侯 彬

東北石油大學(xué)秦皇島分校

單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)抗干擾的設(shè)計(jì)研究

侯 彬

東北石油大學(xué)秦皇島分校

單片機(jī)的發(fā)展與應(yīng)用，為電子技術(shù)打下了不可或缺的基礎(chǔ)。單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程需要面臨一個(gè)電子產(chǎn)品都需要考慮的問題，那就是抗干擾問題。干擾形成存在3個(gè)要素，分別是干擾源、耦合通道與具有敏感性的接收電路。單片機(jī)系統(tǒng)作為對(duì)干擾信號(hào)敏感的主體，如果抗干擾能力不足，將會(huì)嚴(yán)重影響系統(tǒng)的使用。本文為了提升單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的抗干擾能力，對(duì)單片機(jī)內(nèi)部抗干擾設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析。

單片機(jī)；抗干擾；設(shè)計(jì)

我國(guó)單片機(jī)技術(shù)在工業(yè)控制領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，單片機(jī)的穩(wěn)定性、安全性、可靠性備受人們關(guān)注。單片機(jī)系統(tǒng)在應(yīng)用過程中，受到干擾信號(hào)影響會(huì)嚴(yán)重影響系統(tǒng)的可靠性，為此，從干擾源和內(nèi)部抗干擾技術(shù)上研究系統(tǒng)的穩(wěn)定性，為單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供參考。

一、單片機(jī)內(nèi)部抗干擾技術(shù)

1、CPU外圍配置

單片機(jī)主機(jī)單元在于外部存儲(chǔ)器及I∕O接口完成信息傳輸時(shí)利用的通道包括地址總線、數(shù)據(jù)總線及控制總線。總線的合理布置直接關(guān)系著系統(tǒng)的穩(wěn)定性。為了提高總線的傳輸信號(hào)穩(wěn)定性、可靠性，可在總線上安裝拉電阻，適當(dāng)選擇，降低外圍設(shè)備給主機(jī)單元造成的干擾。圖1所示時(shí)某單片機(jī)系統(tǒng)中MCS-51的P0.0輸出口上采用拉電阻的電路結(jié)構(gòu)。

圖1 MCS-51的P0.0輸出口拉電阻安裝電路結(jié)構(gòu)

對(duì)于時(shí)鐘信號(hào)而言，具有噪聲敏感特性，如果CPU外發(fā)射輻射干擾，并且存在噪聲源，則輻射干擾會(huì)受到時(shí)鐘信號(hào)影響。時(shí)鐘頻率越高，信息變換頻率也越高，加劇了干擾程度，因此，降低時(shí)鐘頻率在很大程度上能夠提升單片機(jī)系統(tǒng)的抗干擾能力。

復(fù)位電路在單片機(jī)系統(tǒng)中具有較好的抗干擾能力，單片機(jī)系統(tǒng)的復(fù)位端口出現(xiàn)信號(hào)干擾的主要干擾源是按鈕、電源及傳輸線傳入的噪聲，對(duì)系統(tǒng)復(fù)位動(dòng)作造成影響，導(dǎo)致系統(tǒng)控制功能遭到破壞。復(fù)位電路結(jié)構(gòu)見圖2所示。

圖2 復(fù)位電路結(jié)構(gòu)

2、CPU抗干擾

如果單片機(jī)CPU受到干擾，將無法完成系統(tǒng)動(dòng)作，狀態(tài)紊亂，因此，需要采取下列措施進(jìn)行改進(jìn)：①加入冗余指令，保證彈飛程序及時(shí)納入到正確的控制軌跡上來；②軟件陷阱，強(qiáng)行填補(bǔ)程序，將其引導(dǎo)向特定的抵制，從而診斷、解決系統(tǒng)工作狀態(tài)，使系統(tǒng)恢復(fù)正常；③加入程序監(jiān)控，利用監(jiān)控系統(tǒng)及時(shí)識(shí)別，如果系統(tǒng)陷入死區(qū)循環(huán)，則直接返回入口位置，糾正系統(tǒng)的不良運(yùn)行。

二、交直流電源的干擾

1、系統(tǒng)板內(nèi)電源線路設(shè)計(jì)

電源是系統(tǒng)的重要組成，因交流電源引入的高頻信號(hào)干擾，頻帶過寬，如果只在交流側(cè)實(shí)施抗干擾，效果不會(huì)理想，直流側(cè)也需要采取必要的措施。在設(shè)計(jì)安裝IC電路時(shí)，電源的干擾較為明顯，所以需要在電源入口位置添加大電容，電容需要具有較好的高頻性能，保證干擾信號(hào)成功濾波后通過。其不僅能夠降低電源線內(nèi)阻，也能吸收干擾信號(hào)，防止影響自身電路和其他電路。

2、交流電源抗干擾

電源供電質(zhì)量對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)來講十分重要，為保障電源的可靠性，交流電源抗干擾措施如下：①采用交流穩(wěn)壓器；②如果供電質(zhì)量要求過高，則需要采取發(fā)電機(jī)組與逆變器供電；③在交流電源的連接線上安裝濾波器，從而抑制損失干擾的侵襲；④加強(qiáng)電源變壓器的屏蔽措施，降低外界信號(hào)干擾。

三、空間電磁輻射干擾

空間電磁輻射干擾是單片機(jī)系統(tǒng)的主要干擾源之一，有效的屏蔽措施對(duì)這類干擾的預(yù)防效果較好，能夠提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性。一般來講，屏蔽方式主要采取屏蔽外殼或屏蔽層兩種方式，可以采用鐵作為評(píng)比材料，屏蔽罩選擇圓形通風(fēng)孔，保證電磁連續(xù)性。屏蔽方式盡可能做到完全封閉，噪聲將無法改變內(nèi)部相對(duì)電位，形成不了電位差，因此去除了空間電磁輻射的干擾。這種屏蔽方式主要遵循兩個(gè)原則：①為降低屏蔽引起的反饋，需要在屏蔽罩上連接線路的信號(hào)地。②在系統(tǒng)輸入信號(hào)的零電壓基準(zhǔn)點(diǎn)接入屏蔽、接地，實(shí)際操作均存在一定的電阻率，因此接地點(diǎn)之間具有不同電位。

四、其他干擾源

1、印刷板電路抗干擾

為了增加印刷版電路的抗干擾能力，可從以下幾方面入手：①電路設(shè)計(jì)中，做好元器件布置、電源線布置、接地線布置等；②在未使用邏輯電路芯片的輸出端，需要采取接地或接高電平方式，降低外部干擾對(duì)信號(hào)的影響。③在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、接口電路、程序存儲(chǔ)器、單片機(jī)等的電源位置和接地位置可并接0.01μF的獨(dú)石電容，降低耦合效果。④如果條件允許，印刷版可選擇4層以上的，將電源與接地設(shè)置在中間兩層，能起到一定的抗干擾效果。

2、數(shù)據(jù)傳輸

單片機(jī)工作過程的數(shù)據(jù)傳輸是系統(tǒng)的主要控制功能部分，但如果在數(shù)據(jù)傳輸過程讀取磁道完畢，卻存在中斷信號(hào)問題，中斷程序標(biāo)志位的R5置位，中斷程序標(biāo)志位為“1”，否則為“0”。根據(jù)中斷信號(hào)程序標(biāo)志位R5判斷傳輸數(shù)據(jù)情況，給予不同處理措施。這一過程的抗干擾功能主要以程序控制實(shí)現(xiàn)，重要的標(biāo)志位R5狀態(tài)在其中起到不可忽視的功能。

五、結(jié)束語(yǔ)

單片機(jī)系統(tǒng)抗干擾設(shè)計(jì)在電子產(chǎn)品中起到重要的作用，能夠保證電子產(chǎn)品的運(yùn)行穩(wěn)定性，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?，也能保證程序控制的精確性。本次研究對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)抗干擾方式進(jìn)行研究，從單片機(jī)內(nèi)部、交直流電源、空間電磁輻射及其他干擾源頭入手，分析了干擾情況，并給出了一定的解決措施，期望本次研究能作為今后研究的參考。

[1]張軍,胡孝昌.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)抗干擾技術(shù)的研究[J].計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制,2006,14（3）：412-414.

[2]周晗曉,袁慧梅.單片機(jī)系統(tǒng)的印制板設(shè)計(jì)與抗干擾技術(shù)[J].電子工藝技術(shù),2004,25（6）：261-265.

侯彬（1978-），女，唐山人，本科，講師，研究方向：電子技術(shù)。