单片机控制系统抗干扰技术措施

谢欢

摘要

随着信息技术水平的快速提升，单片机控制系统获得了重要发展机遇。然而，由于存在各种干扰因素，在一定程度上制约了单片机控制系统的发展。因此，需要从软件以及硬件方面入手，以便更好的提升单片机控制系统抗干扰技术的提升。鉴于此，本文从硬件抗干扰措施和软件抗干扰措施两方面分别进行探讨，以供专业人士借鉴与参考。

【关键词】单片机 控制系统 抗干扰

众所周知，各种形式的干扰因素存在与工业生产制造环境中，因此，为保证单片机控制系统稳定可靠的工作，需要在设计单片机系统过程中加入有效的抗干扰的措施，从而实现单片机控制系统高效的运行。其中，系统内部元器件工作时产生的干扰以及系统外部其它电气设施所产生的干扰是导致单片机控制系统出现干扰的主要的两个来源，从而导致单片机控制系统难以正常稳定的工作。鉴于此，单片机控制系统的设计应从提升软硬件抗干扰能力入手，从而提升系统的可靠性与稳定性。

1 硬件抗干扰措施

为了解决单片机控制系统的干扰问题，通常可以采取硬件抗干扰措施，并且实践证明采用硬件抗干扰措施有着不错的抗干扰效果。其中，绝大部分干扰可以通过合理的硬件电路很好的抑制或消除。此外，电路设计是硬件抗干扰措施主要采用的设计方式。

l.1 供电系统的抗干扰

通常来讲，单片机控制系统所需要的电能来自于国家电网，并且需要变压、整流、滤波以及稳压后方可供给给单片机控制系统。与此同时，由于噪声、高频以及电压突变等干扰因素普遍存在与电网之中，一旦引入至控制系统便会导致其受到干扰。此外，电网与数据采集系统通常采用直连的方式，由于地电位差存在于二者地线之间，从而导致环路电流在地线之中形成，进而导致共模干扰的形成。

滤波、隔离、稳压、使用稳定交流电源以及分别对系统内部各个模块进行供电等措施是抑制上述干扰因素普遍采用的方法，从而提升供电系统的抗干扰能力。此外，使用交流稳压器可以有效避免电网电压出现范围较大的波动，从而起到抑制电源噪声干扰的目的。与此同时，电网与数据采集系统可以通过隔离变压器而彼此隔离，进而避免控制系统引入电网地线的干扰。另外，高次频波是电网干扰主要组成部分，因此可以使用交流电源滤波器来消除大于50Hz的高次频波，并且可以隔离输出与输入端。最后则是采用分组供电的方式来对系统内部各模块进行供电，从而避免各模块之间有彼此干扰因素的存在。

1.2 模拟输入通道的抗干扰

信息交换主要通过模拟输入通道来实现，但是公共地线是导致干扰存在的主要因素。如果传输线路比较长，则通常还会遇到电磁波以及静电的干扰，从而导致信号传输的可靠性与准确性有所下降。为了解决上述干扰问题，通常可以使用电磁隔离或光电耦隔离的方式将敏感电路与干扰源彼此分开。其中，光传感器与发光二极管是光电耦隔离技术中的核心部件，并且将两者封装成一体后便可以隔离两个电路的地线，从而使两者彼此隔离，避免干扰的出现。通常来讲，当其它外部模块与单片机控制系统中的单片机或数据I/O口连接时，普遍使用光电耦隔离的方式来降低电路中的干扰。

1.3 地线设计抗干扰

系统地、机地（屏蔽地）、数字地（逻辑地）和模拟地等是主要单片机系统中地线结构的集中主要形式，科学合理的接地方式是实际控制系统有效抑制干扰的主要措施。其中：

1.3.1 增加地线的面积与宽度，并且使用多点接地的措施来使接地电阻有效降低

阻抗普遍存在与导体中，导体中如果有电流流过便会出现电压梯度现象。对于两个接地点彼此分开的情况，则两点间的电位差与电流大小成正比例关系，并且电流频率与电位差同样存在某种特定关系。当导线上为高频时，则其电位差与分布电感也呈现上升态势。因此，为降低系统中的接地电阻，可以通过多点接地的方式来实现，从而对电位差进行有效的抑制。在设计控制系统电路过程中，为消除接地间的电位差，可以采用减少地线电阻或是加大地线宽度的方式来实现。

1.3.2 分离模拟与数字电路

通常来讲，数字电路与模拟电路是单片机控制系统重要的组成部分。因此，为降低两种电路间的相互干扰，通常采用分别单独设置模拟地和数字地的方式来实现。

2 软件抗干扰措施

科学合理软硬件组合是抗干扰系统成功的保障。因此，除了需要在硬件电路设计方面进行抗干扰设计外，还需要在软件方面来提升单片机控制系统的抗干扰能力。

2.1 指令冗余

先提取操作码，再取操作数是CPU取指令的主要流程。如果有干扰因素导致单片机出现错误，则程序中会错误的将操作数当做操作码来进行提取，从而导致程序出现故障。由此可见，需要将一些单字节指令人为的插入至关键地方，或者是重写有效单字节指令的方式可称之为指令冗余。一般来讲，将两个字节以上的空操作指令NOP插入至双字节或三字节指令后，从而避免误将后面的指令被当做操作数执行，进而使得程序可以正常执行。此外，为了确保指令被正常执行，可以在系统流向起重要作用的指令前加入两条NOP，从而使得出现错误的程序可以被正确执行。

2.2 掉电保护技术

当硬件电路检测到掉电信号后，在单片机的外部中断输入端中加入该信号，在软件中设定掉电中断的优先级为高级，从而保证系统可以第一时间应对掉电干扰。

2.3 睡眠抗干扰

中断系统与定时计数系统可以在单片机处于睡眠状态下依然处于工作状态，从而导致CPU难以对系统总线中所出现的干扰有所应对，进而降低了系统对抗干扰因素的力度。此外，CPU在應用系统中多是执行一些循环检查以及等待指令的程序，并且尽管CPU在此过程中没有执行重要的工作，但是却极易受到干扰。因此，建议设置CPU在非正常工作状态下休眠，中断系统可以在必要情况下唤醒CPU，待其完成工作后再进入休眠模式。CPU在此种模式下将在大部分时间内处于睡眠模式，从而明显的降低干扰带来的影响。

3 结束语

综上所述，单片机控制系统容易受到多种因素的的干扰，为了进一步加强系统的抗干扰能力，只有从系统的硬件方面入手，合理地设计硬件线路，并且加强对软件的设计，才能不断提升系统的抗干扰能力，从而促进单片机控制系统的进一步发展。

参考文献

[1]杨昆.综述单片机控制系统的抗干扰设计[J].黑龙江科技信息，2016（04）.

[2]王娇，杨晓雷.探究单片机控制系统抗干扰设计要点[J].中小企业管理与科技（上旬刊），2014（04）.