浅谈单片机控制系统抗干扰的设计

摘 要：灵敏度是单片机控制系统的设计要求，不过，在对单片机控制系统进行设计时，灵敏度越强，就越容易受到干扰源的干扰。所以，对单片机控制系统进行抗干扰设计十分必要。本文通过对单片机控制系统的干扰源进行浅要的分析，并对单片机控制系统中的电源线及地线的布设方法进行了阐述，并对硬件抗干扰设计和软件抗干扰设计进行了浅要的阐述。笔者希望能够通过对单片机控制系统抗干扰设计的讨论，能为我国在单片机抗干扰设计水平的进一步提升提供微薄之力。

关键词：单片机；控制系统；干扰源；抗干扰设计

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.17.133

0 引言

较强的灵敏度是单片机控制系统设计的基本要求，在保障较强灵敏度的同时还要对其进行抗干扰的设计，这样才能保障单片机控制系统能够可靠稳定的运行。如果只是保障较强的灵敏度而忽视了抗干扰设计，就会造成干扰源对被测信号的强烈干扰，致使测量工作无法正常进行。因此，对单片机控制系统进行抗干扰的设计十分必要，本文通过对影响单片机控制系统正常工作的干扰源进行浅要的探讨，并对单片机控制系统的抗干扰设计进行浅要的阐述。

1 浅谈单片机控制系统干扰源

（1）外界干扰源。单片机控制系统的外界干扰源的干扰形式主要电磁干扰，而电磁干扰主要分为两种类型，一种是传导类型的干扰，另一种是辐射类型的干扰，传导干扰是将单片机控制系统中的金属及零部件，如电容、变压器等来作为传播路径的。而辐射干扰的传播路径却有很多种，哪怕是设备外壳的缝隙，也能成为辐射干扰的传播路径。并且，辐射干扰与传导干扰往往不是单独存在的，它们通常是以伴生的形式了出现，而且还能进行互相转化。

（2）内部干扰源。单片机控制系统的内部干扰源与外界干扰源有所不同，内部干扰源的干扰形式是以噪声进行干扰的，并且噪声的形式多种多样，如热噪声、散粒噪声、接触噪声等，每种噪声的产生原因也有所不同，本文简单的对其中几种噪声的形式进行阐述。热噪声的产生是由电子的热运动引起的，在实际用电中，电阻的两端很难避免的出现噪音，这是因为在电阻的两端位置存在电压，而电压造成了电子的热运动。哪怕电阻不和电源进行连接，电压依旧会存在。而电阻两端产生的噪音就被叫做热噪声。热噪声的大小是由电压值大小、带宽、电阻值平均根及热力学温度高低影响的，这种影响是呈正比关系的，即电压值等参数越大，热噪声就越大。散粒噪声主要是由半导体元件中晶体管内的基区载流子扩散后，并且和电子进行复合时所产生的。接触噪声的产生部位主要是在两个噪声导体进行相连的部位，它是由于两种噪声导体之间接触不完全，而使其产生了电导率起伏现象，从而产生接触噪音。接触噪音的大小与直流电流的大小关系密切，并且噪声的大小和密集程度也与频率d的倒数有关联，并且都是呈现正比关系的.而且接触噪声在低频电路中是最常见的噪声形式。

2 浅析单片机控制系统抗干扰设计

（1）电源线及地线布设方法。在单片机控制系统中，布线工程质量的好坏将直接决定系统的抗干扰性能，因此，需要对电源线及地线的布设方法进行必要的阐述。在对电源线进行布设时，首先要依据电流情况，按直角度数对底面及器件面进行布线设置，并且还要对导线的宽度采取加大措施，并保证地线、数据线和电源线的布设方向是一致的。同时，还要对噪声单元和公共电源阻抗进行必要的降低。在对地线进行布设时，应选取线径较粗的地线，这样能有效降低地线中的电阻值。还要将地线实行闭环布设，以此来缩小电位差值，从而确保单片机控制系统的抗噪声性能得到有效提高。另外，还要在对地线进行布设时，采取分区集中的方式，利用并联形式来对其进行一點接地，以此确保独立回路的形成，从而使地线中的电流不会因此而对其他单元进行干扰。

（2）硬件抗干扰设计。在对单片机硬件进行抗干扰设计时，要对以下零件采取抗干扰措施，首先是去耦电容的设置，需要对每一块集成电路芯片进行抗干扰设计，即将需要进行去耦的电源与地面进行跨接处理，增设去耦电容，以此确保集成电路芯片在运行时能够随时充电和放电。其次是数字输入端的抗干扰设计，可以将施密特集成电路以及RC滤波器与数字输入端进行有效连接，以此来对噪声进行抑制。对数字电路不用端的抗干扰设计可以对不用输入端与高电平进行固定。并将其和输入端进行并联。对外围扩展存储器的抗干扰设计可以尽量缩短数据线、控制线等线路的长度，以此来减少对地电容值。并且要在存储器的电源入口位置及芯片GND和VCC处设置去耦电容。对存储器印制板中的三条总线进行垂直布置，以此来降低三条总线的互相干扰。另外，还要在总线始末端配上匹配的上拉电阻，以此来确保电平噪声容限的提升。

（3）软件抗干扰设计。对软件的抗干扰设计要从软件中的滤波算法进行优化，在保证系统效率的基础上，对多次收集到的数据的最大值和最小值进行去除，然后取平均值，以此来保障数据可靠性。另外，还要采取指令冗余技术，通过对双字节及三字节的指令添加若干条单字节指令即可实现指令的正确执行。最后，要对软件进行适当的陷阱布置，可以将陷阱布置在中断向量区、未进行使用的ROM空间中，以此来提升单片机控制系统的执行效率，保证单片机控制系统软件的运行更加稳定高效。

3 结语

总而言之，抗干扰设计质量的优劣对整个单片机控制系统都有十分重要的影响，是单片机控制系统中至关重要的环节。本文对单片机控制系统中电源线及地线的布设方法进行了阐述，并对硬件抗干扰设计和软件抗干扰设计这两个角度进行了全面的分析，以此希望通过这些抗干扰设计技术在单片机控制系统的有效实行，来进一步提升单片机控制系统的抗干扰性能，使其能够保障现场工作的可靠稳定发挥。

参考文献：

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[2]朱顺华，王成春，邹逢兴.单片机控制系统的硬件抗干扰设计[J]. 微计算机信息，2007（23）：5-8.

[3]达争尚，何俊华，孟凡文，国蓉.实时控制系统的单片机抗干扰设计[J].测控技术，2003（06）：21-24.

作者简介：李一男（1982-），女，黑龙江人，硕士，中级，研究方向：控制理论与装备自动化。