短波发射机中单片机应用系统的抗干扰措施

宁建英

摘 要：随着我国广播电视技术的飞速发展，单片机系统在广播发射机系统的作用越来越大，诸多短波发射机的数字化改造中都使用了单片机系统，由于自身和周围存在着大量的干扰源，会对单片机系统造成巨大的威胁，因此，提高系统的抗干扰能力至关重要，文章从单片机的硬件和软件方面给出了具体的抗干扰措施。

关键词：短波发射机；单片机；抗干扰措施

在大功率短波发射机的数字化改造中常用单片机来作为数据采集和处理的核心器件，由于功率较大的短波发射机机房内存在着诸如电网干扰、高频、噪声等因素的影响，势必会对单片机应用系统的稳定性和可靠性造成影响，因此，需采取些相应措施消除这些干扰，以确保单片机系统免受诸多干扰的影响，本文通过介绍单片机系统中硬件抗干扰和软件抗干扰方面的相关措施，以减少各种干扰信号对单片机系统的影响。

1 硬件抗干扰措施

1.1 过压保护电路

通过在长输入信号通道上安置过压保护电路，可阻止高压进入单片机应用系统，该保护电路由限流电阻和稳压管构成。限流电阻要选择得当，过大会导致信号衰减；过小失去了保护作用，稳压管同样适度选择，通常稳压管的稳压值要略微最大传输信号的电压值，若稳压值过小会导致信号失真。

1.2 光电耦合隔离

在长线输入与输出信号传输中，通常采用光电隔离器进行光电耦合隔离，在单片机与电路中的传感器、开关、继电器间进行光电隔离，从而有效抑制了各种干扰信号进入单片机系统。光电隔离器有两个方面的作用：①用于隔离被控对象通过前向和后向通道对单片机造成干扰；②作为驱动隔离器，用于驱动长线输入和输出的信号并抑制各种过程通道的干扰。

1.3 阻止单片机与FPGA传输线路干扰

单片机输出信号经过较长线路的运输后因干扰的影响导致信号出错，在短波发射机单片机系统中，由单片机发出的信号需经过FPGA处理后送达驱动电路，由于FPGA对单片机送入的系统难于分辨，会因动作有误使控制系统出现故障，为免受故障发生可将单片机系统与FPGA布置在同一电路板上，同时软件方面也采取相应的抗干扰措施，诸如若缩短单片机指令信号的循环周期，使FPGA接收到被干扰信号后还未来得及反应又一正确信号送至FPGA，从而有效的阻止了此类干扰。

1.4 去耦电容配置

为提高单片机系统的抗干扰能力，需在印刷电路板的关键部位配置去耦电容。电源输入端应接有10～100μF的电解电容器，原则上要求每个集成电路芯片上均应安置一个陶瓷电容，考虑到电路板的空隙狭小，可每4～10个芯片间安置一个钽电容器，对于抗噪声能力较弱、关断时电流变化较大的器件和存储件，可在芯片的电源线和地线间直接接入去耦电容，且电容线的引线不应过长。

1.5 屏蔽和接地

将单片机系统安在金属盒的屏蔽体中即可使其免受电磁波的干扰，屏蔽体的一点务必要接地。接地作为抑制干扰的重要方法，在低频电路中，地线采用单点并联接地；在高频电路中，地线则采用多点串联接地，同时数字地和模拟地要分开设计，地线应加粗到允许通过电流的三倍以上，为了减少地线上的电位差，接地线应构成回路，从而提高了单片机应用系统的抗干扰能力。

1.6 电源抗干扰

由于单片机系统中的诸多干扰均是由电源耦合进来的，因此，抑制电源耦合引起的干扰至关重要。可采用下面的方法：系统电源选用照明电源；通过隔离变压器、低通滤波器、光电耦合器将交流电网地和设备地隔离开来；使用干扰抑制器将尖峰电压中的能量分配到不同的频率上，抑制尖峰干扰的影响；使用瞬间电压抑制器保护器件，其两极受到反向瞬态高能量的冲击时，可将两极间的高阻抗变为低阻抗，从而使抑制器两极间的电压嵌位于一个预定值，可使线路中的器件免受电网干扰的影响。

2 软件抗干扰措施

2.1 待机抗干扰

MCS-51单片机具有待机工作方式，该工作方式是由专门的寄存器PCON中的有关位来控制，当IDL置1的指令执行完后，单片机进入待机工作方式后，提供给CPU内部的时钟信号被中断，但时钟信号仍可提供给定时/计数器、串行口等，确保其正常工作。该种工作方式，CPU的全部状态得以保留，同时不会对单片机系统三总线中的干扰信号做出敏感的反应，从而使CPU免受随机干扰的威胁。

2.2 指令冗余

若CPU受到干扰，会将一些操作数误当作指令码来执行，造成程序混乱，因此需将程序引入正轨。通过AT89系列单片机进一步说明，由于该系列单片机指令均小于等于3B，并有诸多的单子节指令。若“跑飞”的程序落到单子节指令上，即可自动纳入正轨。若“跑飞”的程序落到双字节或三字节指令上，也可能会落到操作数上，为避免再次出错，可在较为关键的位置插入单子节指令或将有效的单字节指令重复书写，此即为指令冗余。将2条单字节指令插入到双字节或三字节指令后，便可使程序运行走上正轨，为了不致影响程序正常运行的效率，插入2条单字节指令既能满足。

2.3 软件陷阱

指令冗余仅对程序落到程序区时有效，对落到非程序区的程序则不起作用，针对这种情况就需要设立软件陷阱。软件陷阱作为一条引导指令强行将捕获到的程序引向一指定的地址，会对出错的程序进行处理。该方法通过在非程序区设置拦截措施，在“跑飞”的程序落入到非程序区时，程序即可落入陷阱，便可使程序走上正轨。该软件陷阱通常设立在未使用的大片ROM区、未使用的中断向量区、表格区以及程序区。

2.4 软件看门狗

对于没有落入软件陷阱和冗余指令中的程序，会形成一个死循环，可通过软件启动单片机中的看门狗（监视定时器）使系统复位。该方法只需小于64K状态周期的时间即可使计算机恢复正常，注意需要利用软件定点使看门狗复位一次。

3 结束语

本文详细阐述了单片机系统硬件和软件抗干扰方面的诸多措施，针对不同的干扰信号采取了相应的抗干扰措施，实践表明，这些措施满足了单片机应用系统的既定要求，从而大大提高了单片机系统单片机应用系统的稳定性和可靠性，希望对以后相关发射机的改造提供一定的经验。

参考文献

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