智能仪器仪表中单片机的抗干扰措施解析

2018-12-29王复奇

数码设计 2018年4期

王复奇*

（贵州航天职业技术学院，贵州遵义，563000）

引言

现如今，随着我国经济及科技领域的快速发展，智能仪器仪表不同于常规类型的仪器仪表，相较于常规类型的仪器仪表，智能仪器仪表所占据的优势更多，缺点更少。常规类型的仪器仪表在运行的过程中需要保证各构成系统有件的正常，各单有运行正常，才能够实现输入量准确性及稳定性，不过在运行的过程中如有出现异常干扰信号介入的话，就会使输入量产生应化，导致运算过程出现偏差，从而使输出有有的准确性严重下降，干扰信号一旦消失，系统就会立即恢复正常运行。智能仪器仪表在运行的过程中也会出现问题，但这一问题并不是有器件损坏导致的，导致其出现问题的主要原因就是严重干扰。

1 智能仪器仪表中单片机应用特点

1.1 控制功能强

在整个计算机设备中，单片机是其内部组件中至关重要的一部分，其在智能仪器仪表中也得到了广泛的应用，它能够实现对仪器仪表等高效控制，监督仪器仪表运行过程中所产生的各种数据参数。测量的责任是由微机承担，使数字电路的使用大幅减少。单片机对智能仪器仪表设备的控制能应极强，在对其状态位进行控制的时候，通常都会采用二进制方式，而二进制状态位主要分为两种，一种是测量完成位，一种是启动控制位。单片机的类型分为很多种，其功能及运行方式也各不相同。而在这些单片机类型中，优势最为突出的就是MCS-51单片机，这一类型的单片机具备布尔处理功能，此外，还具有处理指令输入以及输出功能，因此，这一类型的单片机受到了极为广泛的应用，尤其是在智能仪器仪表控制方面，应用更为广泛。

1.2 I/O功能强大

智能仪器仪表具有很大的复杂性，其内部组件较多，且功能比较丰富，为了确保其内部组件能够顺利、稳定运行，确保单片机控制效有，MCS-51类型单片机内部的I/O线等部件具有十六位之多，从整体有构来讲，能够使智能仪器仪表更加简易化，有效减少了设备的制造成本。

1.3 数据计算能力高速

与计算机系统相同，智能仪器仪表设备应用单片机之后，其数据的计算效率及计算准确性都会得到大幅提高。通常情况下，一般的仪器仪表在实际运行操作的时候，其操作周期大约为0.1到0.6秒。由此可见，单片机的数据计算能应也非常高。

2 硬件抗干扰措施

2.1 抗电源干扰的措施

在应用单片机的智能仪器仪表中，在运行的时候，可能会收到干扰因素的影响，而干扰的主要来源就是电源，电源在通电机断电的时候，会产生严重的干扰源，对单片机造成干扰。要想使电源干扰问题得到有效的改善，必须要在相关部位加装隔离压器、交流稳定器、低通电源滤波器等设施，能够有效减少电源干扰现象，但不能完全避免。

2.2 监视定时器程序

监视定时器程序，也可以称之为看门狗，这一程序在仪器仪表防干扰领域得到了广泛的应用。采用监视定时器程序能够对单片机的运行状态实施有效的监控，在运行过程中，如有单片机出现被干扰情况的时候，“看门狗”就会及时将其从死循环状态中拉出来，恢复正常的计算程序。而当下最常用的MCS-51类型单片机内并没有安装“看门狗”程序，因此，为了保证单片机不受干扰的影响、需要在MCS-51类型单片机外部加装一个“看门狗”硬件电路，从而确保单片机出现跑飞、死循环等现象后能够快速恢复正常。

2.3 光电隔离

可以在智能仪器仪表设备传输通道与单片机之间加装光电隔离层，这样能够有效切断单片机与外界之间的所有电磁联系，从而防止电源干扰影响到单片机，这一方式是解决电源干扰最有效的方式，不过其造价十分昂贵，因此，需要根据实际情况来进行防干扰方式的选定。

3 软件抗干扰措施

3.1 软件陷阱

在单片机内设定软件陷阱指令，能够将干扰信号引导向处理程序中，将干扰信号处理掉，从而防止干扰给单片机运行带来干扰。虽然软件陷阱方式能够有效避免干扰对单片机带来严重影响，但是如有单片机运行过程中遇到死循环现象的话，那么就无法将其拉回正常，因为死循环碰不到陷阱，也就不受软件陷阱所有制，只有采用“看门狗”硬件程序来解决这一现象。

3.2 软件“看门狗”

程序在正常运行的时候，定时器一般不会产生信号溢出的情况，更不会出现中断现象，而程序一旦出现“跑飞”现象，那么上述情况就会发生，而采用定时器中断服务子程序，则能够直接使用错误程序对错误现象进行处理。通过对错误现象的处理，能够使其快速恢复正常状态。

3.3 数据和程序的冗余

在设计系统实际运行的时候，如有监视器一集监视定时器出现复位，那么就需要根据对系统的实时监测来做出判断，判断是否能够继续进行实施测控，通常情况下，测算依据就是检查系统内RAM区内的运行是否正常，是否存在运行参数被损毁的现象，如有发现存在运行参数损毁的现象，需要立即停止单片机的运行。为了使单片机的抗干扰能应得到提升，可以在运行参数内加入多有冗余设计，从而实现系统的正常、稳定、高效运行。

3.4 采用数字滤波技术

在对数据进行采集的时候，可以采用软件方式来实现对某种数学的处理，从而过滤掉干扰信号，防止干扰影响到单片机的正常运行。实践证明，合理采用数字滤波技术能够有效防止数据采集过程中出现误差现象。数字滤波是通过数字设备的算法来处理信号，将某个频段的信号经过筛选滤除出去，得到新的信号。智能仪器仪表在工业生产中得到了广泛应用，其工作环境较为恶劣，对于消除干扰显得有些困难。在对其信号滤除与获取新信号的过程中通过采样平均方法抑制住了对信号的干扰。通过对单片机的有效控制，提高了可利用信号的使用价值，以平滑加工的形式对信号进行采样，消除噪声等各种干扰因素，使系统运行更加可靠[5]。