探究单片机控制系统抗干扰设计要点

王娇 等

摘要：单片机控制系统的工作环境基本上都是在机械设备中或者是工业生产现场，工作环境比较恶劣，干扰源也比较多。因此设计单片机控制系统时，抗干扰是一个不能回避的问题。本文主要对单片机控制系统的抗干扰设计的要点进行了分析。

关键词：单片机控制系统 抗干扰 设计要点

随着单片机在智能仪表、生产过程控制以及工业自动化等系统当中的广泛应用，在各项控制功能能够得到很好的满足之后，为了使系统能够投入到实际应用当中，那么单片机的安全性和可靠性就要提高。但是在工业现场的条件比较恶劣，经常会受到电磁设备启动、停止以及电源波形畸变等因素的影响，就会产生一定的干扰。在工业生产现场，干扰源会对单片机的硬件及软件造成一定的损坏，对单片机的软件运行造成的影响尤为严重。所以在设计时就应该找准单片机控制系统抗干扰的设计要点，然后进行一定的改进，保证单片机控制系统的优越性能够充分发挥。

1 单片机控制系统干扰源分析

1.1 单片机控制系统自身存在的干扰源。对元器件的布局不是很合理、元器件的质量较差以及元器件之间的连线不合理等原因都会造成控制系统自身的干扰源，这种自然扰动称为噪音。

1.2 现场环境的干扰源。电磁干扰主要就是通过电场或者磁场进入到控制系统。电场途径的干扰实质其实就是电容性的耦合干扰，干扰信号在进入控制系统时候主要通过导线或者分布电容；磁场途径的干扰实质其实就是互感性的耦合干扰，干扰信号在进入控制系统时主要通过导线或者电路之间的互感耦合。

2 单片机控制系统硬件方面的抗干扰设计要点

2.1 对电源干扰进行抑制。在选择电源和设备的时候应该要尽量选择那些质量比较好的，对于动力线、控制线以及电源线要进行分别配线；要为+5V的电源设置多级的滤波处理器，而且在架设电源线时应该平行；可以用隔离变压器来阻隔大量电源传导的干扰，也可以采用滤波器来使设备的干扰传导降低同时还能够吸收尖峰电压；针对电源变压器，输入线和输出线可以采用双绞线，然后通过可靠接地屏蔽来抑制共模干扰，也可以在电源输入的一端串接LC滤波电路，然后增加设置变比为1：1，而且带有屏蔽层的隔离变压器等。

2.2 对布线结构进行优化。在进行布线的时候应该要将弱电和强电分开，特别是针对交流电，应该要尽量采用分槽走线的方式，要分开捆扎交流线和直流线。对于分离信号地和模拟地，要让它们单点接地，尽量在大面积的铜覆盖电路板以及信号连接线路当中采用屏蔽线；底线应该要尽量加粗，这样干扰因素的抵御能力才能够提高。

2.3 对地线干扰的抑制。因为在单片机控制系统当中，模拟地直接连接电网，这样很容易引起电网的干扰，而数字地含有的高次谐波和辐射作用也比较大，如果信号频率在1-10MHz，可以采用单点接地方式；如果信号频率在1MHz以下的话，可以采用单点接地；信号频率在10HMz以上的话，应该采用多点接地方式。在接地的时候应该要采用专门的接地线。

2.4 对光电进行隔离。通过光电耦合器来对信号出入通道和中央处单元进行有效的隔离，这样可以在发光二极管的作用下，讓系统的输入信号转换成光信号，然后又在光敏三极管的作用下转换成电信号，这样对于通道过程干扰就能够起到有效的抑制作用，同时还能够有效的对火地和信号地进行隔离。

3 单片机控制系统软件方面的抗干扰设计要点

如果只是采用硬件抗干扰措施不能对所有波段干扰进行抑制，仍然会有一些干扰入侵到控制系统当中，所以就非常有必要采用软件抗干扰措施。单片机控制系统在完成采集数据以及其他一些功能的时候主要还是依靠程序来执行的。任何一个比较细小的故障，都有可能会使得程序跑飞或者是进入到死循环，这样就会对单片机控制系统带来非常严重的后果。软件抗干扰的主要特点就是设计比较的灵活，可靠性也比较好以及能够节省硬件资源等。那么在进行程序设计的时候就可以采用下面这样几种方法：

①软件滤波算法。采用这种算法可以很好的过滤掉大部分因为输入信号干扰而产生的数据采集错误。

②指令冗余技术。如果单片机受到干扰的影响，程序的寄存器就会指向错误的字节，将操作数当成操作码，这样程序就会出错。只要在三字节或者双字节指令后面加入单字节指令或者是重写单字节指令就能够让PC回到正轨。

③设置软件陷阱。当乱飞的程序进入到非程序区的时候，指令冗余技术也没有作用，这个时候就需要设置软件陷阱。

4 结束语

在单片机控制系统健康发展和凸显优势的过程当中，干扰问题的存在是制约的主要因素。为了能够保证单片机控制系统的抗干扰能力能够进一步的提高，那么就需要对硬件和软件的抗干扰措施进行有效的融合，使得单片机控制系统的稳定性、自动化以及智能化能够提高，最终保证单片机控制系统能够健康的发展。

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