单片机抗干扰技术3接地
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。
单片机控制系统的抗干扰技术
３ 软件 抗干扰技术
与硬件抗干扰相 比， 软件抗干扰显得 比较灵活 ， 固定模 式， 没有 并且
在不断地发展 。各种软 件抗干 扰措施能 够大大 地提 高控制 系统 的可靠
Ｍ Ｘ １Ｌ的Ｔ １６ ｗ＝ ． 秒） Ｍ Ｘ １Ｌ的输出端将由低电平变为高电 ， Ａ ８３ 性。特别是软件滤波技术， 它可以使用多个通道共用一个软件滤波器以 后（ Ａ ８３
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第 ６期
Ｎ ６ Ｏ．
宜宾学院学报
Ｊｕ ａ ｏ ｉｉ ｎｖｒｔ ｏ ｒ ｌ ｆ ｂｎＵ ｉ ｓｙ ｎ Ｙ ｅｉ
６７
单 片机 控 制 系统 的 抗 干 扰 技 术
孙 凯
（ 南京铁道职业技术学院 ， 江苏 南京 ２ ０ １ ） １０５
Ｍ Ｘ １Ｌ的输入端不再 出现脉 冲信 号 ， Ａ ８３ 则定 时器在一 个规定 的时间 Ｔ ｗ
２３１ 采用开关电源并提供足够的功率余量， ．． 主机部分使用单独的 失控的程序正好使某些操作数变形成为修改监视器时间的指令或禁止中
２３２ 防止从电源系统引入干扰， ．． 可采取交流稳压器保证供电的稳
向通道抗干扰电路如图２ 所示。
收稿 日期 ：０ ７—０ ２０ ７—２ ４
２２３ 配置去耦电容 ．．
作 者简介 ： 孙凯（ ９７一）女 ， １７ ， 安徽 宿州人 ， 讲师 ， 工程硕士 ， 从事 自动控制研 究。 主要
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６ ８
宜宾 学 院 学 报
时多个地引脚可以减少地阻抗。 ２２２ 电源线布置 ．．
２ １ 前后向通道干扰的隔离措施 ． 为了防止现场干扰进入前后向通道中， 在硬件设计中采用光电隔离
单片机测控系统的抗干扰技术
目 的是从电路上把干扰源和容易被干扰的部分隔离开来。
常用 的隔离方式包括光 电隔离 、 器隔离 、 变压 继电器 隔离 等 ，
顶板 离层及支护状况 的装置 。该顶 板监 测仪采 用微 电子控
另外在布线上也应该注意隔离。ＹＤ —１７ Ｊ １ ２Ｖ数字化顶板 监测仪中我们运用布线隔离等技术， 将微弱信号处理电路与 易产生噪声污染的电路分开设计， 实践证明运行效果良 好。
４ ４ 软件设计的抗 干扰 措施 ．
制技术 ， 用高精度的位移传感器采集巷道顶板的下沉量 ， 主 要由隔爆兼本安型电源、 信号处理单元、 模拟转换单元、 逻辑 分析单元和显示单元组成均运用了先进的集成处理芯片， 对 稳定性要求较高， 工作原理如图 ｌ Ｊ １ ２Ｖ数字化顶 。Ｙ Ｄ —１７ 板监测仪随着掘进机的掘进安装在刚掘好的顶板上 ， 掘进
微机系统中， 由于Ｒ Ｍ存储器是可以读 的， Ａ 因此在
干扰的侵害下，Ａ 中的数据有可能被窜改。这样会导致 ＲＭ
某些元器件的工作状态和程序状态 的改变 。 收稿 日 ：０５ ２ ８ 作者 期 ２０ —１ —１ 申永明 男 ４ 岁 ｌ 工程师
机性， 采用硬件措施只能抑制某个频率段的干扰 ， 仍有一些 干扰会浸入系统。因此， 不但要求硬件有高性能的抗干扰能
成严 重的后果 主要表现在下列几方面 ：
１１ 数据采集误差大 ．
主要是指电动机启动电流以及晶闸管交流器等设备产
生涌流引起的噪声 。 这些干扰对微机测控 系统的稳定性有严重的影响 ， 是需 要解决的主要问题 。
当干扰侵入微机系统测量单元模拟信号的输入通道时，
它叠加在有用 的信 号上 ， 数据采集 误差加 大 ， 会使 特别 是 当
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。
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。
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。
浅析单片机抗干扰技术
现 ，这里 不 再列 出 。
四 、软 件 的抗 干 扰 设 计 （ ） 数 据 采 集 误 差 的 软 件 对 策 一
算 术 平 均值 法 。对 一 个 点 的数 据 连 续 采样 多次 ， 然后 计算 其平 均 值 ， 以其 平均 值 作 为该 点 的 结 果 ，这 种 方 法 可减 小 系统 的 随机 干扰 对 采 集结 果 的影 响 。 一般 取 ３ ５ 次平均即可。 比 较 取舍 法 。测 量 的结 果 中可 能 会 出 现 偏 差 较 大 的 数据 ，如 测量 数 据 是 有 一 定 变化 规 律 的 ，就 可 以 根 据 变化 规 律 将 个 别 偏 差 大 的 数据 舍 去 。 函数 法 。用 一 个 特 定的 函数 对 采集 的 数 据 进 行 处 理 ，使 测 量 结果 中的 干 扰 值 的 影响作用减小 。 （ ） 控 制 状 态 失 常 的 处 理 方 法 二 软件 冗余 。对 于 条 件 控 制 系统 ，可 以 把 控 制 条 件的 一 次 采 样 和处 理 控 制 输 出改 为 循 环 采样 和 处 理 控 制输 出 。这 种 方 法 对 惯 性 较 大 的控 制 系 统具 有 良好 的 抗 偶然 因 素干扰作 用。 设 置 输 出 状 态寄 存 单 元 。 根 据 单 片机 系统 对 数 据处 理 后 的 输 出 结 果 ，设 置相 应 的 输 出 状 态寄 存 单 元 ，如 果 干 扰 侵 入输 出 通 道 将输 出状 态 破 坏 时 ，系 统 在 定 时查 询 寄 存 单 元 的输 出状 态 信 息 时 ，就 会 发现 错 误 ， 而 及 时纠 正输 出状 态 。 从 设 置 自检 程序 。在 计 算 机 内 的特 定 位 置 或 某些 内存 单 元 中设 置状 态 标 志 ，在 开 机 后 或有 自检 中断 请 求 时 ，系 统 将 首先 运 行 自检测 试 程 序 ，对 整 个 系 统 或 关键 环 节 进 行 模拟 测 试 ，并 将 测 试 结 果 通过 某种 方 式 显示 出来 ，这 样 就 可 以 保 证 系统 中信 息 存 储 、传 输 、 运 算 的 高 可 靠性 。 （ ） 程 序 运 行 失 常 的 软 件 对 策 三 使 用 程 序 监 视 跟 踪 定 时 器 程序监 视跟踪 定时器即 Ｗ ａｔ ｈｄＯ ｃ ｇ在 单 片机 抗 干 扰 设 计 中 使 用非 常 广 泛 ，各大 器 件生 产 商 提 供 了 不 同 的功 能 的 芯 片 ，如
解决单片机EMC问题的8个方法
解决单片机EMC问题的8个方法本文中所提到的对电磁干扰的设计我们主要从硬件和软件方面进行设计处理，下面就是从单片机的PCB设计到软件处理方面来介绍对电磁兼容性的处理。
一、影响EMC的因数1、电压：电源电压越高，意味着电压振幅越大，发射就更多，而低电源电压影响敏感度。
2、频率：高频产生更多的发射，周期性信号产生更多的发射。
在高频单片机系统中，当器件开关时产生电流尖峰信号;在模拟系统中，当负载电流变化时产生电流尖峰信号。
3、接地：在所有EMC题目中，主要题目是不适当的接地引起的。
有三种信号接地方法：单点、多点和混合。
在频率低于1MHz时，可采用单点接地方法，但不适宜高频;在高频应用中，最好采用多点接地。
混合接地是低频用单点接地，而高频用多点接地的方法。
地线布局是关键，高频数字电路和低电平模拟电路的接地电路尽不能混合。
4、PCB设计：适当的印刷电路板（PCB）布线对防止EMI是至关重要的。
5、电源往耦：当器件开关时，在电源线上会产生瞬态电流，必须衰减和滤掉这些瞬态电流。
来自高di/dt源的瞬态电流导致地和线迹发射电压，高di/dt产生大范围的高频电流，激励部件和线缆辐射。
流经导线的电流变化和电感会导致压降，减小电感或电流随时间的变化可使该压降最小。
二、对干扰措施的硬件处理方法1、印刷线路板（PCB）的电磁兼容性设计PCB是单片机系统中电路元件和器件的支撑件，它提供电路元件和器件之间的电气连接。
随着电子技术的飞速发展，PCB的密度越来越高。
PCB设计的好坏对单片机系统的电磁兼容性影响很大，实践证实，即使电路原理图设计正确，印刷电路板设计不当，也会对单片机系统的可靠性产生不利影响。
例如，假如印刷电路板的两条细平行线靠的很近，会形成信号波形的延迟，在传输线的终端形成反射噪声。
因此，在设计印刷电路板的时候，应留意采用正确的方法，遵守PCB设计的一般原则，并应符合抗干扰的设计要求。
要使电。
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电路1 I1
电路2 I2
电路1 I3
在一点接地的基础上，每个电路再通过一个电感、或电容进行 单点接地
可编辑ppt
9
4 数字地与模拟地的连接技术
数字地、模拟地必须分别接地。
即使是同一个芯片——例如AD、DA芯片上的数字地、模拟地
也应该分别接地。
A/D芯片
单片机
～
+
-
+V
AGND
～
AGND GND
GND
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13
在PCB设计中，有时在PCB的地线层分割出模拟地和数字地两 部分，这是设计PCB板时，要注意信号线不要跨过分割电源或 分割地线之间的间隙。
GND
GND
磁珠
总电源进线
AGND
AGND
还可以不进行地线分割，整个地线层是一个整体。 这时注意模拟元件与数字元件的排列，数字地与模拟地接不同 的区域。
2
（2） 数字地 又叫逻辑地。 数字电路的零电位，它是逻辑电平的基准电位。
数字地噪音太大，可能造成逻辑错误。
数字逻辑门电路会在地线上产生比较大的噪音。
数字地应该与模拟地分开。
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3
（3） 交流地 交流电网的电源地线。 它是有较大噪音的，是噪音地。
（4）直流地 直流电源的地。 一般来说 用于模拟电路的直流电源的地——模拟地 用于数字逻辑电路的直流电源——逻辑地（数字地） 还有用于功率驱动电路的直流电源的地——这里主要是指该直 流电源的地。
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14
10.5 电源 前面已经讨论过电源。 各种电源抗干扰方法。 1. 电网干扰的滤除 （1）瞬态抑制二极管——TVS 与稳压二极管符号，在电路中的连接方法相同。 平时处于高祖状态； 在承受反向电压高于额定值——在10-12SEC内变为低阻，吸收 干扰能量，使电压维持在特定值。 （2）回避法——专线供电，避免供电网络的强干扰
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4
（5）安全地 目的是使设备机壳与大地等电位，以避免设备机壳带电影响人 体安全和设备安全。 安全地又叫做保护地或机壳地、屏蔽地。 这里的机壳包括 设备外壳、机架、 屏蔽壳（罩）等。
（6）系统地 以上几种地的最终回流点，直接与大地相连。
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5
10.4.2 常用的接地方法 1. 一点接地 2. 特点：所有电路的地线接到公共地线的同一点。 3. （1）串联一点接地
10.4 接地技术
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1
10.4.1 计算机控制系统中的地线
一般会有如下几种 （1）模拟地。
模拟信号的零电位（基准）。
放大器、采样保持器、AD变换器的模拟输入信号端、DA转换 器的模拟输出信号端。
对于信号检测，信号小，模拟地线上的噪音直接影响测量精度， 甚至可能造成测量数据不可靠。
可编辑ppt
I C1
V1
78 05
1
Vin
C1
10 0U F
C2
GN
D
2
U/16 V
0.1
I C2
V2
78 05
1
Vin
C5
10 0U F
C6
GN
D
2
VCC
+5 V
3
C7
C8
10 U/16 V
0.1
可编辑ppt
12
增加磁珠，可防止两边的噪声相互干扰。
AGND
GND
磁珠相当于一个带阻滤波器，对某个频带的噪音具有很强的抑 制作用，对直流几乎没有阻碍作用，相当于直流是连接在一起 的——电位基准在一起，但可以隔离两边的噪音。
电路1
电路2
电路1
R1
I1
I2
I3
R1
R2
R3
特点：所有电路将接地信号直接接待公共地线上。 优点：接地简单 缺点：接地线有接地电阻，电路间会产生相互干扰。
可编辑ppt
6
（2） 并联一点接地
特点：每个电路用一根专用接地导线，将地线引到一个总的接 地点——系统地。
电路1
电路2
电路1
R1 I1 R2
I2 R3
17
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15
2. 直流稳压电源 使用隔离变压器，削弱电网干扰引起直流电源的干扰 使用低通滤波器 使用交流稳压电源
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16
10.5.2 电源的异常保护 1. 带电保护——UPS 2. 备用供电系统
3. 10.5.3 断电保护 4. 电源监控 5. UPS电源 6. 数据的保护与恢复
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I3
优点：电路互不影响 缺点：接地复杂。
可编辑ppt
7
2. 多点接地 系统内各部分电路就近接地。 例如： 一个设备内的电路以机壳为参考点 不同设备有以地为参考点。 多层PCB设计时，每个IC的地通过过孔与PCB的地线层连接， 就属于多点接地。
可编辑ppt
8
3. 混合接地 单点接地与多点接地的混合。
D/A芯片
GND AGND
可编辑ppt
10
但许多情况，数字地与模拟地又必须连接，这时应该如何处理？
仅在一点处将他们连接——在各自的电源的地线。
A/D芯片
单片机
～
+
-
+V
AGND
AGND GND
GND
～
在AD或DA芯片的下方
D/A芯片
GND AGND
或电源的总进线处一点连接
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11
在电源的 该位置连 接