秦猛

摘 要 單片機(jī)系統(tǒng)的干擾因素，常會導(dǎo)致系統(tǒng)運行失常，輕則影響產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量，重則會導(dǎo)致事故，造成重大經(jīng)濟(jì)損失。因而探討單片機(jī)抗干擾技術(shù)，是業(yè)界的一道難題。

關(guān)鍵詞 單片機(jī) 抗干擾 探析

中圖分類號：TP368.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，單片機(jī)以其較高的性價比在工業(yè)控制、智能儀器、通訊設(shè)備等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。但是，在使用過程中，由于單片機(jī)工作的環(huán)境復(fù)雜，致使在實驗室中測試成功的單片機(jī)系統(tǒng)，在實際應(yīng)用中受到一些干擾而出現(xiàn)問題，這些干擾包括電網(wǎng)電壓波動、電磁輻射干擾、溫度、濕度等因素。

1造成干擾的成因

1.1干擾的構(gòu)成

構(gòu)成干擾必須具備三個主要因素：干擾源、耦合或傳播途徑，以及干擾接受器。在單片機(jī)系統(tǒng)和電子設(shè)備中，一個電路抗干擾的程度可以用：S=WC/I來表示。

S表示電子線路受干擾的程度，W表示干擾源的強(qiáng)度，C表示耦合或傳播途徑的因素，I表示電路的抗干擾能力要減少干擾，可以盡量減少干擾源的強(qiáng)度，也可以降低干擾耦合因素或切斷干擾路徑，或者采取措施提高電路的抗干擾能力。

1.2干擾的來源

對單片機(jī)系統(tǒng)的干擾一般有兩種：一種是來自系統(tǒng)外部的干擾，另一類是來自系統(tǒng)內(nèi)部的干擾，如電源本身產(chǎn)生的干擾。

1.3干擾對單片機(jī)造成的影響

單片機(jī)屬于數(shù)字系統(tǒng)，各邏輯元件都有相應(yīng)的閾值電平和噪聲容限，外來干擾引入的噪聲一旦超過限度，干擾信號就會被邏輯器件放大，疊加在測量信號上，使數(shù)據(jù)采集誤差加大，甚至淹沒一些微弱的測量信號，倘若這些信號經(jīng)過電路耦合和傳輸通道進(jìn)入存儲器和觸發(fā)器，改變寄存器中的信息，就可能導(dǎo)致程序運行失常，系統(tǒng)紊亂，引發(fā)故障。

2硬件抗干擾設(shè)計

干擾信號經(jīng)過耦合和傳播路徑后，一般都是以脈沖形式進(jìn)人單片機(jī)系統(tǒng)的。其主要形式有三種：電磁場輻射干擾、電源系統(tǒng)干擾和過程通道干擾。

2.1電磁場輻射抗干擾的設(shè)計

空間場輻射是以電磁輻射的形式進(jìn)入系統(tǒng)的，通常以差模和共模兩種噪聲模式產(chǎn)生輻射。差模噪聲的輻射是高頻噪聲電流在信號電路中流動時產(chǎn)生的，共模噪聲的輻射則是由電路中的線阻抗或感抗產(chǎn)生的電位差引起的?？梢圆扇〉拇胧┤缦拢横槍Σ钅Ｔ肼曅盘?，可以增加高頻濾波，在信號源到單片之間選用帶屏蔽層的雙絞線和同軸電纜，并確保正確、可靠地；針對共模干擾，可以采用隔離放大器，輸入和輸出電路與源沒有直接的電路耦合，這樣將有較強(qiáng)的抗干擾能力。另外，將強(qiáng)電和弱電結(jié)合部位分離開，采用雙層屏蔽的方法將輸入號的模擬地浮空，再用一個屏蔽盒將模擬輸入部分屏蔽起來。

2.2電源抗干擾設(shè)計

供電系統(tǒng)是否穩(wěn)定關(guān)系到單片機(jī)能否可靠工作，在此過程中，電網(wǎng)、雷電、電磁等輻射的高頻信號就會耦合到電路中，對單片機(jī)系統(tǒng)造成干擾。針對這些干擾，可以采用如下抗擾技術(shù)：

（1）電源變壓器采取濾波和屏蔽供電，電源變壓器的初級和次級線圈之間存在分布電容，對于高頻信號，電容相當(dāng)于短路，因此，可以使高頻干擾信號耦合到次級，盡管在后續(xù)電路中進(jìn)行濾波，也不能將噪聲完全消除。因此，為了降低電源變壓器帶來的干擾，通常需要在變壓器的初級繞組和次級繞組上分別增加屏蔽層，在初級和次級繞組之間再增加屏蔽層，并使其良好接地，以防止感應(yīng)和輻射耦合。

（2）采用串聯(lián)開關(guān)式穩(wěn)壓電源，這種開關(guān)式穩(wěn)壓電源使電路中的串聯(lián)調(diào)整管工作于飽和導(dǎo)通和截止兩種狀態(tài)，還可以采用開關(guān)型電源，把直流電壓調(diào)制、整流再穩(wěn)壓，具有較強(qiáng)的抗干擾能力。

（3）整流后加多級濾波供電，電源干擾大部分是高次諧波，因此采用低通濾波器，讓50Hz的市電基波通過，濾去高次諧波，以改善電源波形。

2.3過程通道抗干擾設(shè)計

由于單片機(jī)是模數(shù)混合系統(tǒng)，在輸入、輸出中要進(jìn)行A/D，D/A變換，針對數(shù)字通道的抗干擾設(shè)計采取以下措施：

（1）光電隔離技術(shù)。光電隔離是采用半導(dǎo)體光電耦合器進(jìn)行隔離，具有很高的輸入阻抗和絕緣電阻，有效地抑制尖峰脈沖和電磁場的感應(yīng)，因此，在單片機(jī)系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。

（2）光導(dǎo)纖維做傳輸介質(zhì)。光導(dǎo)纖維損耗極低而且絕緣強(qiáng)度高，在傳輸中不受任形式的干擾，可以根據(jù)傳輸距離選擇光纖傳輸，達(dá)到滿意的效果。

（3）繼電器隔離。單片機(jī)輸出端的負(fù)載通電或斷電時會產(chǎn)生火花，火花作為一種很強(qiáng)的干擾噪聲，又會對電路產(chǎn)生很大的影響。為了消除火花，最好的方法是采用固態(tài)繼電器SSR。根據(jù)觸發(fā)方式不同，SSR可分為過零觸發(fā)和非過零觸發(fā)兩類。過零觸發(fā)的固態(tài)繼電器，本身幾乎不產(chǎn)生干擾，對單片機(jī)系統(tǒng)抗干擾非常有利。

3接地抗干擾技術(shù)

（1）在低頻電路中，常采用一點接地，以減小地線造成的地環(huán)路；在高頻電路中，布線和元件間的寄生電感及分布電容將造成各接地線間的耦合影響比較突出的現(xiàn)象，故一般采用多點接地。

（2）在單片機(jī)控制系統(tǒng)中，數(shù)字地和模擬地應(yīng)分別接地。此外，還應(yīng)考慮印刷電路板抗干擾的設(shè)計。應(yīng)該注意：印刷版上易受干擾的器件可以集中布置加以屏蔽，熱敏元件要遠(yuǎn)離發(fā)熱元件；兩條平行放置的導(dǎo)線之間存在寄生電容和耦合電感，會產(chǎn)生相互干擾，因此，在線路布局上，要避免出現(xiàn)大的環(huán)形，盡量減少線路所包圍的面積，以降低電磁干擾。

當(dāng)然，單片機(jī)系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計是一項綜合性的設(shè)計，由于單片機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用的領(lǐng)域?qū)拸V、環(huán)境復(fù)雜，在實際應(yīng)用中，要結(jié)合實際問題加以改進(jìn)，采取更有效的抗干擾措施，這樣才能確保單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性，使之能夠正常、高效地工作。

參考文獻(xiàn)

[1] 鄭偉.單片機(jī)抗干擾及可靠性設(shè)計[J].電腦開發(fā)與應(yīng)用，2006（19）.

[2] 雷思孝，馮育長.單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計及工程應(yīng)用[M].西安電子科技大學(xué)出版杜，2005.