系统设计中的软件抗干扰设计方法
计算机测控系统的软件抗干扰技术研究
Ｏ 引 言
影响计算机测控系统可靠、安全运行 的主要原因是来 自系统内外的各种电气干扰。干扰源产生的干 扰通 过耦 合通 道对 测控 系统 发生 电磁 干扰 。干扰作 用 于测控 系统 的输入 通道 ，能使模 拟 信号 失真 ，数 字 信号出错 ；干扰作用于测控系统的输 出通道 ，能使输 出信号混乱 ，不能正常反应 系统工作的真实输出。 干扰作用于测控系统核心 ，能使计算机的 Ｃ Ｕ得到错误的地址信息 ，引起程序计数器 Ｐ Ｐ ｃ出错 ，导致程 序 失控 。许 多在实 验 室运行 良好 的测 控 系统 安装 到工业 现 场 ，常 常 由于干 扰 的原 因 ，使 系统 不 能正 常运 行 。常用的抗干扰技术主要有硬件抗干扰和软件抗干扰。但是微机控制系统的抗干扰不可能完全依靠硬 件来解决 。在许多复杂的控制环境下，软件抗 干扰往往能取得事半功倍 的效果 。因而软件抗干扰技术亦 越 来越 受 到工控 软件 设计人 员 的重视 。 微机软件抗干扰措施的出发点是：微机不仅在正常工作时能充分发挥智能作用 ，而且在系统因受干 扰而破坏正常工作时也应发挥其智能作用。如果采用硬件与软件结合的方法 ，充分 发挥软件智能作用 ，
维普资讯
第２ ３卷 第 １期
２０ ０ ７年 １月
昆明冶金高等专科学校 学报
Ｊ ｕｎ ｆ ｎ ｎ ｔｌ ｒｙ Ｃ ｌ ｇ ｏ ｒａ ｏ ｍｉｇＭｅａｌ ｇ ｏｌ ｅ ｌ Ｋｕ ｕ ｅ
Ｖｏ． ３ １ ２ Ｎｏ １ ．
Ｊｎ ２ ０ ａ．０７
减轻意外事故的发生 。介绍 了干扰对计算机测控 系统的影 响 ，计 算机 测控 系统软 件抗 干扰 的前提 条件及 其常见
的 干扰 现 象 以 及 软件 抗 干 扰措 施 。
关键词 ： 算机 ； 计 测控 系统；抗 干扰 ；可靠性设 计
软件抗干扰的几种办法
软件抗干扰的几种办法在提高硬件系统抗干扰能力的同时，软件抗干扰以其设计灵活、节省硬件资源、可靠性好越来越受到重视。
下面以MCS-51单片机系统为例，对微机系统软件抗干扰方法进行研究。
1、软件抗干扰方法的研究在工程实践中，软件抗干扰研究的内容主要是：一、消除模拟输入信号的噪声(如数字滤波技术);二、程序运行混乱时使程序重入正轨的方法。
本文针对后者提出了几种有效的软件抗干扰方法。
(1) 指令冗余CPU取指令过程是先取操作码，再取操作数。
当PC受干扰出现错误，程序便脱离正常轨道“乱飞”，当乱飞到某双字节指令，若取指令时刻落在操作数上，误将操作数当作操作码，程序将出错。
若“飞”到了三字节指令，出错机率更大。
在关键地方人为插入一些单字节指令，或将有效单字节指令重写称为指令冗余。
通常是在双字节指令和三字节指令后插入两个字节以上的NOP。
这样即使乱飞程序飞到操作数上，由于空操作指令NOP的存在，避免了后面的指令被当作操作数执行，程序自动纳入正轨。
此外，对系统流向起重要作用的指令如RET、RETI、LCALL、LJMP、JC等指令之前插入两条NOP，也可将乱飞程序纳入正轨，确保这些重要指令的执行。
(2) 拦截技术所谓拦截，是指将乱飞的程序引向指定位置，再进行出错处理。
通常用软件陷阱来拦截乱飞的程序。
因此先要合理设计陷阱，其次要将陷阱安排在适当的位置。
软件陷阱的设计当乱飞程序进入非程序区，冗余指令便无法起作用。
通过软件陷阱，拦截乱飞程序，将其引向指定位置，再进行出错处理。
软件陷阱是指用来将捕获的乱飞程序引向复位入口地址0000H的指令。
通常在EPROM中非程序区填入以下指令作为软件陷阱：NOPNOPLJMP 0000H其机器码为0000020000。
陷阱的安排通常在程序中未使用的EPROM空间填0000020000。
最后一条应填入020000，当乱飞程序落到此区，即可自动入轨。
在用户程序区各模块之间的空余单元也可填入陷阱指令。
单片机软件系统的抗干扰设计
式 中Ｑ为数字滤波系数； Ｘ ｎ 为第１ １ 次采样时的滤波 器输入 ； Ｙ ｎ 为第ｎ 次
采样 时的滤波器输 出； Ｙｎ — Ｉ 为第ｎ ＋ １ 次采样时的滤波器输 出。
滤波系数Ｑ＝Ａ Ｔ ／ Ｔ ｆ ＜ １ ，其中Ａ Ｔ 为采样周期 ： Ｔ 伪 数字滤波器的时间 系数 。 具体 的参数应通过实际运行选取适当数值 ， 使周期性噪声减至最弱或 全部消除。
字节，都能复位 。也可在程序区每隔一段 （ 如几十条指令） 连续安排三条 ＮｏＰ 于 旨 令。因为８ ０ ５ １ 指令字节最长为三字节。当程序失控 时， 只要不跳转 ， 指令连续执行， 就会运行ＮＯＰ ￣＇ 令， 就能使程序恢复正常。 ３ ． ２设置“ 看门狗” 。设置软件陷阱能解决一部分程序失控 问题， 但当程
科 学 论 坛
献 嗨与 蛄
单片机软件 系统的抗干扰设计
马卫滨 － 李艳华ｚ
（ １ ． 鹤煤技师学院； ２ ． 鹤煤新 闻中心 河南 鹤壁 ４ ５ ８ ０ ０ ０ ） 摘 要： 为了保证单片机产 品能够长期稳定、 可靠地工作 ， 在产 品设计 时必须对抗干扰 能力给 予足够 的重视， 尤其在软件方面， 而且很容易造成数据 采集误 差增大 ， 程序－ ‘ ‘ 飞走 ” 失控或陷入死循环等严重的后果。所以提 高单片机软件系统的抗干扰 能力是很有必要 的。 关键 词： 单片机 干扰 软件 滤波
特别是单片机产品。由于产品本 身比较复杂 ， 再加上工作环境比较恶劣 （ 如 温度和湿度高， 有振动和冲击， 空气中灰尘 多， 并含有腐蚀性气体 以及 电磁
场的干扰等） ， 同时还要受到使用条件 （ 包括 电源质量 、 运行条件、 维护条件 等） 的影响， 因而可以毫不夸张地说 ， 当代世界的干扰如同环境污染 一样 ， 正 危机着现代工业的各个方面。抗干扰方面的课题不但有许多实际问题要解 决， 而且有不少理论问题要探讨。 软件的抗干扰设计 是单片机应用系统的一个重要组成部分。干扰对单
单片机系统软件抗干扰设计
单片机系统软件抗干扰设计【摘要】本文主要讨论了在基于单片机的测控系统中，如何通过软件抗干扰设计，提高系统稳定运行的可靠性和安全性。
【关键词】冗余；软件陷阱；中断；程序监视定时器0 引言随着单片机测控系统越来越复杂，工作环境的干扰也越来越严重。
面对环境恶劣的工业现场，大量的干扰源虽然不会造成单片机系统硬件的破坏，却常常会侵入系统破坏数字信号的时序，更改单片机寄存器内容，导致程序在地址空间内“乱飞”，或者陷入死循环。
因此，要保证新型微控制器的可靠性、安全性，就必须在提高硬件可靠性的基础上，在程序设计中采取措施，通过软件技术增强系统的稳定运行。
由于程序设计灵活，节省硬件资源，所以软件抗干扰设计越来越引起人们的重视。
下面，就以MCS-51系列单片机为例，讨论在基于单片机的测控系统中，主要应用的软件抗干扰设计。
1 指令冗余设计“指令冗余”就是在程序关键的地方人为插入一些单字节指令，或将有效单字节指令重写。
它是使程序从“乱飞”状态恢复正常的一种有效措施，其前提条件要求PC指针必须指向程序运行区，且必须执行到冗余指令。
正常情况下CPU取指令过程是先取操作码，再取操作数，当指令计数器PC受到干扰出现错误时，程序便脱离正常轨道“乱飞”，导致CPU把一些操作数当作操作码来执行，从而引起整个程序的混乱。
NOP指令的插入是指令冗余设计的一种主要方式，由于MCS-51的所有指令不超过3个字节，且多为单字节指令，所以通常是在双字节指令和三字节指令后插入两个字节以上的NOP指令。
这样即使程序“乱飞”落到操作数上，由于空操作指令NOP的存在，就避免了后面的指令被当作操作数执行，使程序自动纳入正轨。
此外，在对于程序流向控制起决定作用（如RET、ACALL、LJMP等）或对系统工作状态起重要作用（如SETB等）的指令后面，插入两条NOP指令或重复写入该指令，也可迅速将乱飞程序纳入正轨，确保这些重要指令的正确执行。
2 软件陷阱的设计当乱飞的程序进入非程序区，冗余指令便失去作用。
浅谈单片机系统常用的软件抗干扰措施
除 了封 上述罩 片檄 内部 资源 造行榆测外 ， 系 封 统中其它的接几鼋路 ，比如搪展的 ＥＰ Ｏ Ｒ Ｍ、 ／ ＡＤ 蒋换鼋路 、外 接的傅感器 霞路等 ．均虑通遇软件造
行榆测，碓定是否存有故障。 － 祗有常上述各项榆查均能正常通遇， 才可缝绩 孰行程序 ，否则虑给 出相虑 的出错提示信息 。
容逐－￣／ 後得到的一侗数值 ，教值便祸禺校聪 ｕ ｍ 和 。Ｒ Ｍ 单元存 储 的是 程序 、常数和表格 。一 旦 Ｏ 程序 编窝完成 ，Ｒ Ｍ 中的 内容 就碓定 了 ，其 校黪 Ｏ 和也就是唯一的。若 Ｒ Ｍ 校黔和出错，虑给出聱 Ｏ 光或其它形式的 Ｒ Ｍ 出错提示信息， Ｏ 等待扇理Ｌ。 １ Ｊ ２２ 系统 Ｒ ． ＡＭ 罩 元的检 测 榆查 Ｒ Ｍ 蓿 商是否正 常 。常向 Ｒ Ｍ 单元窝 Ａ Ａ “０ ” ， 出磨届“０ ” ０Ｈ 畸 ０Ｈ ，再 向其 宿“Ｆ ” Ｆ Ｈ ，籀出 也 虑禺“Ｆ 。若 Ｒ Ｆ Ｈ” ＡＭ 罩元演 宿出错 ，愿给出罄 光或其它形式的 Ｒ Ｍ 出错提示信息 ．等待魔理。 Ａ 同畴 ，在寅陈 虑用畸 虑兹 注意 ，Ｒ Ｍ 中的重要 内 Ａ 容要分 匾存 放 ，并缨 常连行 比较榆 查 。 ２３ 系统 Ｉ 口戕熊 的检 测 ． ／ Ｏ 首先 ，虑碓定 系统的 Ｉ 几在待檄 晴愿虎 的状 ／ Ｏ 悲 ．然後梭 测罩 片楗 的 Ｉ 口在待楗状 憋下是 否正 ／ Ｏ 常 （ 是否有短路或阳路琨象等 ） ，若不正常 ， 也愿 给出出错提示信息 ，等待成理。
由于 Ｃ Ｕ取指令进 程是先 取操作碣 ，再取操作 数 ， Ｐ
凿Ｐ Ｃ受斡攫 出现 错误畴 ， 序便脱 靛正常轨道 “ 程 乱 ”（ 跑 ）。富其 “ ”落到某 竖字 箭指令 ，若
此 推 。它 的傻 黠在 于编程 ｆ 作筒 单 ，缺黠是降低 了数攮采集 的速 率 。 Ｊ
软件无线电中的跳频干扰及抗干扰波形设计
谢谢观看
软件无线电中的跳频干扰及抗干扰波形 设计
01 引言
目录
02 跳频干扰
03 抗干扰波形设计
04 实例分析
05 结论
引言
软件无线电是一种基于软件定义的无线通信系统，具有高度的灵活性和可扩展 性。然而，在复杂的无线通信环境中，软件无线电容易受到各种干扰的影响， 其中跳频干扰尤为常见。跳频干扰是指干扰信号在频域上不断跳变，以规避传 统滤波器的拦截。为了提高软件无线电的抗干扰能力，研究跳频干扰的抑制方 法以及抗干扰波形设计具有重要意义。
4、优化波形设计。在确定了滤波器和码片长度后，通过优化波形设计，可以 进一步提高通信系统的抗干扰能力。这可能涉及到复杂的数学算法和优化技术， 需要根据实际情况进行选择和调整。
实例分析
假设在一个高速跳频的通信环境中，干扰信号的跳频范围为20MHz-30MHz，跳 频速度为10MHz/s。为了抑制该跳频干扰，我们可以按照以下步骤进行抗干扰 波形设计：
1、深入了解跳频干扰的特性。包括跳频范围、跳频速度、干扰强度等，以确 定设计滤波器的关键参数。
2、选择合适的滤波器。根据跳频干扰的特性，选择适当的滤波器类型和阶数。 例如，在处理快速跳频干扰时，可采用高阶自适应滤波器，以实现快速的频率 跟踪和抑制。
3、确定码片长度。码片长度是滤波器设计的一个重要参数，直接影响滤波效 果。通过实验或理论分析，可以找到最优的码片长度，使得滤波器在抑制跳频 干扰的同时，最大限度地减少误码率。
1、首先，使用FFT等算法实时检测并分析干扰信号的频率特征。通过分析，我 们发现干扰信号在28MHz附近的强度最高。
2、然后，选择一个高阶自适应滤波器，并根据分析结果设置滤波器的中心频 率为28MHz。同时，根据跳频速度和滤波器的带宽过实验发现，当码片长度为64时，滤波器的性 能最优，既能快速跟踪干扰频率的变化，又能有效抑制干扰信号强度。
软件的抗干扰技术
容 量 越太 、系统 功 耗越 小 ， Ｕ 可利 用的 时 间就 越 长 ，一 般
可达 到毫秒 级 ，程 序 应该 能完成 一 些必 要的 保 护工作 。
当 系统恢 复供 电后 ，掉 电保 护现 场的 恢复是 系统 软 件
的 一个 重要 工作 ，包括 判 断是 否发 生掉 电保 护 、 数据 是否 还 有 效和恢 复现 场 等工 作 。 判 断是 否发 生掉 电保 护的 目的 是 区别正 常关 机 和掉 电 保 护关机 ，若 是前 者就 没有 必 要恢 复现 场 了 。 个工 作要 这 从 系统 关机 的软 硬件 结构 谈起 ，对拥有 掉 电保 护装置 叉 要 与正 常关机 区别 的系统 ，关机 就不是 一个 简单 的关电源 了 ， 在 关机 时必 须给 ＣＰＵ一 个信 息 ，其 中的 一种 方案 是 采用 软 关机” 的方 法 ， 过 一个 按键 通 知系 统 关机 ，由 ＣＰＵ 通 完成 断 电工作 并 设定 正常 关机 标 志 。不论 是关 机 标志 还是 掉 电标 志 ， 都 不应 是 一位标 志的 置 位 或清 零 ， 而 应该 是
根 据 电磁兼容 性 设计 ，微 机 化仪 表在 结构 上必 须采 取 足够 的硬件 抗干扰 措施 ，以保证微机 系 统不受 干扰 的影 响 但由 于 微机 系 统一旦 受 干扰 ，后 果将 非 常严 重 ，所 以 ， 在 设 计 实 际系 统时 ， 均考 虑 万 一出现 干 扰 时 ， 微机 系统 自 身 的抵 御措 施 。
寝棒抗司抗的工作主要集中在 Ｃ Ｕ抗干扰技术和输 ＝ Ｐ
ｒ
＾ 输 的抗 千 扰技 术 两个方 面 。前 者 主要是 抵 御 园干扰 造
成 的 程序 “ 飞 ”，后 者 主要是 消 除信 号 中的 干 扰 以提 高 跑
背光驱动控制系统的抗干扰设计与性能优化
背光驱动控制系统的抗干扰设计与性能优化背光驱动控制系统在电子产品的显示过程中扮演着重要的角色，而其抗干扰设计和性能优化则是确保产品在各种环境下正常运行的关键因素。
本文将就背光驱动控制系统的抗干扰设计进行探讨，并介绍一些性能优化的方法。
1. 抗干扰设计在电子产品的使用过程中，由于电磁辐射、电源电压波动、其他系统的电磁噪声等原因，背光驱动控制系统往往会受到干扰。
为了确保背光驱动控制系统的稳定运行，我们需要进行抗干扰设计。
1.1 硬件设计在背光驱动控制系统的硬件设计中，可以采取以下一些措施来提高其抗干扰能力：1.1.1 使用滤波器在电路设计中，可以使用适当的滤波器来降低电源电压波动和其他系统的电磁噪声对背光驱动控制系统的干扰。
常见的滤波器包括电源滤波器、磁珠滤波器等。
1.1.2 地线设计合理的地线设计可以减少电磁辐射对背光驱动控制系统的干扰。
在地线设计中，可以采用星状接地法、分段接地法等方法来降低电磁干扰。
1.1.3 使用屏蔽材料在背光驱动控制系统的设计中，可以使用屏蔽材料对底板进行屏蔽，减少外部电磁辐射对系统的干扰。
1.2 软件设计除了硬件设计外，软件设计也是提高背光驱动控制系统抗干扰能力的关键。
1.2.1 前端滤波在软件设计中，可以通过前端滤波来降低输入信号的噪声干扰。
在背光驱动控制系统中，可以采用数字滤波器对输入信号进行滤波处理。
1.2.2 抗干扰编码在软件设计中，可以采用差错检测和纠错编码等措施来提高背光驱动控制系统抗干扰能力。
例如，可以采用海明码对数据进行编码，增强系统对噪声的容错性。
2. 性能优化除了抗干扰设计外，性能优化也是背光驱动控制系统设计中的重要环节。
以下是一些性能优化的方法。
2.1 功耗优化背光驱动控制系统在使用过程中，功耗是需要考虑的重要指标。
通过对系统的电源管理、信号处理等环节进行优化，可以降低系统的功耗。
2.2 显示效果优化背光驱动控制系统的设计中，显示效果是重要的考量因素之一。