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摘要

隨著信息技術(shù)水平的快速提升，單片機(jī)控制系統(tǒng)獲得了重要發(fā)展機(jī)遇。然而，由于存在各種干擾因素，在一定程度上制約了單片機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展。因此，需要從軟件以及硬件方面入手，以便更好的提升單片機(jī)控制系統(tǒng)抗干擾技術(shù)的提升。鑒于此，本文從硬件抗干擾措施和軟件抗干擾措施兩方面分別進(jìn)行探討，以供專業(yè)人士借鑒與參考。

【關(guān)鍵詞】單片機(jī) 控制系統(tǒng) 抗干擾

眾所周知，各種形式的干擾因素存在與工業(yè)生產(chǎn)制造環(huán)境中，因此，為保證單片機(jī)控制系統(tǒng)穩(wěn)定可靠的工作，需要在設(shè)計(jì)單片機(jī)系統(tǒng)過(guò)程中加入有效的抗干擾的措施，從而實(shí)現(xiàn)單片機(jī)控制系統(tǒng)高效的運(yùn)行。其中，系統(tǒng)內(nèi)部元器件工作時(shí)產(chǎn)生的干擾以及系統(tǒng)外部其它電氣設(shè)施所產(chǎn)生的干擾是導(dǎo)致單片機(jī)控制系統(tǒng)出現(xiàn)干擾的主要的兩個(gè)來(lái)源，從而導(dǎo)致單片機(jī)控制系統(tǒng)難以正常穩(wěn)定的工作。鑒于此，單片機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)從提升軟硬件抗干擾能力入手，從而提升系統(tǒng)的可靠性與穩(wěn)定性。

1 硬件抗干擾措施

為了解決單片機(jī)控制系統(tǒng)的干擾問(wèn)題，通?？梢圆扇∮布垢蓴_措施，并且實(shí)踐證明采用硬件抗干擾措施有著不錯(cuò)的抗干擾效果。其中，絕大部分干擾可以通過(guò)合理的硬件電路很好的抑制或消除。此外，電路設(shè)計(jì)是硬件抗干擾措施主要采用的設(shè)計(jì)方式。

l.1 供電系統(tǒng)的抗干擾

通常來(lái)講，單片機(jī)控制系統(tǒng)所需要的電能來(lái)自于國(guó)家電網(wǎng)，并且需要變壓、整流、濾波以及穩(wěn)壓后方可供給給單片機(jī)控制系統(tǒng)。與此同時(shí)，由于噪聲、高頻以及電壓突變等干擾因素普遍存在與電網(wǎng)之中，一旦引入至控制系統(tǒng)便會(huì)導(dǎo)致其受到干擾。此外，電網(wǎng)與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通常采用直連的方式，由于地電位差存在于二者地線之間，從而導(dǎo)致環(huán)路電流在地線之中形成，進(jìn)而導(dǎo)致共模干擾的形成。

濾波、隔離、穩(wěn)壓、使用穩(wěn)定交流電源以及分別對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部各個(gè)模塊進(jìn)行供電等措施是抑制上述干擾因素普遍采用的方法，從而提升供電系統(tǒng)的抗干擾能力。此外，使用交流穩(wěn)壓器可以有效避免電網(wǎng)電壓出現(xiàn)范圍較大的波動(dòng)，從而起到抑制電源噪聲干擾的目的。與此同時(shí)，電網(wǎng)與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以通過(guò)隔離變壓器而彼此隔離，進(jìn)而避免控制系統(tǒng)引入電網(wǎng)地線的干擾。另外，高次頻波是電網(wǎng)干擾主要組成部分，因此可以使用交流電源濾波器來(lái)消除大于50Hz的高次頻波，并且可以隔離輸出與輸入端。最后則是采用分組供電的方式來(lái)對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部各模塊進(jìn)行供電，從而避免各模塊之間有彼此干擾因素的存在。

1.2 模擬輸入通道的抗干擾

信息交換主要通過(guò)模擬輸入通道來(lái)實(shí)現(xiàn)，但是公共地線是導(dǎo)致干擾存在的主要因素。如果傳輸線路比較長(zhǎng)，則通常還會(huì)遇到電磁波以及靜電的干擾，從而導(dǎo)致信號(hào)傳輸?shù)目煽啃耘c準(zhǔn)確性有所下降。為了解決上述干擾問(wèn)題，通常可以使用電磁隔離或光電耦隔離的方式將敏感電路與干擾源彼此分開。其中，光傳感器與發(fā)光二極管是光電耦隔離技術(shù)中的核心部件，并且將兩者封裝成一體后便可以隔離兩個(gè)電路的地線，從而使兩者彼此隔離，避免干擾的出現(xiàn)。通常來(lái)講，當(dāng)其它外部模塊與單片機(jī)控制系統(tǒng)中的單片機(jī)或數(shù)據(jù)I/O口連接時(shí)，普遍使用光電耦隔離的方式來(lái)降低電路中的干擾。

1.3 地線設(shè)計(jì)抗干擾

系統(tǒng)地、機(jī)地（屏蔽地）、數(shù)字地（邏輯地）和模擬地等是主要單片機(jī)系統(tǒng)中地線結(jié)構(gòu)的集中主要形式，科學(xué)合理的接地方式是實(shí)際控制系統(tǒng)有效抑制干擾的主要措施。其中：

1.3.1 增加地線的面積與寬度，并且使用多點(diǎn)接地的措施來(lái)使接地電阻有效降低

阻抗普遍存在與導(dǎo)體中，導(dǎo)體中如果有電流流過(guò)便會(huì)出現(xiàn)電壓梯度現(xiàn)象。對(duì)于兩個(gè)接地點(diǎn)彼此分開的情況，則兩點(diǎn)間的電位差與電流大小成正比例關(guān)系，并且電流頻率與電位差同樣存在某種特定關(guān)系。當(dāng)導(dǎo)線上為高頻時(shí)，則其電位差與分布電感也呈現(xiàn)上升態(tài)勢(shì)。因此，為降低系統(tǒng)中的接地電阻，可以通過(guò)多點(diǎn)接地的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，從而對(duì)電位差進(jìn)行有效的抑制。在設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)電路過(guò)程中，為消除接地間的電位差，可以采用減少地線電阻或是加大地線寬度的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。

1.3.2 分離模擬與數(shù)字電路

通常來(lái)講，數(shù)字電路與模擬電路是單片機(jī)控制系統(tǒng)重要的組成部分。因此，為降低兩種電路間的相互干擾，通常采用分別單獨(dú)設(shè)置模擬地和數(shù)字地的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。

2 軟件抗干擾措施

科學(xué)合理軟硬件組合是抗干擾系統(tǒng)成功的保障。因此，除了需要在硬件電路設(shè)計(jì)方面進(jìn)行抗干擾設(shè)計(jì)外，還需要在軟件方面來(lái)提升單片機(jī)控制系統(tǒng)的抗干擾能力。

2.1 指令冗余

先提取操作碼，再取操作數(shù)是CPU取指令的主要流程。如果有干擾因素導(dǎo)致單片機(jī)出現(xiàn)錯(cuò)誤，則程序中會(huì)錯(cuò)誤的將操作數(shù)當(dāng)做操作碼來(lái)進(jìn)行提取，從而導(dǎo)致程序出現(xiàn)故障。由此可見，需要將一些單字節(jié)指令人為的插入至關(guān)鍵地方，或者是重寫有效單字節(jié)指令的方式可稱之為指令冗余。一般來(lái)講，將兩個(gè)字節(jié)以上的空操作指令NOP插入至雙字節(jié)或三字節(jié)指令后，從而避免誤將后面的指令被當(dāng)做操作數(shù)執(zhí)行，進(jìn)而使得程序可以正常執(zhí)行。此外，為了確保指令被正常執(zhí)行，可以在系統(tǒng)流向起重要作用的指令前加入兩條NOP，從而使得出現(xiàn)錯(cuò)誤的程序可以被正確執(zhí)行。

2.2 掉電保護(hù)技術(shù)

當(dāng)硬件電路檢測(cè)到掉電信號(hào)后，在單片機(jī)的外部中斷輸入端中加入該信號(hào)，在軟件中設(shè)定掉電中斷的優(yōu)先級(jí)為高級(jí)，從而保證系統(tǒng)可以第一時(shí)間應(yīng)對(duì)掉電干擾。

2.3 睡眠抗干擾

中斷系統(tǒng)與定時(shí)計(jì)數(shù)系統(tǒng)可以在單片機(jī)處于睡眠狀態(tài)下依然處于工作狀態(tài)，從而導(dǎo)致CPU難以對(duì)系統(tǒng)總線中所出現(xiàn)的干擾有所應(yīng)對(duì)，進(jìn)而降低了系統(tǒng)對(duì)抗干擾因素的力度。此外，CPU在應(yīng)用系統(tǒng)中多是執(zhí)行一些循環(huán)檢查以及等待指令的程序，并且盡管CPU在此過(guò)程中沒(méi)有執(zhí)行重要的工作，但是卻極易受到干擾。因此，建議設(shè)置CPU在非正常工作狀態(tài)下休眠，中斷系統(tǒng)可以在必要情況下喚醒CPU，待其完成工作后再進(jìn)入休眠模式。CPU在此種模式下將在大部分時(shí)間內(nèi)處于睡眠模式，從而明顯的降低干擾帶來(lái)的影響。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，單片機(jī)控制系統(tǒng)容易受到多種因素的的干擾，為了進(jìn)一步加強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾能力，只有從系統(tǒng)的硬件方面入手，合理地設(shè)計(jì)硬件線路，并且加強(qiáng)對(duì)軟件的設(shè)計(jì)，才能不斷提升系統(tǒng)的抗干擾能力，從而促進(jìn)單片機(jī)控制系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展。

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