綜述單片機控制系統(tǒng)的抗干擾設計
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3.5屏蔽技術
屏蔽措施可以防止電子設備向外輻射干擾電磁波，也可以削弱電磁干擾源對電子設備的干擾。對于噪聲源較大的開關電源，可采用雙重屏蔽，即開關電源內(nèi)部把高頻變壓器和扼流圈進行屏蔽，然后對整個開關電源進行屏蔽保護。
3.6去耦電路
數(shù)字信號電平轉換在轉換過程中會產(chǎn)生很大的沖擊電流，并在傳輸線和供應電源內(nèi)阻上產(chǎn)生較大壓降，形成嚴重干擾。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。去耦電容計算可按以下方法計算：
C≥Δi/(Δv/Δt)
其中Δi、Δv為電流、電壓的變化量，Δt為變化的時間。
3.7印刷電路板的設計
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的電源、地線相連，最后集中一點接地。
（1）單片機和外圍擴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，原則上應在出線端子放置高速器件，稍遠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）降噪電容應靠近各個IC組件。
（4）為了降低外部線路引進的干擾，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，且電流流向與信號流向一致。
（2）晶振電路應盡量靠近單片機，石英晶體振蕩器外殼接地，時鐘振蕩電路、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)境往往有嚴重的干擾，因此選用性能很好的產(chǎn)品，特別是單片機晶振、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1488，接收端加一個1489。
4單片機軟件的抗干擾設計
盡管采取了硬件抗干擾措施，但由于干擾信號產(chǎn)生的原因很復雜，且有很大的隨機性，因此在采取硬件抗干擾措施的基礎上，采取軟件抗干擾措施加以補充。常見的軟件抗干擾技術有：數(shù)字濾波、指令冗余和“看門狗”技術、系統(tǒng)運行狀態(tài)監(jiān)視和提高開關量輸入、輸出干擾。
系統(tǒng)常見的出錯現(xiàn)象：死機、被控對象誤操作和定時不準，他們主要由于內(nèi)部程序指針錯亂使程序進入“死循環(huán)”和RAM資料被沖亂或改變導致的。
4.1數(shù)字濾波
當干擾疊加輸入信道的模擬信號時，使數(shù)據(jù)采集誤差加大。特別當輸入信道模擬信號較弱時，此現(xiàn)象更加嚴重。為了消除數(shù)據(jù)采集的誤差，常用算術平均法、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)的設計方法。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誤。
4.2指令冗余和“看門狗”技術
單片機受強干擾會造成程序計數(shù)器PC值改變和破壞程序正常運行。針對這一問題可在關鍵地方插入一些單字節(jié)指令NOP或有效的單字節(jié)指令并用引導指令LJMP MAIN 將捕獲的“亂飛”程序引向復位入口地址，從而避免程序“亂飛”。可是有一些“亂飛”程序會導致死循環(huán)，通常采用軟、硬件“看門狗”技術，“看門狗”技術就是不斷監(jiān)視程序運行時間，當程序運行出現(xiàn)故障時，計數(shù)器溢出，系統(tǒng)復位并重新運行系統(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保護RAM中的資料。系統(tǒng)復位后，立即將備用的RAM對重要參數(shù)進行自我檢驗和恢復，從而保護RAM中的資料。
4.4提高開關量輸入、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，可采用軟件重復檢測以提高輸入、輸出接口抗干擾性。
5總結
不同的單片機系統(tǒng)都有自己的系統(tǒng)要求和特點，在硬件和軟件抗干擾設計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)設計有效的抗干擾方法。
參考文獻
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