单片机系统抗干扰技术
单片机系统抗干扰技术
开关量信号采样流程如下图所示。
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单片机系统对外输出的控制信号很多是以数字量的形式出 现的, 如各种显示器, 步进电机或电磁阀的驱动信号等。即 使是以模拟量输出, 也是经过D/A转换而获得的。单片机给 出一个正确的数据后, 由于外部干扰的作用有可能使输出装 置得到一个被改变了的错误数据, 从而使输出装置发生误动 作。对于数字量输出软件抗干扰最有效的方法是重复输出 同一个数据, 重复周期应尽量短。这样输出装置在得到一个 被干扰的错误信号后, 还来不及反应, 一个正确的信号又来 到了, 从而可以防止误动作的产生。
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地线系统抗干扰措施
正确接地是单片机系统系统抑制干扰所必须注意的重要问 题。在设计中若能把接地和屏蔽正确地结合，可很好地消 除外界干扰的影响。
接地设计的基本目的是消除各电路电流流经公共地线时 所产生的噪声电压，以及免受电磁场和地电位差的影响， 即不使其形成地环路。
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③设备上进出电缆的屏蔽应保持完整。电缆和屏蔽线也 要经插件连接。两条以上屏蔽电缆共用一个插件时，每 条电缆的屏蔽层都要用一个单独接线端子，以免电流在 各屏蔽层流动。
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软件抗干扰措施
硬件抗干扰措施的目的是尽可能切断干扰进入单片机系统 的通道, 因此是十分必要的。但是由于干扰存在的随机性, 尤其是在一些较恶劣的外部环境下工作的单片机系统, 尽管 采用了硬件抗干扰措施, 但并不能将各种干扰完全拒之于门 外。这时就应该充分发挥单片机系统中单片机在软件编程 方面的灵活性,采用各种软件抗干扰措施, 及硬件措施相结合, 提高单片机系统工作的可靠性。
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串模干扰
串模干扰是指干扰电压及有效信号串联叠加后作用到 单片机系统上的。如下图所示。串模干扰通常来自于高 压输电线、及信号线平行铺设的电源线及大电流控制线 所产生的空间电磁场。由传感器来的信号线有时长达一、 二百米，干扰源通过电磁感应和静电耦合作用加上如此 之长的信号线上的感应电压数值是相当可观的。
单片机系统抗干扰技术措施
单片机系统抗干扰技术措施徐本升(七煤(集团)公司社保局，黑龙江七台河154600)廛屉科夔[}商要]单片机系统主要由信号检测部分、信号处理及控制部分、控制信号驱动部分、拳统零毒部分、显示部分组成。
干扰的种类主要来自系统内部元器件在系统中的状态和系统外部其它电气设备产生的干抚。
硬件抗干扰措施是电潺的抗干扰设计，屏蔽抗干技技术，双绞线及光纤的使用，去耦电路。
软件抗干就措-旌旋出错处理程序，建立软件陷阱，使用空操作指令。
‘‘、联蠢建i司]单片机；系统；抗干扰技术‘，单片机应用系统的硬件电路构成比较复杂、所用元件品种繁多，有的工作场所环境比较差，由于这些原因，为了保证单片机应用系统能够在各种环境下能正常运行，系统的抗干扰性就是一个非常重要的指标。
抗干扰就是针对干扰产生的性质、传播途径、侵入的位置和侵入的形式，采取相应的方法消除干扰源，抑制干扰传播途径，减弱电路或元件对噪声干扰的敏感性，使单片机系统能在线正常、稳定地运行。
1单片机系统的组成一个单片机应用系统的硬件电路是由如下几个部分构成的：1)信号检测部分：2)信号处理及控制部分：3)控制信号驱动部分；4)系统交互部分；5)显示部分。
由此可见一个单片机应用系统的成分是相当复杂的，从各种类型的传感器到名目繁多的各种继电器接触器、电磁阀，从类型繁多的集成电路到各种各样的耦合器件、执行部件、显示器件等。
2干扰的种类干扰就是叠加在有用信号上的不需要的信号。
是影响路正常工作的另一种噪声。
干扰以某种电信号的形式，通过一的渠道。
混入有用信号中侵人单片机系统，造成系统工作不稳定在各种实际环境中，干扰总是存在的，这些干扰能降低电子系统准确性甚至破坏其可靠性。
干扰有两种：一是来自系统内部元器件在工作时产生的干扰通过地址、电源线、信号线，分布电容和电感等传输，影响系统工状态。
二是来自系统外部其它电气设备产生的干扰。
通过传导辐射等途径影Ⅱ向单片机系统的正常工作。
干扰对单片机应用系统的作用有3个部位：1)输入系统。
电路中常见的几种单片机抗干扰技术
电路中常见的几种单片机抗干扰技术对于提高单片机系统设计，提高系统的可靠性显得尤为重要。
对单片机系统而言，干扰因素有两种，一是来源于系统外部环境和其它电气设备产生的干扰，通过传导和辐射等途径影响单片机系统正常工作;二是来源于系统内部，由系统结构、制造工艺等决定以及内部元器件在工作时产生干扰，通过地址、电源线、信号线、分布电容等传输，影响开关电源模块系统工作状态。
一. 什么是干扰源？干扰源是指产生干扰的元件、设备或信号。
产生的干扰包括：(1)电磁干扰，如继电器开关启动、静电放电、电网电压波动等都可能引起不同程度的瞬变浪涌电压，会造成IC和半导体器件PN结烧毁、氧化层击穿等。
(2)人为干扰，如机械振动、继电器触点抖动、元器件安装和电路板布线引起的电磁耦合、接插件接触不良、虚焊、放大器自激、电源纹波等。
(3)环境因素干扰，如噪声和环境温湿度、以及太阳黑子的变化，空间粒子辐射等。
每一个设备干扰造成的误操作，可能运行千次才出现一次，甚至是上万，百万才出现一次。
时间上是一天，一个月，甚至是一年很多年。
但是干扰出现所造成的严重后果，是我们无法想象到的。
在这里我先引用一个小插曲：原来我在镇江做焊机的时候，老是出现焊机在上电瞬间有信号输出，出现的频率很高，最严重的一次是差点将一个客户员工的手指压到。
后来我想了个方法就是是在信号输出的I/O口上加上一个50k的上拉电阻，发现问题还是有，但是出现的频率降下来了，后来又改用15k的电阻，就彻底地把那个问题给解决了。
干扰信号源也遵循欧姆定律，越存在干扰的场合，跟测试使用的上拉电阻也有联系。
想知道他是怎么解决的，可以看下下面的文章：[话题] 【MCU每周论点】如何提高单片机的抗干扰能力? 亲你懂吗?二. 干扰源产生的原因是什么？下面回到正题，单片机干扰的原因还包括传播途径、敏感器件的使用，也会使单片机受到干扰。
干扰对单片机系统的影响主要通过三种途径传输，包括：(1)输入系统。
单片机应用系统抗干扰技术重点要求
㈡常用软件抗干扰措施：
1.开机自检 2.软件陷阱(程序“跑飞”检测) 3.设置程序运行状态标记 4.输出端口刷新
5.输入多次采样
6.数据滤波
7.指令冗余
8.软件“看门狗”
1、开机自检
开机后首先对单片机系统的硬件及软件 状态进行检测，一旦发现不正常，就进 行相应的处理。开机自检程序通常包括 对RAM、ROM、I/O通道等的检测。
软件陷阱 NOP NOP NOP LJMP FLY
⑴ 程序存储器未使用区域的代码 数据: FFH 相当指令：MOV R7,A
0000H
. . . .
FF FF FF FF FF
有程序区
无程序区
07FFH
⑵ 在程序存储器未使用的区域设软件陷阱
设有4K地址范围：0000H～0FFFH，空区域0800H ～0FFFH ORG 0800H NOP ；软件陷阱 0000H . NOP . NOP . LJMP FLY 07FFH . ORG 0C00H NOP 0800H NOP NOP ；软件陷阱 NOP NOP LJMP NOP FLY_h LJMP FLY
脉冲
DOG
CPU RESET
· · ·
RESET
“喂狗”过程一般安排在监控循环或定时中断中，如果有比 较长的延时子程序，则应该在其中插入“喂狗”过程。目前有 很多单片机在内部已经集成了片内的硬件WATCHDOG电路，使 用起来更为方便。对于片内看门狗，是通过两条特定的赋值指 令来完成。此外，也可以也可以用软件程序来形成WATCHDOG。
求 和 区 . . .
00
⑵ ROM检测程序
ROMT1:MOV DPTR,#0000H MOV R2,#20H MOV B,#0 R0MT2: CLR A MOVC A,@A+DPTR XRL B,A INC DPTR MOV A,DPL JNZ ROMT2 DJNZ R2,ROMT2 MOV A,B RET ;首地址
单片机系统抗干扰
单片机系统的抗干扰抗干扰问题是单片机控制系统工程实现中须解决的关键问题之一。
对干扰产生的机理及其抑制技术的研究，受到国内外普遍重视。
大约在50年代，就开始了对电磁干扰的系统研究，逐步形成了以研究干扰的产生、传播、抑制和使装臵在其所处电磁环境中既不被干扰又不干扰周围设备，从而都能长期稳定运行等为主要内容的技术学科—电磁兼容技术、EMC技术。
按国家军用标准GJB 72—85《电磁场干扰和电磁兼容性名词术语》其定义为：“设备（分系统、系统）在共同的电磁环境中能一齐执行各自功能的共存状态。
即：该设备不会由于受到处于同一电磁环境中其它设备的电磁发射导致或遭受不允许的降级；它也不会使同一电磁环境中其它设备（分系统、系统），因受其电磁发射而导致或遭受不允许的降级。
”一、干扰的作用机制及后果干扰对单片机系统的作用可分为三个部分，第一个部位是输入系统，它使模拟信号失真，数字信号出错，系统如根据该信号做出的反应必然是错误的。
第二个部位是输出系统，使各输出信号混乱，不能正常反映系统的真实输出量，从而导致一系列严重后果。
第三个部位是单片机的内核，干扰使三总线上的数字信号错乱，使CPU工作出错。
对单片机系统而言，抗干扰有硬件和软件措施，硬件如设臵得当，可将绝大多数的干扰拒之门外，但仍然有部分的干扰窜入系统，引起不良后果，因此，软件抗干扰也是必不可少的。
但软件抗干扰是以CPU的开销为代价的，如果没有硬件措施消除大部分的干扰，CPU将忙于应付，会影响到系统的实时性和工作效率。
成功的抗干扰系统是由硬件和软件相结合而构成的。
硬件抗干扰具有效率高的优点，但要增加系统的成本和体积，软件抗干扰具有投资低的优点，但要降低系统的工作效率。
由于应用系统的工作现场，往往有许多强电设备，它们的启动和工作过程将对单片机产生强烈的干扰；也由于被控制对象和被测信号往往分布在不同的地方，即整个控制系统的各部分之间有较远的距离，信号线和控制线均可能是长线，这样电磁干扰就很容易以不同的途径和方式混入应用系统之中。
单片机系统抗干扰的方法有哪些
单片机系统抗干扰的方法有哪些
影响单片机系统可靠安全运行的主要因素主要来自系统内部和外部的各种电气干扰，并受系统结构设计、元器件选择、安装、制造工艺影响。
这些都构成单片机系统的干扰因素，常会导致单片机系统运行失常，轻则影响产品质量和产量，重则会导致事故，造成重大经济损失。
形成干扰的基本要素有三个：
（1）干扰源。
指产生干扰的元件、设备或信号。
如：雷电、继电器、可控硅、电机、高频时钟等都可能成为干扰源。
（2）传播路径。
指干扰从干扰源传播到敏感器件的通路或媒介。
典型的干扰传播路径是通过导线的传导和空间的辐射。
（3）敏感器件。
指容易被干扰的对象。
如：A/D、D/A变换器，单片机，数字IC，弱信号放大器等。
1 干扰的耦合方式
干扰源产生的干扰信号是通过一定的耦合通道才对测控系统产生作用的。
因此，我们有必要看看干扰源和被干扰对象之间的传递方式。
干扰的耦合方式，无非是通过导线、空间、公共线等等，细分下来，主要有以下几种：
（1）直接耦合：
这是最直接的方式，也是系统中存在最普遍的一种方式。
比如干扰信号通过电源线侵入系统。
对于这种形式，最有效的方法就是加入去耦电路。
（2）公共阻抗耦合：
这也是常见的耦合方式，这种形式常常发生在两个电路电流有共同通路的情况。
为了防止这种耦合，通常在电路设计上就要考虑。
使干扰源和被干扰对象间没有公共阻抗。
（3）电容耦合：
又称电场耦合或静电耦合。
是由于分布电容的存在而产生的耦合。
（4）电磁感应耦合：。
单片机应用系统的抗干扰技术
双绞线长度数十米时端部连接方法 光电耦合器与双绞线联合使用
3）长线传输的阻抗匹配 阻抗匹配的方法一般有以下4 种形式： （1）始端串联匹配。 （2）终端并联匹配。 （3）终端并联隔直流匹配。 （4）终端钳位二极管匹配。
传输线的阻抗匹配
1.3 软件抗干扰技术
1．指令冗余技术 在条件控制系统中，对于控制条件的一次采样、处理、控制输出
单片机应用系统的抗干 扰技术
单片机应用系统的抗干扰技术
1.1 干扰源和干扰种类
1.干扰源 1）内部干扰源
内部干扰多由系统结构、制造工艺决定，其主要来源包括以下 几个方面： （1）电路元器件产生的固有干扰。 （2）感性负载切换时产生的干扰。 （3）接触干扰。由于两种不同材料之间的不完全接触而引起导电率 起伏所产生的干扰。
3.干扰模式 （1）差模干扰：差模干扰能够使接收电路的一个输入端相对于另一 个输入端产生电位差的干扰。由于这种干扰通常与输入信号串联，有 时也称为串模噪声。 （2）共模干扰：共模干扰是相对于公共的电位基准点，在系统的接 收电路的两个输入端同时出现的干扰。当接收器具有较低的共模抑制 比时，也会影响系统的结果。
光电耦合器是以光为 媒介传输信号的，其 输入和输出在电气上 是隔离的。
1
2 3
4
输入回路与输出回路之间分布
5
电容极小，一般为0.5~2 pF，
而且绝缘电阻很大，通常为
1011~1012 Ω，因此回路一端
的干扰很难通过光电耦合器馈
送到另一端去。
光电耦合器的输入阻抗很 小，一般为0.1~1 kΩ，而 干扰源内阻一般都较大 （105 ~106 Ω）。
电磁耦合
载流导体的周围空间中都会产 生磁场，若磁场是交变的，就 会对其周围的闭合电路产生感 应电势。
单片机控制系统的抗干扰与安全措施
单片机控制系统的抗干扰与安全措施
单片机控制系统在现代电子设备中得到广泛应用，其具有高效、稳定的特点。
然而，由于外部环境的干扰和可能发生的安全问题，需要采取一系列措施来保证单片机控制系统的抗干扰能力和安全性。
为了提高单片机控制系统的抗干扰能力，可以采取以下措施。
为了保证单片机控制系统的安全性，需要采取以下措施。
首先，加密和验证系统的软件和固件，以防止未经授权的访问和篡改。
除了上述措施，还可以采用其他方法来提高单片机控制系统的抗干扰性和安全性。
例如，可以采用冗余设计和备份机制，确保系统在部分故障或攻击情况下仍能正常工作。
此外，定期进行系统的维护和检修，更新软件和固件，修复已知的漏洞和问题。
另外，对系统进行严格的测试和验证，确保系统在各种条件下都能正常工作和抵抗干扰。
单片机控制系统的抗干扰和安全措施至关重要。
通过合理的电路设计、元器件选择和系统设置，可以有效提高系统的抗干扰能力。
同时，通过加密、验证、权限管理和安全监控等措施，可以确保系统的安全性能。
此外，采用冗余设计、备份机制和定期维护等方法，可以进一步提高系统的可靠性和安全性。
综合运用这些措施，可以构建出具有较高抗干扰性和安全性的单片机控制系统，为各种电子设备的正常运行提供保障。
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关键 词 ：电磁 兼容 ； 片机 系 统 ； 干 扰 单 抗
中 圈 分 类 号 ：Ｔ ３ ２． Ｐ０ ７
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认 证 与 电 磁 兼 容 卷
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ｉ １
摘
要 ： 文 介 绍 了单 片 机 系统 中硬件 抗 干 扰技 术 和 软 件抗 干 扰 技术 本 文 献标 识 码 ：Ａ 文 ｜ｃ 号 ：１ ０ － １ ７（ ０ ６ ０ — ０ ７ ０ ． 编 ０３ ０ ０ ２ ０ ）４ ０ ６ — ２
范 标 准 等 ， 既 针 对 电 路 、 又 针 对 单 题 ， 因 此 应 该 采 取 屏 蔽 与 匹 配 措 硬 软 件 结 合 法 米 进 行 电 磁 兼 窬 性 设
机 和 系 统 。 其 目 的 是 为 了 减 少 或 消 施 。 ＰＣＢ 上 的 走 线 特 别 应 该 注 意 这 计 ， 这 两 个 方 法 应 ｆ 的 前 提 是 硬 件 ｒ ｆ Ｊ 除 十 扰 ， 破 坏 十 扰 信 号 的 传 输 条 些 问 题 。
（ ） 单 爿。 系 统 由 于 以 低 电 平 很 小 ， 但 是 瞬 时 ＿ 作 时 能 达 到 ８０ｍ ２ 机 Ｌ Ａ
也 是 研 究 单 片 机 系 统 的 电 磁 兼 容 性 。 传 送 信 号 ， 因 而 其 在 电 磁 环 境 中 以 的 电 流 值 ， 如 球 是 多 片。 时 上 作 ， 电 同
（ ）单 片 机 系 统 虽 是 、 低 电 ６ 个
电 子 系 统 的 抗 干 扰 技 术 的 研 究 路 、Ａ ／Ｄ、 Ｄ Ａ 电 路 ， 它 们 既 是 干 扰 平 系 统 但 是 能 产 生 上 千 、 上 万 伏 的 ／ 就 是系 统 的 电磁 兼容 性 的研 究 ， 因此 源 ， 又 是 干 扰 的 敏 感 元 器 件 。 单 片机 系统 的抗 干扰 技 术 研究 实 质 上 瞬 时 电压 ，Ｒ Ｍ 常 上 作 时耗 电 电流 Ａ
２－湖 南 郴
～
三
．
～ … … Ｓ Ｃｌ ；Ⅲｕ ｏｈ ｔｈ
早 份 限 股 有
４ ３０ ） ２ ０ ０
公 司，郴 州
Ｄｖｏ’ ｔｈｅ ｏｉ 。 ‘ １ａｔ ｅ ｌｍｎｓ ｒ‘ｄｇｉ ￣ｍＵ ： ’ ｐｅ ａ － ｌ ｍ ｃ＝ ｎ ｅ ｈ ｎ ｉ １Ｌｌ ｏＰ Ｉ １ ｌｙ Ｌ＝
受 干扰 为生 。
流 将 会 更 大 。 通 常 单 片 机 系 统 产 生
１ １ 单片机系统 电磁 兼容性 ．
（ ） 由于 高 速 性 、 高 密 集 性 ＿ｌ 出有 威 胁 的 干 扰 部 位 是 时 钟 发生 器 、 ３ 祠
单 片 机 系 统 电 磁 兼 容 性 研 究 的 逻 辑 工 作 状 态 ， 使 得 单 片 机 系 统 中 开 荚 电 源 、 显 示 置 、ＰＣＢ 等 场 台 。 问 题 包 括 环 境 中 的 十 扰 米 源 （ 噪 使 用 的 传 输 线 应 该 根 据 具 有 分 布 参 声 ）、 干 扰 特 性 、 十 扰 机 理 、 数 学 描 数 特 性 的 长 线 理 论 去 考 虑 ， 长 线 有 １ ２ 单片机 系统软硬 件抗 干扰技术 ． 述 、 抑 制 措 施 、 计 量 方 法 、 设 计 规 延 时 、 波 形 畸 变 、 受 外 界 十 扰 等 问 单 片 机 系 统 经 常 采 ｆ 软 件 法 和 ｒ ｆ Ｊ
ＣＩＣ ｍ ｂｏｒＴＰ ０ ７ ． ｎｕ ： ３ ２．
Ｄｏｃ ｕｍ ｅ ｎｔ０・ Ａ
＾ｒ ｉ ｅ Ｄ＝ ００ － ０７２０ ６）４． ６ ． ２ ｔｃｌ Ｉ １ ３ Ｏ１ （ ０ ０ ００ ７ ０
１． 单 片 机 系 统 抗 干 扰 技 术
主 ， 如 二 极 管 、 集 成 电 路 、 微
力及 可靠性 。
不 被 破 坏 、 程 序 不 受 干 扰 的 侵 害 和
（ ） 由 于 单 片 机 系 统 传 送 脉 冲 ＲＡＭ 中 的 重 要 数 据 未 被 破 坏 。 软 件 ４
信 号 ， 冈 而 系 统 工 作 频 率 范 围 很 是 存 存 于 Ｒ Ｍ、 Ｒ Ｍ 叶 ， 抗 十 扰 的 软 Ｏ Ａ １
电 磁 兼 锌 性 设 汁 从 技 术 上 是 滤 宽 ， 在 复 杂 电 磁 环 境 巾 ， 被 干 扰 的 件 需 要 靠 硬 件 去 控 制 执 行 。 波 、 隔 离 、 接 地 、屏 蔽 等 问题 。