蔡長青

摘? ?要：當(dāng)前我國在生產(chǎn)生活中對(duì)于智能儀器和儀表設(shè)備的運(yùn)用越來越多，因此，提升智能儀器和儀表設(shè)備的長期穩(wěn)定運(yùn)行性能和自身的安全性可靠性就顯得尤為重要?；诖耍撐?針對(duì)智能儀器儀表里單片機(jī)自身的抗干擾措施進(jìn)行介紹，并且對(duì)于硬件所采取的相關(guān)抗干擾措施和軟件所采取的抗干擾措施進(jìn)行相關(guān)的總結(jié)。

關(guān)鍵詞：智能儀器;儀表;單片機(jī);抗干擾

中圖分類號(hào)：TP216? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 前言

在我國的智能儀器和儀表設(shè)備當(dāng)中，單片機(jī)的應(yīng)用越來越廣泛，經(jīng)過長期的實(shí)踐后發(fā)現(xiàn)，將單片機(jī)引入智能儀器和儀表設(shè)備當(dāng)中，能夠有效地提升智能儀器設(shè)備和儀表設(shè)備的工作性能，大大提升了相關(guān)設(shè)備的工作能力和運(yùn)行效果。同時(shí)，單片機(jī)的制造和生產(chǎn)成本在長期應(yīng)用的過程中開始不斷降低，進(jìn)一步提升了其泛用效果。在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，單片機(jī)的適用環(huán)境中經(jīng)常會(huì)存在各種各樣的干擾源，當(dāng)單片機(jī)自身的抗干擾性能不足或者是使用者沒有應(yīng)用足夠有效的抗干擾措施時(shí)，就會(huì)嚴(yán)重的影響智能儀器和智能儀表設(shè)備的使用效果，在使用過程中容易因?yàn)楦蓴_源的存在出現(xiàn)數(shù)據(jù)混亂的問題，并且會(huì)對(duì)單片機(jī)自身的工作性能產(chǎn)生極大影響。為了盡量避免這種情況的發(fā)生，減少智能儀表和智能儀器在工作當(dāng)中因?yàn)槭芨蓴_而導(dǎo)致工作效果差的情況發(fā)生，應(yīng)該要想辦法提升單片機(jī)系統(tǒng)自身的抗干擾能力，保證智能儀器和智能儀表設(shè)備在工作中能夠保持高效率并且精確地進(jìn)行數(shù)據(jù)傳導(dǎo)，避免因?yàn)橹悄軆x器和儀表設(shè)備受到干擾而造成不良影響。在具體的措施上，首先是對(duì)硬件的抗干擾性進(jìn)行提升，從硬件上減少系統(tǒng)受到干擾時(shí)產(chǎn)生的誤差，使系統(tǒng)在有干擾源的情況下也能正常運(yùn)行，同時(shí)在軟件方面也要提升抗干擾性，強(qiáng)化在存在干擾情況下的數(shù)據(jù)處理能力，保證數(shù)據(jù)的傳導(dǎo)效果。使硬件軟件一起發(fā)力，共同提升智能儀器和儀表設(shè)備的抗干擾能力。

1 智能儀器和儀表設(shè)備當(dāng)中單片機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用優(yōu)勢

1.1 控制功能強(qiáng)

在現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，其內(nèi)部的各種系統(tǒng)都在長期的發(fā)展下不斷進(jìn)化，變得逐漸完善，而單片機(jī)在整體系統(tǒng)中也起到了十分重要的作用。在智能儀器和儀表的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)當(dāng)中，單片機(jī)能夠?qū)χ悄軆x器和儀表設(shè)備進(jìn)行精準(zhǔn)有效的控制和監(jiān)管，保證其正常運(yùn)行，并能精確反應(yīng)運(yùn)行情況。其中主要的測量任務(wù)往往由微機(jī)負(fù)責(zé)，微機(jī)的應(yīng)用能夠省略更多的開關(guān)和常規(guī)儀器中需要的大量數(shù)字電路，既節(jié)省了生產(chǎn)成本，同時(shí)也大大提升了智能儀器和儀表設(shè)備的使用效率。在進(jìn)行狀態(tài)控制時(shí)，微機(jī)的運(yùn)行一般采用的是二進(jìn)制算法，這樣可以利用測量填補(bǔ)檢測位和啟動(dòng)控制位等結(jié)構(gòu)的狀態(tài)位[1]。

1.2 I/O功能強(qiáng)大

現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)社會(huì)中應(yīng)用的智能儀器和儀表設(shè)備往往具有十分復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，其整體系統(tǒng)的組成往往需要結(jié)合大量的功能復(fù)雜且多樣的高科技部件，因此這種方式組成的智能儀器和儀表設(shè)備就需要投入大量技術(shù)資本，才能夠完成內(nèi)部結(jié)構(gòu)的有序結(jié)合，以及整體運(yùn)行效率的有效提升。為了達(dá)成這個(gè)效果，單片機(jī)的引入十分重要，單片機(jī)中存在的微機(jī)具備功能強(qiáng)大的接口芯片，能夠兼容現(xiàn)在使用的大多數(shù)智能儀器和儀表設(shè)備，并且能夠保證其運(yùn)行效果和自身運(yùn)行的穩(wěn)定性，讓不同構(gòu)件之間能夠協(xié)調(diào)合作[2]。

2 硬件抗干擾的相關(guān)措施

2.1 抗電源干擾的相關(guān)措施

一般情況下，電源干擾是影響應(yīng)用單片機(jī)系統(tǒng)的智能儀器和儀表設(shè)備的主要干擾源，這種情況下，會(huì)對(duì)單片機(jī)自身造成干擾，但究其原因是電源系統(tǒng)帶來的系統(tǒng)干擾。當(dāng)電源接通或者電源斷電時(shí)，都會(huì)產(chǎn)生瞬時(shí)短路，并且會(huì)造成電網(wǎng)中的干擾脈沖進(jìn)入單片機(jī)系統(tǒng)當(dāng)中，對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)造成干擾，這也是應(yīng)用單片機(jī)系統(tǒng)的智能儀器和儀表設(shè)備接受到的絕大多數(shù)干擾的來源，也是造成單片機(jī)出現(xiàn)運(yùn)行錯(cuò)誤的主要原因。

針對(duì)這種情況產(chǎn)生的干擾，最直接的方式是通過加裝交流穩(wěn)壓器、隔離變壓器和低通電源濾波器，或者使用不間斷電源系統(tǒng)的方式進(jìn)行防范。這些方式都能夠有效提升單片機(jī)系統(tǒng)的抗干擾能力，但是并不能夠?qū)λ械那闆r都進(jìn)行有效防范。以不間斷電源為例，它能夠保證RAM在干擾期間不會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失的情況，但是其存在的問題是由于在時(shí)間上需要進(jìn)行反應(yīng)，導(dǎo)致其自身（ms級(jí)）無法與其出現(xiàn)的μs級(jí)的干擾脈沖相互保持一致，這樣會(huì)使當(dāng)前單片機(jī)的CPU在工作中出現(xiàn)混亂的情況。如果利用監(jiān)視電源電壓的儀器監(jiān)視電源電壓的運(yùn)行情況，那么就可以發(fā)揮更好的功效。

同時(shí)，也能夠在單片機(jī)的運(yùn)行過程中更好、更快地發(fā)現(xiàn)其中存在的干擾問題，并及時(shí)解決，這種方式能夠節(jié)省大量的技術(shù)人員在檢測系統(tǒng)運(yùn)行情況中出現(xiàn)故障或者干擾的時(shí)候的檢測時(shí)間，大幅提升工作效率，通過在系統(tǒng)中安裝的電源電壓監(jiān)視設(shè)備，能夠迅速地對(duì)電源系統(tǒng)存在的瞬態(tài)欠壓狀況進(jìn)行快速處置。同時(shí)，對(duì)于其中的瞬態(tài)脈沖也能夠迅速處理，具有極高的反饋處理效率。在處理瞬態(tài)脈沖和瞬態(tài)欠壓狀況時(shí)，監(jiān)視系統(tǒng)能夠快速做出反應(yīng)，向運(yùn)行中的單片機(jī)系統(tǒng)發(fā)射用于系統(tǒng)復(fù)位的脈沖，通過這種方式，能夠快速地進(jìn)行系統(tǒng)復(fù)位，并保持單片機(jī)的運(yùn)行穩(wěn)定，同時(shí)還能夠有效保護(hù)外部的RAM存儲(chǔ)器，從而防止在單片機(jī)的生產(chǎn)和設(shè)計(jì)過程中出現(xiàn)信息丟失的情況，生產(chǎn)廠家還是要對(duì)其中使用的芯片性能進(jìn)行優(yōu)化選擇，這樣才能夠保證單片機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，提高系統(tǒng)的可靠性[3]。

2.2 監(jiān)視定時(shí)器

程序運(yùn)行的監(jiān)視定時(shí)器也就是我們常常提到的“看門狗”，近年來得到人們的普遍使用。使用這種“看門狗”的電路，能夠把單片機(jī)從一種死循環(huán)或者是走飛的情況中快速拉出，使其自身能夠進(jìn)入一個(gè)正常的程序中。同時(shí)還有一些系列的單片機(jī)（如8098）其中就配備了專門的“看門狗”定時(shí)器，系統(tǒng)在運(yùn)行的時(shí)候只需要啟動(dòng)監(jiān)視定時(shí)器這樣就可以在當(dāng)前計(jì)數(shù)器出現(xiàn)溢出的情況下，把8098自身存在的RESET引腳拉到低電平，從而使8098單片機(jī)能夠快速復(fù)位[4]。

2.3 光電隔離

智能儀器和儀表設(shè)備當(dāng)中還存在2條通道負(fù)責(zé)輸入和輸出，這2條通道和單片機(jī)系統(tǒng)中間需要進(jìn)行光電隔離，這樣才能起到更好的抗干擾效果。同時(shí)，能夠保證單片系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)和外界的完全電隔離，使系統(tǒng)不會(huì)受到電流的干擾，光電隔離的方式能夠顯著提高單片機(jī)的抗干擾能力。對(duì)于數(shù)字信號(hào)來說，其自身產(chǎn)生的光電隔離相對(duì)比較簡單，因此直接使用光電耦合器就可以。對(duì)于模擬信號(hào)來說，其要進(jìn)行的隔離相對(duì)復(fù)雜一些，經(jīng)常使用的主要包括差分放大器（隔離電壓低）、V/F轉(zhuǎn)換光電隔離電路（應(yīng)用電路相對(duì)來說比較復(fù)雜）以及隔離放大器（性能好，但是其自身的價(jià)格相對(duì)昂貴），應(yīng)用過程中可以按照實(shí)際情況進(jìn)行選擇[5]。

3 軟件相關(guān)抗干擾措施

硬件方面的抗干擾措施能夠在很大程度上提升單片機(jī)系統(tǒng)的抗干擾性能，但是其具體作用仍然是有限的，想要更有效地提升單片機(jī)系統(tǒng)的抗干擾性能，就需要對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)中的軟件系統(tǒng)進(jìn)行充分的研究和設(shè)計(jì)，提升其軟件方面的抗干擾能力。

3.1 設(shè)置自檢程序

首要的防范措施是軟件對(duì)系統(tǒng)的自檢，在系統(tǒng)開機(jī)之后，可以通過軟件的形式，對(duì)系統(tǒng)的硬件情況和運(yùn)行狀況進(jìn)行有效反饋，根據(jù)軟件對(duì)系統(tǒng)狀況的總體反饋情況，能夠有效地找到硬件方面存在的故障和問題，并且能夠及時(shí)地讓技術(shù)人員對(duì)故障進(jìn)行排除。在系統(tǒng)的正常運(yùn)行過程當(dāng)中也可以持續(xù)地進(jìn)行動(dòng)態(tài)掃描，查看正常運(yùn)行過程中系統(tǒng)的硬件是否存在異常情況。通過這種方式能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，并及時(shí)解決，另一方面，對(duì)問題的及時(shí)發(fā)現(xiàn)有助于對(duì)問題進(jìn)行總結(jié)，能夠更加有效地做到發(fā)現(xiàn)問題、記錄問題、改良[6]。

3.2 對(duì)于軟件陷阱進(jìn)行設(shè)計(jì)

可以提前在非正常運(yùn)行的程序區(qū)域內(nèi)設(shè)置“軟件陷阱”，軟件陷阱的作用并不是使系統(tǒng)停止運(yùn)行，正常運(yùn)行的系統(tǒng)程序是不會(huì)進(jìn)入非程序區(qū)域當(dāng)中的，當(dāng)系統(tǒng)受到干擾時(shí)，將會(huì)進(jìn)入非正常程序區(qū)當(dāng)中，這時(shí)會(huì)觸發(fā)預(yù)設(shè)的軟件陷阱，軟件陷阱的真正作用便是將運(yùn)算出現(xiàn)錯(cuò)誤的軟件，通過特殊算法，使其回到最開始的計(jì)算過程當(dāng)中，避免由于外界干擾導(dǎo)致算法計(jì)算出現(xiàn)錯(cuò)誤，產(chǎn)生連鎖反應(yīng)后，消耗系統(tǒng)的計(jì)算能力，導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)死機(jī)故障。

3.3 軟件保護(hù)輸出

軟件保護(hù)輸出是通過軟件對(duì)硬件出現(xiàn)的干擾情況進(jìn)行防范，例如最常見的電源干擾，通過采集電軟接通和斷電時(shí)會(huì)出現(xiàn)的干擾情況數(shù)據(jù)，設(shè)定有針對(duì)性的程序，對(duì)產(chǎn)生的影響進(jìn)行清除，將系統(tǒng)引導(dǎo)到正確的狀態(tài)下。這樣，即便是單片機(jī)自身受到干擾，導(dǎo)致控制寄存器中的內(nèi)容發(fā)生改變，但是由于指令上出現(xiàn)重復(fù)執(zhí)行的情況，因此，也可以及時(shí)去地產(chǎn)生錯(cuò)誤的輸出狀態(tài)進(jìn)行提示和改變，使其自身的輸出狀態(tài)保持準(zhǔn)確。這樣的軟件保護(hù)形式能夠省略掉硬件保護(hù)帶來的煩瑣的工作流程，并且大大降低故障發(fā)生的概率。但是，需要具有較高專業(yè)性的人員進(jìn)行專門的操作，總體上看提升了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，使其能夠在不影響硬件正常工作的情況下，保護(hù)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，沒有太大的風(fēng)險(xiǎn)，簡單并且高效，有著很高的應(yīng)用價(jià)值。

4 結(jié)語

目前，人們對(duì)于智能儀器和儀表設(shè)備較為依賴，所以必須要對(duì)智能儀器和儀表設(shè)備的抗干擾性進(jìn)行較大提升，防止因?yàn)殄e(cuò)誤信息帶來的經(jīng)濟(jì)損失或者其他的嚴(yán)重情況，保證經(jīng)濟(jì)社會(huì)平穩(wěn)正常的運(yùn)行發(fā)展，提升智能儀器和儀表設(shè)備的長期穩(wěn)定運(yùn)行和自身的安全性可靠性十分重要。

參考文獻(xiàn)

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