单片机控制系统的抗干扰措施

徐靖

（梧州市第二职业中等专业学校，广西梧州，543500）

0 引言

目前,单片机及其集成系统正朝着自动化、高度化和集成的发展方向迅猛发展,在我国现代电子工业中的自动化电源管理、家庭家用电器、智能化电器仪表等各个领域在其中的广泛应用也越来越多,逐步成为企业进行旧电器设备的新技术改造、新型电子产品的设计研制和技术开发等重要的技术手段。然而,单片机的操作系统在实际工作运行中会经常遭遇自身软件干扰或者来自外界的各种不同程度的硬件干扰,这些大的干扰对于整个系统轻则说会直接影响其温度测量和自动控制的工作精度,重则甚至会直接导致系统工作台和系统出现瘫痪。所以对一个独立的大型单片式电机系统而言,其正常工作的可靠性与系统的正常抵御抗干扰时的功能息息相关,为了有效提高系统的正常工作安全性和可靠性,必须有效地抑制各类的干扰因素。

1 单片机控制系统干扰分析

单片机自动化过程，控制管理系统中产生干扰的各种类型:产生干扰的类型主要划分有很多种,通常可以根据电机噪声在控制系统中运动产生的主要原因、传导运动方式、波形状态特征等对其干扰进行不同类型的划分。按其可能产生的主要影响力和原因进行划分:又分别可以细致地分为放电噪声音、高频振荡噪声、浪涌噪声。按其中的传导驱动方法不同来进行区分:通常可以比较细化称为共模噪声和串模噪声。按其脉冲波形序列来进行划分:根据脉冲连续电压序列可以比较细化分为持续正弦波、脉冲电压、脉冲序列等。

2 单片机控制系统干扰的抑制策略

2.1 采用硬件抗干扰技术

由于单片机系统大部分都是采用市电，个别是采用电池方式供电,极易遭受由于各种原因所造成的电网频率波动所带来的干扰,从而导致系统的工作不稳定或者是出现”死机”的现象。

例如，可以考虑采取几种措施抑制开关电源的干扰:第一，选择采用开关式电源进行供电。第二，对直流电源进行滤波，对于稳定的直流电源，应用滤波技术。通过在芯片上为每一种电源添加一个额外的电容，并为直流电源和接地线添加一个额外的电感。

2.2 地线干扰的有效遏制

在目前单片式电机系统中主要使用的有有线模拟地和数码地两种地线。由于数字模拟地与数字电网直接串联相连,为”火地”,故其不仅会容易受到直接串入模拟电网内部电路中的各种谐波干扰。而且对于数字地还会富含各种高次频率谐波并且还可以具有较强的电磁辐射干扰效应。若与仿真模拟地直接接通,这就可能会对自动模拟微型数字信号系统造成较大干扰,所以当模拟频率的峰值长度小于10mhz时可以选择一点接地,当模拟频率的峰值长度大于10mhz时可以选择多点接地。

例如，数字地与模拟地互相分开、交流地与信号地不同时使用、采用系统式浮地,机壳间互相联结用以保护整块土地，其中作为保护地的土地部位即分为水平地和大地。该检测传感器的浮地信号之间接地距离采取浮地高空间距自动隔离,并且用户可以直接采用先进的三线式自动采样双层屏浮地技术。

2.3 提高抗干扰性能

合理的布线和合理的结构布局可以提高整个系统的抗干扰性能。例如，首先在对电路板进行布线时,注意把模拟地和信号地分开,并且两者都要单点相接。其次，尽量多一些加粗的地线。第三，在布局过程中要注意强、弱电的分离,特别重要的是设备在系统中所采样的信号都要取自220v的交流电,更重要的是应该充分注意防止交流的干扰和高压放电。

2.4 采用光电信号隔离系统技术

光电信号隔离系统技术主要原理是通过一个光电耦合器将所有信号发出输入的中间通道，与外部中央处理器的单元通道进行电子信号隔离,光电耦合器把所有信号发出输入的发光通道经一个发光二极管进行改变而形成光敏电信号,然后再由内部的一个三极管进行改变而形成一个电子输出信号,将所有信号输入均为电子信号输出,因而也就完全被称为，电子输出隔离了对于信号输入、输出之间的不同信号干扰。

例如，其通过光电信号直接通信，实现有用数据和相关信号的正常运输传送,是一种良好的有效抵御电磁干扰和高性能的通信措施,因而在现代工业通信领域已经得到广泛的技术研究和广泛应用。本过程的控制系统中所需要使用的光电耦合器可以实现直接传输光电信号,起到隔离电磁干扰的功能。

2.5 采用”看门狗”控制电路

软件以系统及其应用为基础，实时监测系统运行状态的控制电路或定时软件称为“看门狗”定时电路或“看门狗”定时器。看门狗工作控制电路的基本原理是，在系统正常运行的整个过程中，每一个固定的工作时间都会给看门狗一个控制信号，表示系统正常运行。

例如，如果长时间内系统超过这一工作时间而仍然没有正常发送报警信号,就只能说明这个系统已经完全处于运行失控状态。于是”看门狗”上的控制电路板就会自动地对其产生一个自动复位的中断信号,从而自动使得整个系统中断停止自动复位,或者会自动产生中断请求,使得整个系统可以停止运行来重新执行中断过程,以便及时处理当前发生的系统故障。

图1 单片机看门狗电路

3 采用软件抗干扰技术

3.1 软件干扰看门狗

指当单片机系统受到软件干扰后,有时候可能会直接造成应用程序的失控,引起整个应用程序乱飞,甚至可能会直接导致应用程序系统陷入死循环。看门狗的图像技术原理可以不断地通过图像监视系统正常运行的程序时间,若在系统正常运行时间内没有看到看门狗发出指令，就可以自动认为整个系统已经进入死机状态,看门狗立刻将程序CPU自动进行复位,强迫整个程序重新慢慢返回至0000h处,在0000h处又重新安排一段错误的处理程序,使得整个系统的正常运行重新恢复至正常，以上便是程序的主要工作处理流程。

例如，软件看门狗一般可能需要自动占用单片机系统的定时器,在51系列中可以占用T0和T1,并且在主程序中，可能需要根据定时器的溢出中断周期来中断定时器程序。一旦子程序被中断接收并受到中断的干扰，定时器程序将自动初始化。然后在子程序故障中断后需要手动设置没有错误跳转指令,将自动中断的执行所有数据转移到故障子程序,在每个没有错误子例程执行可能需要完成初始化过程,使子程序从头开始执行。

3.2 软件陷阱

软件陷阱就是通过引导指令把乱码程序直接引向一个复位入口地址0000h处,在此处把乱飞程序进行引导直接转向一个专门针对乱飞程序的错误出错率等情况，及时进行处理的新程序,使乱飞程序错误能被完全纳入正规,实现的主要途径就是程序可在乱飞程序数据存储器的未被指定使用条件区域中，直接加上若干条空白的操作程序指令和一些无条件程序跳转操作指令,用技术手段把乱飞程序从无条件指令直接转向复位入口。例如，在0202h以后的应用程序填充区域内未被使用,可在该时的应用程序填充区域内通过使用NOP和LJMP两个程序指令集来进行程序填充。

3.3 开机自检

开机启动自检程序，一般来说是由对主机ram、rom、i/o口运行状态的四个检测程序组成。在一个应用程序的系统编制中,通常可将它的ram或rom分区中的所有分区内容按照一定的顺序分区数据顺序进行存放,在保证应用程序正常执行的初始或中间几个阶段执行过程中往往会对这些分区数据顺序进行一次数据比较和检查,若发现分区数据顺序有误,则可能需要再次刷新重写这些分区的数据。

4 结束语

系统的设计和开发人员应从有效抑制干扰源、切断其他干扰传递途径、增强敏感元件的抵御和抗干扰特性等多个方面着手。在对抗干扰的设计中,软件的抗干扰一般都是被动的措施,而硬件的抗干扰则是主动的措施,只要认真分析系统内部及所处环境中的干扰产生来源和其传播的途径,采用二者相互结合的技术和手段,就能有效保证整个系统长期、稳定可靠地正常运行。