随着经济的发展, 单片机的应用领域也越来越广泛, 如工业自动化、智能仪器仪表、电器、生产过程控制甚至医学工程等各个领域。这不但有效的提高了产品的质量同时也大大提高了生产效率。但是, 由于同一电力系统中的各种电器设备通过磁或电的联系紧密相连, 互相影响, 这对单片机系统的安全性和可靠性来说是个很大的威胁。单片机的测控系统必须稳定、可靠、安全, 一旦控制误差增加, 不但会毁坏系统的灵敏性, 有些时候甚至能给系统造成巨大的损失。因而, 研究单片机应用系统的干扰因素是完全有必要的。
单片机应用系统的安全性和可靠性不但受系统内部因素的影响, 同时也受到系统外部的各种电气的干扰, 同时, 元器件选择、安装、制造工艺和系统结构设计也会对单片机应用系统造成干扰。这些因素对单片机系统造成的不良后果主要可以归纳为以下几个方面。
一旦单片机系统测量单元模拟信号的输入通道被干扰侵入, 同时叠加在测量信号上, 会加大数据采集的误差。尤其是当检测一些微弱的信号时, 干扰情况尤其严重这个时候测量的数据的误差比平时大好几倍。
在单片机应用系统中, 数据、程序及表格存储在程序储存器EPROM中, 这样就避免了这些数据受到干扰甚至被破坏。然而外扩RAM和片内RAM中的数据比较容易收到外界的干扰, 进而发生变化, 给系统造成程序状态改变、控制失灵、数据产生误差, 甚至还有可能改变计数器/定时器的工作状态, 诸如此类等等。
有时候外界的干扰会导致机器设备频繁的复位, 这会影响程序的正常运行。如果单片机程序计数器PC值因为受到外界的干扰而发生改变, 那么程序的正常运行则得不到保障, 甚至会被破坏。我们都知道, 受干扰后的PC值不是固定的而是随机的, 这将会导致程序混乱无章。那么这时程序会执行一系列没有任何意义的指令, 程序进入“死循环”, 这时输出的结果会出现严重的混乱, 情况严重时甚至会死机。
单片机输出的控制信号一般都依赖于在某些条件的状态下的信号和这些信号的逻辑处理结果, 如果这些输入状态的信号受到干扰, 那么这些信号的逻辑处理结果也会出现偏差, 同时引入虚假的状态信息直接加大了输出信息控制误差, 甚至会引起控制失常, 这对单片机应用系统的影响都是极大的。
在设计系统时, 首选的抗干扰措施就是硬件抗干扰技术。它不仅能有效的阻断干扰传输通道, 同时还能有效的抑制干扰源。以下是几种常用的硬件抗干扰措施:
直流电源是单片机各个系统中的各个单元都会使用到的电源, 同时, 直流电源一般都是市电电网的交流电经过整流、稳压、变压、滤波后才产生的, 因而系统容易受到电网上的各种电流的干扰。此外, 交流电源共享, 各种电子设备之间也会因为电源的共享而相互干扰, 所以抗干扰技术中一项很重要的任务便是直电源的干扰。具体有三类:电源线中的高频干扰、感性负载产生的瞬间噪音和晶闸管通断时的干扰。供电电力线相当于一个接收天线, 可以接收到广播电台、电弧、雷电等辐射的高频干扰信号, 然后通过电源变压器初级耦合到次级, 这样就会造成对单片机系统的干扰。与此同时, 当大容量的感性负载被切断时, 会产生很大的电压变化率和电流, 瞬变噪音干扰将会形成, 这将成为干扰电磁的主要形式。晶闸管通断时产生的干扰主要表现在晶闸管通断时电流变化率增至极大, 瞬间将会产生一个高次谐波的大电流, 这个大电流会产生一个巨大的压降, 这时电网电压会出现一个缺口, 这种畸变了的电压波形含有高次谐波, 可以向空间辐射或通过传导耦合, 从而会干扰其他电子设备。除了这个之外, 还有可能会导致电压瞬时跌落或者电网电压波动产生干扰等等。
随着电子设备的发展, 市场上可供选择的元器件种类也越来越多, 有些元器件极易受到干扰, 有些元器件可以用但是性能不高, 因为在选择关键元器件的时候, 比如RAM、键盘扫描控制器和译码器等时, 最好选择那些口碑好、性能比较稳定的工业级产品。
在选择单片机的时候, 不仅仅要考虑存储容量和硬件配置, 更应该选择那些抗干扰效果极强的单片机, 这样才能达到事半功倍的效果。外时钟是一种对系统的内外都能产生较大的干扰的高频噪声源, 因此, 只要需求能得到满足, 我们都应该选择频率低的单片机。
由于干扰信号产生的原因十分复杂, 并且干扰因素具有很大的随机性, 所以尽管采取了硬件抗干扰措施, 也不能保障系统完全不受内部和外部因素的干扰。因此, 在以硬件抗干扰技术为基础的同时, 同时采取软件抗干扰技术作为一种补充措施, 能更好的防止系统被干扰。由于软件抗干扰技术具有耗费低、灵活方便并且使用简单等特点, 在系统中应用广泛。软件抗干扰技术可分为数字滤波方法、输入信号重复检测方法、输出端口数据刷新方法、软件拦截技术和“软件看门狗”技术等等。
单片机应用抗干扰技术不但包括硬件抗干扰技术, 同时也包括软件抗干扰技术, 软件抗干扰技术又包括数字滤波方法、输入信号重复检测方法、输出端口数据刷新方法、软件拦截技术和“软件看门狗”技术等等。硬件抗干扰技术和软件抗干扰技术的结合, 能及时有效的避免干扰的发生。因此, 随着经济技术的发展, 鉴于单片机抗干扰技术的重要性, 我们更要注重对抗干扰技术的研究。
摘要：作为单片机应用系统设计过程中的一个重要的环节, 抗干扰技术, 不但包括硬件抗干扰技术, 同时包括软件抗干扰技术。这两种抗干扰技术相结合能最大限度的避免系统受到干扰, 即使系统受到干扰后也能在最短的时间内恢复正常运行, 保障系统长期稳定的工作。
关键词：单片机,抗干扰,技术
[1] 庄永胜.单片机抗干扰技术[J].内蒙古科技与经济, 2010.
[2] 陈狮, 张建勇.单片机应用系统的抗干扰技术[J].家电科技, 2011.
[3] 朱定华, 戴汝平.单片微机原理与应用[M].北方交通大学出版社, 2003.
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