单片机系统应用开发中电磁干扰的解决
消除单片机系统电磁干扰解决方案
消除单片机系统电磁干扰解决方案 随着单片机系统越来越广泛地应用于消费类电子、医疗、工业自动化、智能化仪器仪表、航空航天等各领域，单片机系统面临着电磁干扰（EMI）日益严重的威胁。
电磁兼容性（EMC）包含系统的发射和敏感度两方面的问题。
如果一个单片机系统符合下面三个条件，则该系统是电磁兼容的： ①对其它系统不产生干扰; ②对其它系统的发射不敏感; ③对系统本身不产生干扰。
假若干扰不能完全消除，但也要使干扰减少到最小。
干扰的产生不是直接的（通过导体、公共阻抗耦合等），就是间接的（通过串扰或辐射耦合）。
电磁干扰的产生是通过导体和通过辐射，很多电磁发射源，如光照、继电器、DC电机和日光灯都可引起干扰;AC电源线、互连电缆、金属电缆和子系统的内部电路也都可能产生辐射或接收到不希望的信号。
在高速单片机系统中，时钟电路通常是宽带噪声的最大产生源，这些电路可产生高达300 MHz的谐波失真，在系统中应该把它们去掉。
另外，在单片机系统中，最容易受影响的是复位线、中断线和控制线。
1 干扰的耦合方式 （1）传导性EMI 一种最明显而往往被忽略的能引起电路中噪声的路径是经过导体。
一条穿过噪声环境的导线可捡拾噪声并把噪声送到其它电路引起干扰。
设计人员必须避免导线捡拾噪声和在噪声引起干扰前，用去耦办法除去噪声。
最普通的例子是噪声通过电源线进入电路。
若电源本身或连接到电源的其它电路是干扰源，则在电源线进入电路之前必须对其去耦。
（2）公共阻抗耦合 当来自两个不同电路的电流流经一个公共阻抗时就会产生共阻抗耦合。
阻抗上的压降由两个电路决定，来自两个电路的地电流流经共地阻抗。
电路1的地电位被地电流2调制，噪声信号或DC补偿经共地阻抗从电路2耦合到电路1。
（3）辐射耦合 经辐射的耦合通称串扰。
串扰发生在电流流经导体时产生电磁场，而电磁场在邻近的导体中感应瞬态电流。
（4）辐射发射 辐射发射有两种基本类型：差分模式（DM）和共模（CM）。
单片机硬件设计中的EMC兼容性与干扰抑制技术
单片机硬件设计中的EMC兼容性与干扰抑制技术单片机硬件设计中的电磁兼容性（EMC）与干扰抑制技术引言在现代电子设备中，单片机（Microcontroller Unit，MCU）起到了至关重要的作用。
单片机的硬件设计必须考虑电磁兼容性（Electromagnetic Compatibility，EMC）和抑制干扰的技术。
本文将介绍单片机硬件设计中的EMC兼容性和干扰抑制技术，包括电磁干扰的来源、EMC设计要求、常用的干扰抑制技术以及正确的布线和接地技巧。
一、电磁干扰的来源电磁干扰可以由各种外部和内部因素引起。
以下是一些常见的电磁干扰来源：1. 射频辐射：包括无线通信、雷达或其他射频电源等设备产生的电磁波。
2. 电源线干扰：来自交流电源线的噪声，如谐波和干扰信号。
3. 开关电源：开关电源高频噪声会通过电源线和地线传播到其他电子设备中。
4. 过电压和静电放电：电气设备的开关、电磁阀等在操作时可能产生过电压和静电放电。
5. 瞬态电压：包括闪电击中电力线、开关电源的瞬态电压等。
二、EMC设计要求为了满足EMC设计要求，单片机硬件设计应考虑以下方面：1. 辐射和传导：抑制电磁辐射和传导干扰，以确保设备不会对其他设备产生干扰。
2. 抗干扰：增强设备的抗干扰能力，使其能够正常工作并受到外部干扰的影响较小。
3. 地址线、数据线和控制线的布局：合理的布局可以减少交叉耦合和串扰，降低电磁干扰。
4. 接地：良好的接地设计可以降低共模噪声和差模噪声，提高设备的抗干扰能力。
5. 输入输出端口的保护：通过使用适当的保护电路来保护单片机的输入输出端口，防止它们受到外部电磁干扰的损坏。
三、干扰抑制技术1. 滤波器：采用适当的滤波器可以抑制进入单片机的高频噪声。
常见的滤波器包括RC滤波器和LC滤波器。
2. 屏蔽：通过在关键部件周围添加屏蔽罩或屏蔽层，可以有效地防止电磁波的干扰。
3. 地线设计：良好的接地设计可以减少回路的回流电流，降低共模噪声，并提高设备的抗干扰能力。
单片机防止电磁干扰的方法
单片机防止电磁干扰的方法
1、该上拉的上拉，该下拉的下拉，该加电容的加电容，总之不要让MCU任何一个脚就那么摆着
——而且也不要指望MCU内部的上拉电阻
2、没必要的情况下，不用外部高频晶振，尽可能采
用[内部RC振荡器维持运转+外部32768Hz晶振定时+软件修改振荡器微调寄存器控制速率]的做法，而且如果可能，连32768Hz晶体也换成类似速率的有源振荡器
3、用四层板，下面布屏蔽层，上面扣屏蔽罩
4、电源方面，供给MCU的那一道电源一定要用线性
稳压，而且不要用7805或者1117这类大路货色，同时滤波电容退藕电容滤波电感一个都不能少，同时，在对功
耗要求不严格的情况下，尽可能用稳压二极管为MCU供
电
5、在可能的情况下，尽量不把工控器件装在MCU板上，同时，MCU板对外通信尽可能采用差分方式（后面这半条可能会需要CPLD或若干高速422/485接口辅助）。
如何解决单片机的抗干扰问题
如何解决单片机的抗干扰问题随着单片机的发展，单片机在家用电器、工业自动化、生产过程控制、智能仪器仪表等领域的应用越来越广泛。
然而处于同一电力系统中的各种电气设备通过电或磁的联系彼此紧密相连，相互影响，由于运行方式的改变，故障，开关操作等引起的电磁振荡会波及很多电气设备。
这对我们单片机系统的可靠性与安全性构成了极大的威胁。
单片机测控系统必须长期稳定、可靠运行，否则将导致控制误差加大，严重时会使系统失灵，甚至造成巨大损失。
因此单片机的抗干扰问题已经成为不容忽视的问题。
1 干扰对单片机应用系统的影响1.1测量数据误差加大干扰侵入单片机系统测量单元模拟信号的输入通道，叠加在测量信号上，会使数据采集误差加大。
特别是检测一些微弱信号，干扰信号甚至淹没测量信号。
1.2 控制系统失灵单片机输出的控制信号通常依赖于某些条件的状态输入信号和对这些信号的逻辑处理结果。
若这些输入的状态信号受到干扰，引入虚假状态信息，将导致输出控制误差加大，甚至控制失灵。
1.3 影响单片机RAM存储器和E2PROM等在单片机系统中，程序及表格、数据存在程序存储器EPROM或FLASH中，避免了这些数据受干扰破坏。
但是，对于片内RAM、外扩RAM、E2PROM 中的数据都有可能受到外界干扰而变化。
1.4 程序运行失常外界的干扰有时导致机器频繁复位而影响程序的正常运行。
若外界干扰导致单片机程序计数器PC值的改变，则破坏了程序的正常运行。
由于受干扰后的PC 值是随机的，程序将执行一系列毫无意义的指令，最后进入“死循环”，这将使输出严重混乱或死机。
2 如何提高我们设备的抗干扰能力2.1 解决来自电源端的干扰。
单片机系统的抗干扰设计
单片机系统的抗干扰设计随着单片机系统越来越广泛地应用于消费电子、低压电器、医疗设备、以及智能化仪器与仪表等领域，单片机在简化电路设计和提高产品性能的同时，单片机系统本身的电磁干扰问题也成为影响这类设备可靠性的主要因素。
单片机系统是一个含有多种电子元器件和电子部品（乃至子设备和子系统）的复杂电子系统，外来的电磁辐射和传导干扰，以及内部元器件之间、部件之间、以及子系统之间、各传送通道之间的相互干扰对单片机及其数据信息所产生的干扰与破坏，严重地影响了单片机系统的工作稳定性、可靠性和安全性。
因此分析和消除单片机系统的不稳定因数，提高它的电磁兼容性已愈来愈成为人们所关注的课题，而这问题的本身则具有很高的实用价值。
1 单片机系统的可靠性分析一个单片机系统的可靠性是自身软件、硬件与其所处工作环境共同作用的结果，所以系统的可靠性也应从这两方面来进行分析与设计。
对系统本身而言，要在保证系统各项功能实现的同时，对其运行过程中出现的各种干扰信号，以及来自于系统外部的干扰信号进行有效的抑制，这是决定系统可靠性的关键。
而对一个有缺陷的系统来说，设计人员往往只是从逻辑上去保证系统功能的实现，而对系统运行过程中可能出现的问题考虑欠周，采取的措施不足，在干扰面前系统就可能陷入困境。
任何系统的可靠性都是相对的，在一种环境下能够可靠工作的系统，到了另外一种环境就可能就不稳定了，这充分说明环境对系统可靠运行的重要性。
所以在针对系统运行环境去设计系统的同时，应当尽量采取措施来改善系统的运行环境，综合性地解决系统运行的可靠性。
2 单片机系统的电磁干扰问题2.1 单片机系统里电磁干扰的由来单片机的干扰是以脉冲形式进入单片机系统的，其主要渠道有三条，即空间、供电系统及信号通道。
空间干扰多发生在高电压、大电流、高频电磁场附近，通过静电感应、电磁感应等方式侵入系统内部。
供电系统的干扰通过同一电网里用电设备工作时产生的噪声干扰和瞬变干扰来影响单片机系统的工作。
单片机系统的抗干扰技术
双向晶闸管的结构符号见图8-6（b）。三个电极分别是 T1、T2、G。其特点是，当G极和T2极相对于T1的电压均为 正时，T2是阳极，T1是阴极。反之，当G极和T2极相对于T1 的电压均为负时，T1变成阳极，T2为阴极。 （4）光电隔离固态继电器(SSR)
图8—7 SSR的内部结构框图
图8—8 SSR基本单元电路
（2）浪涌、下陷、半周降出：当1s>Δt> 10ms时产生 的干扰，可使用快速响应的交流电源调压器克服。
（3）尖峰电压：当Δt为μs量级时产生的干扰， 解决办法是使用具有噪声抑制能力的交流电源
调节器、参数稳压器或超隔离变压器。
（4）射频干扰：当Δt为ns量级时产生的干扰，可加2~3节低 通滤波器消除干扰。
（a）二极管—稳压管抑制电路 （b）电阻—二极管抑制电路（c） R-C阻容抑制电路 （d）（e）开关触头两端的反电势抑制电路 图8—12 反电势抑制电路
☆8.3 印制电路板及电路的抗干扰设计
在单片机系统中，印制电路板的设计好坏对抗干扰能 力影响很大。印制电路板是用来支撑电路元件，并提供电 路元件和器件之间电气连接的重要组件。为了减少干扰， 在印制电路板设计过程中必须遵循以下三大原则：
图8—13 去耦电容的安装位置图
3．选择时钟频率低的单片机及外部时钟部件。 4．元件的选择尽量采用低速器件。 5．对进入电路板的信号源及从高噪声区来的信号要加滤 波，继电器线圈处要加续流二极管。 6．尽量不使用IC插座，而把IC直接焊在印制板上，这样 可减少IC插座间较大的分布电容。 7．电源插接件与信号插接件要尽量远离，主要信号的插 接件外面最好带有屏蔽。
输入、输出通道是必不可少的。这些通道不可避免地会 使各种干扰直接进入单片机系统。同时，在这些输入输 出通道中的控制线及信号线彼此之间会通过电磁感应而 产生干扰，从而使单片机应用系统的程序错误，甚至会 使整个系统无法正常运行。
单片机应用系统的抗干扰技术设计方案
第五章单片机应用系统的抗干扰技术设计§5．1 干扰源我们要进行抗干扰措施，首先就得仔细研究干扰产生的原因、途径，掌握或了解其规律后，才能有针对性地提出各种抗干 / 扰的理论和措施。
5.1.1干扰与噪声的区别(1> 噪声是绝对的，它的产生或存在不受接收者的影响，是独立的，与有用信号无关。
干扰是相对有用信号而言的，只有噪声达到一定数值、它和有用信号一起进入应用系统并影响其正常工作时才形成干扰。
(2> 干扰在满足一定条件时，可以消除；噪声在一般情况下，难以消除，只能减弱。
5.1.2分类根据产生干扰的物理原因，干扰可以分为如下几种类型：机械干扰、热干扰、光干扰、湿度干扰、化学干扰、电和磁的干扰、射线辐射干扰。
其中，电和磁的干扰是最为普遍和严重的干扰，下面对电磁干扰作重点论述。
电磁干扰的分类：(1> 从噪声产生的来源分类可以分为：错误!固有噪声源固有噪声是指器件内部物理性的无规则波动所形成的噪声。
错误!人为噪声源人为噪声源主要是各种电气设备所产生的噪声，主要有以下几种：1. 工频噪声，大功率输电线是典型的工频噪声源。
低电平的信号线只要有一段长度与输电线平行，就会受到明显的干扰；即使一般室内的交流电源线，对输入阻抗低和灵敏度高的传感器来说也会是很大的干扰源。
在传感器的内部，由于工频感应也会产生交流噪声，它所形成的干扰也不可忽视。
2. 射频噪声，高频感应加热、高频焊接等工业电子设备以及广播、电视、雷达及通信设备等通过辐射或通过电源线会给附近的传感器系统带来干扰。
3. 电子开关，由于电子通断的速度极快，使电路中的电压和电流发生急剧的变化，形成冲击脉冲，从而成为噪声干扰源。
错误!自然噪声源和放电噪声自然噪声主要指天电形成的放电现象。
放电现象的起因不仅是天电，还有各种电气设备所造成的，主要有：电晕放电、火花放电、放电管放电等。
(2> 从干扰的出现区域来分可分为内部干扰和外部干扰。
(3> 从干扰对电路作用的形成分类错误!差模干扰也称为串联干扰，差模干扰进入电路后，使传感器系统 / 的一个信号输入端子相对于另一个信号输入端子的电位发生变化，即干扰信号与有用信号按电势源串联起来作用于输入端。
单片机抗干扰措施
单片机抗干扰措施概述在单片机应用中，抗干扰是一个非常重要的问题。
由于电磁干扰的存在，单片机可能会受到干扰信号的影响，导致系统的性能下降甚至功能失效。
因此，为了确保单片机系统的稳定运行，需要采取一些抗干扰措施。
本文将介绍单片机常见的抗干扰措施，包括软件抗干扰措施和硬件抗干扰措施。
软件抗干扰措施1. 外部中断和定时中断技术外部中断是单片机接收外部信号的一种方式，通过设置中断触发条件，当接收到特定信号时触发中断处理程序。
通过使用外部中断技术，可以及时响应干扰信号的触发，进行干扰处理。
定时中断也是一种常见的抗干扰措施。
通过设置定时器，定时生成中断信号，进行对干扰信号的定时处理。
2. 硬件监控和重启单片机系统中，可以通过硬件监控电压、温度、电流等参数，并根据监控结果采取相应措施。
例如，如果电压过高或过低，可以通过监控电源电压的方式，自动重启系统，以恢复正常运行。
3. 硬件看门狗硬件看门狗是一种常见的抗干扰措施。
通过设置看门狗定时器，在预设时间内必须向看门狗喂狗，否则看门狗将复位单片机。
看门狗能够有效监控单片机运行，并在系统崩溃或运行异常时进行自动重启。
硬件抗干扰措施1. 接口屏蔽和过滤对于单片机与外部设备接口，可以通过屏蔽和过滤的方式降低干扰信号的影响。
接口屏蔽是通过在接口线上添加屏蔽层，减少干扰信号对于单片机的干扰。
常见的屏蔽层材料包括金属层、导电胶和导电纤维等。
接口过滤是通过添加滤波器或滤波电路，降低接口信号中的干扰成分。
常见的滤波器包括低通滤波器和带阻滤波器等。
2. 地线设计在单片机系统中，地线设计也是一个重要的抗干扰措施。
合理地划分地线，避免地线回路产生环形，可以有效减少共模干扰。
3. 电源干扰削弱技术电源干扰是单片机系统中常见的干扰源之一。
为了降低电源干扰，可以采取以下措施：•过滤电源线，加装滤波电容和滤波电阻，降低电源中的高频干扰成分。
•使用稳压器或电源滤波器，确保电源稳定，并降低电源线上的干扰噪声。
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１ 电磁 兼 容 的概 述
电磁兼容是指在不 损害信 息的情况下 ，干扰信号可 以与有用信号
部切断 ，改善 印制 电路板的设计与布局 ，对 防止噪声 的产生与传播 。 通常采用屏蔽 、隔离 、接地等措施抑制干扰源的传播 。
关键词 ：单 片机； 电磁干扰 ；解决方案； 电磁兼容
０ 引 言
随着电子产品的 日益丰富 ，以计算 机为代表的 电子产 品在 日 常 生 活 中的应用中越来越广泛 。单 片机 系统 是一个较复杂 的电子 系统 ，由 于 它所 处的 电磁环境较恶劣 ，因此单 片机在工作中 ，系统经常 受到内 部和 外部的干扰 ，而为 了解决单 片机 受 电磁的干扰 ，提高 系统 工作的 稳定性和可 靠性 ，我们提 出了单 片机 系统 电磁兼容 的解 决方 案。
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单片机 系统应用开发 中 电磁 干扰 的解决
余浪英 （ 南宁市 第三职 业技术 学校 ， 南宁 ５ ３ ０ ０ ０ １）
摘 要 ：文章对单 片机 系统应对 电磁 干扰的 问题提 出了抑制 电磁干扰 的解 决方案 。并对 电磁 兼容对抗 电磁干扰 的措施做 了全 面分析 ，大大提 升 了单 片机 系统 的可靠性和稳定性 。
清干扰源 ，切 断传 播路径 ，实现硬件与软件 的相结合 。这样既能提 高 单片机系统的可靠性 ，又能 降低成本 。
钟频 率很高 ，而 且总线 周期特别快 的系统 ；２ ）包 含有类似 于大 电流
统随机干扰对单片机造成 的负面影响。数字滤法是通过不用 增加硬件
设备 科多通道共用 的程序 。可以对低频信号滤波 ，具有很好 的可靠性 开关 的系统 ；３ ）含 有微弱模 拟信号 电路的系统 。而这些 系统往往又 和稳 定 性 。 会 因为受 到 电磁 干扰 源、耦 合途 径、敏感 设备 等 因素产 生 干扰 。因 （ ４ ） “ 看 门狗 是一种 保护手 段 ，单片机 在经常 受到 电磁 干扰 此只 要对 其中任 何一 个 因素 进行有 效 的控制 ，就能解 决 电子 干扰 的 的情况下 ，会产生程序无 序执行 ，较严重会进入无 限死循 环状态而导 问题 ， 所 以我们首 先要找出单 片机 系统受 电磁干 扰的干扰源 。 致单片机死机 。 “ 看 门狗 ”的出现就是为了解决这个 问题 ，它按照定 （ １ ）在 电磁环境 中易受干 扰的是 单片机 的低 电平传 送信号 ，而 时器初始化设定 ，是在程 序出现跑飞的瞬 间及 时中断并发出跳转的指 影 响信号 的主要来源有系统 中的电源 、晶振、 模 拟电路 和数 字电路 等。 令 ，从而使程序进入正常轨道。 所 以要在设计 中尤其注意这些 因素 。 由此可见 ，要解 决单 片机受 电磁干扰 的问题 ，还 需要硬件与软件 （ ２ ）电磁 能量 干扰是单 片机系统 受干扰 的主要干扰 源 ，而这 种 相互结合 ，弥补不足 ，才能保证单片机系统稳定的正常运行 。 干扰源也可分为 内部干扰源和 外部干扰源 。 １ ） 内部干扰源 。由印制 电路和 电板之间形成的相互干扰时 内部
４ 结束 语
电源 干扰 ，内部 电源干扰产生 的原因是 由于系统 内部 印制 电路 板设计
走线不合理 ， 元器 件布局不 正确及接地等 。 ２ ）外部干扰源 。受 电磁波和 电磁场产生的干扰源是外部干扰。
为 了保证 单片机系统在 电磁干扰情况下 的正常运行 ，单片机系统
的设计 ，就必 须要 考虑 电磁的兼容性 。而要 实现这种兼容性 ，就要弄
３ ． ２ 软件措施
共同同在。换言之就是 系统在 预期的 电磁环境下 ，在较 强的电磁干扰
环境下不受 电磁干扰 的影响 ，又对其环境周边 的设备不产 生超出国家
采取上述硬件 措施固然可 以减 少电磁 干扰 对单片机的影 响，但 由 于 电磁干扰信 号产 生的原 因错综复 杂，具 有很 大的随机性和不可预 见
为了确保整个系统 的可靠性 和稳定性 ，我们要合理并科 学地选 择这些
元器件 ， 应该选用集成度高 、 抗干 扰能强、功耗小的先进 电子器件 。
（ ３ ）增加稳压 器 。受 外部 电磁 的干扰主要 是通过 电源进入 单片
机系统 ，因此保证 电源 的质量 ，就可 以降低 电子 干扰 的一半几率 。所 以可 以给 电源增加滤 波电路或稳压器 ，从而最大可 能减少集成 电路对 电源的影响。
性 ，所 以要 采 取 一 些 软 件 措 施 加 以补 充 和 弥 补 。
规定范围 的干扰 值。所 以要抑制 电磁干扰源对单 片机系统 的影 响 ， 尽 量减少系统对外产生的电磁辐射。
（ １ ）开机 自检 。开 机 自检程 序是为 了保证程序 在正式 启动或执 为了保证单 片机 系统 具有很好的兼容性 ，缩短研 制周期 ，降低成 行过程 中出现 的数据丢失或错误等及时重写和更正 。 本， 我们应该清楚 电磁兼容 的设计原则 。它包括 以下三个方面 ： （ １ ） （ ２ ）指令 冗余技 术。 当单 片机受 到很强 的干扰时 ，程 序会脱 离 抑制 噪声 源 ，从根 本上消 除或减弱 噪声 的传 播 ； （ ２ ）尽量消 除噪声 正常轨迹 ， 出现指令 Ｐ Ｃ 值 改变及操 作码放入错误 等， 采用冗余 技术后 ， 源与 受干扰 的系统之 间的辐射 ； （ ３ ）提 高系统中易 干扰元件 的抗干 不仅可 以使 在错误轨道上 的程序纳入 正规 ，而且还有助于消 除随机 干 扰性 ，降低系统对 电磁噪声的敏感度 。 扰 ，在很大程度上提 高了其可靠性 能。 （ ３ ）软 件或数 字滤波法 。软 件滤波 法可 以保证系统 收集到数 据 ２ 电磁 干扰的干扰源 当单 片机含有 以下三种 系统时容 易受到 电磁 干扰 ：１ ）单片机 时 精准 度的提高 。可 以有效地解 决周期性的干扰 ，很大程度地 降低 了系