徑有：（1）通過(guò)縮短時(shí)鐘脈電路與處理器之間的距離來(lái)降低干擾；（2）可以在外部增加一個(gè)時(shí)鐘源，在接線過(guò)程中，可以將外部時(shí)鐘源的電源與接地之間增加一個(gè)去耦電容；（3）如果單片機(jī)組成的系統(tǒng)在條件允許的情況下，盡可能的用接電線來(lái)環(huán)繞系統(tǒng)中的振蕩電系統(tǒng)中時(shí)鐘信號(hào)路；（4）在有的單片機(jī)系統(tǒng)中往往在結(jié)構(gòu)上有一種是單時(shí)鐘對(duì)應(yīng)多個(gè)芯片作為提供脈沖信號(hào)。在這里為了避免干擾信號(hào)，需要在連接過(guò)程中使用隔離措施來(lái)保證不受干擾。

（三）當(dāng)干擾信號(hào)傳遞到了處理器內(nèi)部時(shí)，為了防止處理器向下面的元件傳送錯(cuò)誤的指令，我們可以通過(guò)添加一個(gè)冗余來(lái)避免這一問(wèn)題，增加冗余可以保障指令能夠在軌道中合理地進(jìn)行運(yùn)作，但是其所存在的缺點(diǎn)是程序必須在這一程序區(qū)之內(nèi)才會(huì)有效。除此之外還可以通過(guò)布置“軟件陷阱”來(lái)避免干擾信息的傳輸，其原理是通過(guò)捕獲一個(gè)錯(cuò)誤的指令，通過(guò)專門(mén)處理錯(cuò)誤的程序進(jìn)行修復(fù)后再傳達(dá)到指定的地址中去。除了以上的兩種方式，還有一些人會(huì)建立一個(gè)外部的檢測(cè)系統(tǒng)來(lái)觀察系統(tǒng)內(nèi)部運(yùn)行的狀況。整個(gè)監(jiān)視過(guò)程主要是通過(guò)一個(gè)程序的循環(huán)時(shí)間來(lái)進(jìn)行判定的，當(dāng)程序一個(gè)循環(huán)的時(shí)間和所設(shè)定的時(shí)間不同，則會(huì)認(rèn)定系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中進(jìn)入了死循環(huán)，從而需要進(jìn)行復(fù)位的處理。

三、電磁輻射的干擾

因?yàn)樵谠倪\(yùn)行中存在著電荷的漂移，在這過(guò)程中便會(huì)形成電磁輻射，電磁輻射對(duì)于單片機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行也是一種很嚴(yán)重的干擾因素。所以為了消除電磁輻射對(duì)于主機(jī)的影響，我們可以通過(guò)制作主機(jī)的外殼來(lái)屏蔽空間電磁輻射對(duì)主機(jī)造成的影響。一般我們所使用的外殼原料為鐵制外殼，通過(guò)將鐵做成主機(jī)外殼或者主機(jī)屏蔽層可以有效的起到抗拒干擾因素的效果。若果要是用屏蔽層時(shí)，需要注意的是要將屏蔽罩上方的排氣孔制作為圓形，同時(shí)也要保證電磁的連續(xù)傳遞能力。所以在處理過(guò)程中，為了能夠起到良好的銜接效果，一般都是用焊接工藝來(lái)進(jìn)行處理。

四、交直流電源的干擾

在單片機(jī)用電的過(guò)程中，因?yàn)椴煌男枰秒姺绞揭膊幌嗤?，有的采用的是直流電，有的采用的是交流電。如果在使用交流電的過(guò)程中，往往會(huì)產(chǎn)生一個(gè)高頻的干擾因素，而且產(chǎn)生的這個(gè)頻帶一般都較寬，所以在處理上不能僅僅從交流電源這一部分進(jìn)行抗干擾，也需要對(duì)直流側(cè)增加相應(yīng)的與防干擾措施。只有這樣單片機(jī)系統(tǒng)才能夠長(zhǎng)期的處于一個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)，減少了因?yàn)楦蓴_元素所造成的問(wèn)題出現(xiàn)。

五、總結(jié)

對(duì)于單片機(jī)系統(tǒng)因?yàn)槠湓诠I(yè)中的重要意義，我們必須要降低一切干擾元素對(duì)其產(chǎn)生的干擾作用，只有在確保單片機(jī)系統(tǒng)能夠除以一個(gè)穩(wěn)定的情況下運(yùn)行，工業(yè)的水平才會(huì)不斷的提升，實(shí)現(xiàn)其真正的價(jià)值。

【參考文獻(xiàn)】

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[2]王偉. 軟件抗干擾在單片機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[J]. 機(jī)械管理開(kāi)發(fā)， 2010， 25（3）：203-204.