綜述單片機(jī)控制系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計(jì)
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3.5屏蔽技術(shù)
屏蔽措施可以防止電子設(shè)備向外輻射干擾電磁波，也可以削弱電磁干擾源對電子設(shè)備的干擾。對于噪聲源較大的開關(guān)電源，可采用雙重屏蔽，即開關(guān)電源內(nèi)部把高頻變壓器和扼流圈進(jìn)行屏蔽，然后對整個(gè)開關(guān)電源進(jìn)行屏蔽保護(hù)。
3.6去耦電路
數(shù)字信號電平轉(zhuǎn)換在轉(zhuǎn)換過程中會(huì)產(chǎn)生很大的沖擊電流，并在傳輸線和供應(yīng)電源內(nèi)阻上產(chǎn)生較大壓降，形成嚴(yán)重干擾。為抑制此干擾，在電源電路、數(shù)字電路和信號處理電路中適當(dāng)配置去耦電容，即形成去耦電路，這樣可旁路集成電路產(chǎn)生的干擾。去耦電容計(jì)算可按以下方法計(jì)算：
C≥Δi/(Δv/Δt)
其中Δi、Δv為電流、電壓的變化量，Δt為變化的時(shí)間。
3.7印刷電路板的設(shè)計(jì)
3.7.1組件的布局
在電路板上元器件按功能集中布置，各功能模塊的組件分開布局且不同模塊分別與對應(yīng)的電源、地線相連，最后集中一點(diǎn)接地。
（1）單片機(jī)和外圍擴(kuò)展電路布置在一起以縮短他們之間資料和地址總線長度，這樣能獲得較好抗干擾效果。
（2）布置邏輯電路時(shí)，原則上應(yīng)在出線端子放置高速器件，稍遠(yuǎn)處放置低速器件和內(nèi)存，這樣布置可降低公共阻抗耦合和輻射耦合。
（3）降噪電容應(yīng)靠近各個(gè)IC組件。
（4）為了降低外部線路引進(jìn)的干擾，光電耦合器、隔離變壓器和濾波器通常放在靠近出線端子的地方。
3.7.2電路板布線
（1）電源線、地線盡可能粗一點(diǎn)，且電流流向與信號流向一致。
（2）晶振電路應(yīng)盡量靠近單片機(jī)，石英晶體振蕩器外殼接地，時(shí)鐘振蕩電路、特殊高
速電路用地線圈起來。
（3）電路板銅模線盡量使用45°折線而不用90°折線。
（4）避免相鄰信號線的線間干擾和減少信號在傳輸導(dǎo)線上的延遲。
（5）模擬信號避開高頻、大電流器件，重要的模擬信號線采用地線包圍的辦法以減少電磁耦合。
38選擇性能良好的組件
測控系統(tǒng)所處的環(huán)境往往有嚴(yán)重的干擾，因此選用性能很好的產(chǎn)品，特別是單片機(jī)晶振、RAM等，最好選用一級品，這樣可提高系統(tǒng)的抗干擾性；為了提高噪聲容限可選用CMOS器件；為了抑制共模干擾可選用測量放大器。
3.9提高輸出信號電壓或電流
如果輸入輸出連接線路較長，最好提高傳送電壓或電流，以減少信號的衰減或干擾引起的信號失真。較簡單的方法是在傳送端加一個(gè)1488，接收端加一個(gè)1489。
4單片機(jī)軟件的抗干擾設(shè)計(jì)
盡管采取了硬件抗干擾措施，但由于干擾信號產(chǎn)生的原因很復(fù)雜，且有很大的隨機(jī)性，因此在采取硬件抗干擾措施的基礎(chǔ)上，采取軟件抗干擾措施加以補(bǔ)充。常見的軟件抗干擾技術(shù)有：數(shù)字濾波、指令冗余和“看門狗”技術(shù)、系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視和提高開關(guān)量輸入、輸出干擾。
系統(tǒng)常見的出錯(cuò)現(xiàn)象：死機(jī)、被控對象誤操作和定時(shí)不準(zhǔn)，他們主要由于內(nèi)部程序指針錯(cuò)亂使程序進(jìn)入“死循環(huán)”和RAM資料被沖亂或改變導(dǎo)致的。
4.1數(shù)字濾波
當(dāng)干擾疊加輸入信道的模擬信號時(shí)，使數(shù)據(jù)采集誤差加大。特別當(dāng)輸入信道模擬信號較弱時(shí)，此現(xiàn)象更加嚴(yán)重。為了消除數(shù)據(jù)采集的誤差，常用算術(shù)平均法、比較取舍法、一階滯后濾波法和中值法，可根據(jù)信號和干擾的規(guī)律，采用最優(yōu)的設(shè)計(jì)方法。輸入模擬信號處理如圖2所示，通過數(shù)字濾波器可濾掉大部分由于輸入信號干擾而引起的輸出控制錯(cuò)誤。
4.2指令冗余和“看門狗”技術(shù)
單片機(jī)受強(qiáng)干擾會(huì)造成程序計(jì)數(shù)器PC值改變和破壞程序正常運(yùn)行。針對這一問題可在關(guān)鍵地方插入一些單字節(jié)指令NOP或有效的單字節(jié)指令并用引導(dǎo)指令LJMP MAIN 將捕獲的“亂飛”程序引向復(fù)位入口地址，從而避免程序“亂飛”?？墒怯幸恍皝y飛”程序會(huì)導(dǎo)致死循環(huán)，通常采用軟、硬件“看門狗”技術(shù)，“看門狗”技術(shù)就是不斷監(jiān)視程序運(yùn)行時(shí)間，當(dāng)程序運(yùn)行出現(xiàn)故障時(shí)，計(jì)數(shù)器溢出，系統(tǒng)復(fù)位并重新運(yùn)行系統(tǒng)程序。
4.3提高RAM資料可靠性
電源開啟和斷電及CPU受到干擾有可能破壞RAM中的資料。只有采用資料冗余技術(shù)保護(hù)RAM中的資料。系統(tǒng)復(fù)位后，立即將備用的RAM對重要參數(shù)進(jìn)行自我檢驗(yàn)和恢復(fù)，從而保護(hù)RAM中的資料。
4.4提高開關(guān)量輸入、輸出抗干擾
控制量有效信號上疊加一系列離散尖脈沖，這種干擾不易用硬件加以抑制，可采用軟件重復(fù)檢測以提高輸入、輸出接口抗干擾性。
5總結(jié)
不同的單片機(jī)系統(tǒng)都有自己的系統(tǒng)要求和特點(diǎn)，在硬件和軟件抗干擾設(shè)計(jì)上也各有自己的特色。針對無線電射頻干擾和交流電路工頻干擾等5種主要的干擾源以及干擾的方式，可采用上述的硬件抗干擾措施。對于軟件抗干擾措施，應(yīng)首先了解測量對象和干擾因素，分析干擾的來源，然后根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)有效的抗干擾方法。
參考文獻(xiàn)
［1］余勇，李建秋，周明，等.車用柴油機(jī)ECU兼容性分析與設(shè)計(jì)［J］.汽車工程，2001，6
［2］韓曉東，杜宇.電動(dòng)汽車單片機(jī)測控系統(tǒng)的抗.干擾設(shè)計(jì)［J］.電子技術(shù)，1999，9
［3］何希才.傳感器及其應(yīng)用電路［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2001
［4］梁廷貴.集成運(yùn)算放大器［M］.電壓比較器分冊.北京：科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社，2002
［5］王幸之，王雷，翟成，等.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)抗干擾技術(shù)［M］.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2000
［6］趙晶.電路設(shè)計(jì)與制版 Protel99高級應(yīng)用［M］.北京：人民郵電出版社，2000
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