智能仪器仪表中单片机的抗干扰措施

蔡长青

摘   要：当前我国在生产生活中对于智能仪器和仪表设备的运用越来越多，因此，提升智能仪器和仪表设备的长期稳定运行性能和自身的安全性可靠性就显得尤为重要。基于此，该文 针对智能仪器仪表里单片机自身的抗干扰措施进行介绍，并且对于硬件所采取的相关抗干扰措施和软件所采取的抗干扰措施进行相关的总结。

关键词：智能仪器;仪表;单片机;抗干扰

中图分类号：TP216            文獻标志码：A

0 前言

在我国的智能仪器和仪表设备当中，单片机的应用越来越广泛，经过长期的实践后发现，将单片机引入智能仪器和仪表设备当中，能够有效地提升智能仪器设备和仪表设备的工作性能，大大提升了相关设备的工作能力和运行效果。同时，单片机的制造和生产成本在长期应用的过程中开始不断降低，进一步提升了其泛用效果。在实际应用当中，单片机的适用环境中经常会存在各种各样的干扰源，当单片机自身的抗干扰性能不足或者是使用者没有应用足够有效的抗干扰措施时，就会严重的影响智能仪器和智能仪表设备的使用效果，在使用过程中容易因为干扰源的存在出现数据混乱的问题，并且会对单片机自身的工作性能产生极大影响。为了尽量避免这种情况的发生，减少智能仪表和智能仪器在工作当中因为受干扰而导致工作效果差的情况发生，应该要想办法提升单片机系统自身的抗干扰能力，保证智能仪器和智能仪表设备在工作中能够保持高效率并且精确地进行数据传导，避免因为智能仪器和仪表设备受到干扰而造成不良影响。在具体的措施上，首先是对硬件的抗干扰性进行提升，从硬件上减少系统受到干扰时产生的误差，使系统在有干扰源的情况下也能正常运行，同时在软件方面也要提升抗干扰性，强化在存在干扰情况下的数据处理能力，保证数据的传导效果。使硬件软件一起发力，共同提升智能仪器和仪表设备的抗干扰能力。

1 智能仪器和仪表设备当中单片机系统的应用优势

1.1 控制功能强

在现代计算机系统中，其内部的各种系统都在长期的发展下不断进化，变得逐渐完善，而单片机在整体系统中也起到了十分重要的作用。在智能仪器和仪表的计算机系统当中，单片机能够对智能仪器和仪表设备进行精准有效的控制和监管，保证其正常运行，并能精确反应运行情况。其中主要的测量任务往往由微机负责，微机的应用能够省略更多的开关和常规仪器中需要的大量数字电路，既节省了生产成本，同时也大大提升了智能仪器和仪表设备的使用效率。在进行状态控制时，微机的运行一般采用的是二进制算法，这样可以利用测量填补检测位和启动控制位等结构的状态位[1]。

1.2 I/O功能强大

现代经济社会中应用的智能仪器和仪表设备往往具有十分复杂的内部结构，其整体系统的组成往往需要结合大量的功能复杂且多样的高科技部件，因此这种方式组成的智能仪器和仪表设备就需要投入大量技术资本，才能够完成内部结构的有序结合，以及整体运行效率的有效提升。为了达成这个效果，单片机的引入十分重要，单片机中存在的微机具备功能强大的接口芯片，能够兼容现在使用的大多数智能仪器和仪表设备，并且能够保证其运行效果和自身运行的稳定性，让不同构件之间能够协调合作[2]。

2 硬件抗干扰的相关措施

2.1 抗电源干扰的相关措施

一般情况下，电源干扰是影响应用单片机系统的智能仪器和仪表设备的主要干扰源，这种情况下，会对单片机自身造成干扰，但究其原因是电源系统带来的系统干扰。当电源接通或者电源断电时，都会产生瞬时短路，并且会造成电网中的干扰脉冲进入单片机系统当中，对单片机系统造成干扰，这也是应用单片机系统的智能仪器和仪表设备接受到的绝大多数干扰的来源，也是造成单片机出现运行错误的主要原因。

针对这种情况产生的干扰，最直接的方式是通过加装交流稳压器、隔离变压器和低通电源滤波器，或者使用不间断电源系统的方式进行防范。这些方式都能够有效提升单片机系统的抗干扰能力，但是并不能够对所有的情况都进行有效防范。以不间断电源为例，它能够保证RAM在干扰期间不会出现数据丢失的情况，但是其存在的问题是由于在时间上需要进行反应，导致其自身（ms级）无法与其出现的μs级的干扰脉冲相互保持一致，这样会使当前单片机的CPU在工作中出现混乱的情况。如果利用监视电源电压的仪器监视电源电压的运行情况，那么就可以发挥更好的功效。

同时，也能够在单片机的运行过程中更好、更快地发现其中存在的干扰问题，并及时解决，这种方式能够节省大量的技术人员在检测系统运行情况中出现故障或者干扰的时候的检测时间，大幅提升工作效率，通过在系统中安装的电源电压监视设备，能够迅速地对电源系统存在的瞬态欠压状况进行快速处置。同时，对于其中的瞬态脉冲也能够迅速处理，具有极高的反馈处理效率。在处理瞬态脉冲和瞬态欠压状况时，监视系统能够快速做出反应，向运行中的单片机系统发射用于系统复位的脉冲，通过这种方式，能够快速地进行系统复位，并保持单片机的运行稳定，同时还能够有效保护外部的RAM存储器，从而防止在单片机的生产和设计过程中出现信息丢失的情况，生产厂家还是要对其中使用的芯片性能进行优化选择，这样才能够保证单片机系统的稳定运行，提高系统的可靠性[3]。

2.2 监视定时器

程序运行的监视定时器也就是我们常常提到的“看门狗”，近年来得到人们的普遍使用。使用这种“看门狗”的电路，能够把单片机从一种死循环或者是走飞的情况中快速拉出，使其自身能够进入一个正常的程序中。同时还有一些系列的单片机（如8098）其中就配备了专门的“看门狗”定时器，系统在运行的时候只需要启动监视定时器这样就可以在当前计数器出现溢出的情况下，把8098自身存在的RESET引脚拉到低电平，从而使8098单片机能够快速复位[4]。

2.3 光电隔离

智能仪器和仪表设备当中还存在2条通道负责输入和输出，这2条通道和单片机系统中间需要进行光电隔离，这样才能起到更好的抗干扰效果。同时，能够保证单片系统实现和外界的完全电隔离，使系统不会受到电流的干扰，光电隔离的方式能够显著提高单片机的抗干扰能力。对于数字信号来说，其自身產生的光电隔离相对比较简单，因此直接使用光电耦合器就可以。对于模拟信号来说，其要进行的隔离相对复杂一些，经常使用的主要包括差分放大器（隔离电压低）、V/F转换光电隔离电路（应用电路相对来说比较复杂）以及隔离放大器（性能好，但是其自身的价格相对昂贵），应用过程中可以按照实际情况进行选择[5]。

3 软件相关抗干扰措施

硬件方面的抗干扰措施能够在很大程度上提升单片机系统的抗干扰性能，但是其具体作用仍然是有限的，想要更有效地提升单片机系统的抗干扰性能，就需要对单片机系统中的软件系统进行充分的研究和设计，提升其软件方面的抗干扰能力。

3.1 设置自检程序

首要的防范措施是软件对系统的自检，在系统开机之后，可以通过软件的形式，对系统的硬件情况和运行状况进行有效反馈，根据软件对系统状况的总体反馈情况，能够有效地找到硬件方面存在的故障和问题，并且能够及时地让技术人员对故障进行排除。在系统的正常运行过程当中也可以持续地进行动态扫描，查看正常运行过程中系统的硬件是否存在异常情况。通过这种方式能够及时发现问题，并及时解决，另一方面，对问题的及时发现有助于对问题进行总结，能够更加有效地做到发现问题、记录问题、改良[6]。

3.2 对于软件陷阱进行设计

可以提前在非正常运行的程序区域内设置“软件陷阱”，软件陷阱的作用并不是使系统停止运行，正常运行的系统程序是不会进入非程序区域当中的，当系统受到干扰时，将会进入非正常程序区当中，这时会触发预设的软件陷阱，软件陷阱的真正作用便是将运算出现错误的软件，通过特殊算法，使其回到最开始的计算过程当中，避免由于外界干扰导致算法计算出现错误，产生连锁反应后，消耗系统的计算能力，导致系统出现死机故障。

3.3 软件保护输出

软件保护输出是通过软件对硬件出现的干扰情况进行防范，例如最常见的电源干扰，通过采集电软接通和断电时会出现的干扰情况数据，设定有针对性的程序，对产生的影响进行清除，将系统引导到正确的状态下。这样，即便是单片机自身受到干扰，导致控制寄存器中的内容发生改变，但是由于指令上出现重复执行的情况，因此，也可以及时去地产生错误的输出状态进行提示和改变，使其自身的输出状态保持准确。这样的软件保护形式能够省略掉硬件保护带来的烦琐的工作流程，并且大大降低故障发生的概率。但是，需要具有较高专业性的人员进行专门的操作，总体上看提升了系统的稳定性，使其能够在不影响硬件正常工作的情况下，保护系统的运行状态，没有太大的风险，简单并且高效，有着很高的应用价值。

4 结语

目前，人们对于智能仪器和仪表设备较为依赖，所以必须要对智能仪器和仪表设备的抗干扰性进行较大提升，防止因为错误信息带来的经济损失或者其他的严重情况，保证经济社会平稳正常的运行发展，提升智能仪器和仪表设备的长期稳定运行和自身的安全性可靠性十分重要。

参考文献

[1]沈舒雨.单片机在智能仪器仪表中的应用[J].电子技术与软件工程，2019（13）：242.

[2]李飞.单片机嵌入式系统的抗干扰技术应用[J].电子技术与软件工程，2018（15）：238.

[3]刘佳.智能仪器仪表中单片机的抗干扰措施[J].工程技术研究，2018（6）：153-154.

[4]梁小廷.单片机技术的发展及应用研究[J].民营科技，2018（6）：9.

[5]李岩，孙小华，王福顺.智能仪器仪表的硬件抗干扰研究与设计[J].科教文汇（上旬刊），2009（8）：276-277.

[6]张勇.浅析智能仪器中单片机的软硬件抗干扰措施[J].科技风，2009（10）：92.

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