软件抗干扰技术
单片机应用系统软件抗干扰技术

目
A I 蒸 汽 流 量 I一 A 比一 给 水 流 量 P 一 汽 包水 位 v
图 3 锅 炉 汽 包 水位 三冲 量 控 制模 块 图 连接 圈
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转。 一个好的程序结构 , 不但能增加程序的可读性, 便
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文 章 缩 号 :0 19 4 (0 20 .0 70 10 -9 4 2 0 )10 6 .3
单片机应 用 系统软件抗 干扰技术
赵 晓 莉
( 北 区职3 大学 , 河 - - 天津 30 5 ) 0 10
摘要 :阐述 了工业现场环境 中干扰 的特点 ,井详细介绍 了单 片机 应用系统软件抗干扰技
业现场中各类电器设备相配合。由于工业现场各种 动力设备不断地起停运行 , 使得现场环境恶劣, 存在 许多干扰源 : 系统本身噪声干扰 、 电磁干扰 、 过压干 扰及环境 干扰 。大量 的干 扰源虽不 能 造成硬 件系统 的损坏 , 但常使整个系统不能正常运行 , 致使控制失 灵, 甚至造成重大事故 。因此, 整个系统 的结构和每
2 干扰途 径
不论是外部或是系统本身 的耦合干扰 ,都可导致 应用系统软件 的周期性 、 相关 性、 实时 性受到破坏 , 程 序无法正常运行 , 导致系统失控 , 主要表现为 : () 1设计的应用系统在现场使用 中程序计数器 P c 值发生变化 , 干扰后数 据是 随机 的 , P 在 C值 的错误引 导下 , 程序执行一 系列毫无意义的指令 , 产生预料 以外 的误动作 , 甚至步入死循环 , 使系统失控 。 () 2改变数据 、 标志位 、 输入/ 出口。干扰侵入系 输 统 的前 向通道 ,叠加在信号上 ,导致数据采集误 差加 大,特别是当前 向通道的传感器接 口是小 电压信号输 入 时, 此现象更为严重 。 输入/ 出接 口状态受到干扰 , 输 造 成系统 资源被某 个任 务模块独 占 ,使 系统发生死 锁 当 R M数据 区受到干扰发生变化时 , 的造成数 A 有 据误差 , 的使控制 失灵 , 的改变 程序状 态 , 有 有 有的改 变某些部件工作状态。
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 ,
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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
单片机软件抗干扰技术

() 3 中值法 。根据干扰造成采样数据偏大或偏小 的情况 , 对一个采样点连续采集多次 , 并对这些采样值进行 比较 , 取中
值作为该点的采样结果 。
() 4 一阶递推数字滤波法 。这种方法是 利用 软件完成 R C 低 通滤波器的算法 , 实现用软 件方法替代硬件 R C滤波器。一 阶递推数字滤波公式为 :
Eq i me M a f crngTe h l g u p nt nu a ti c noo y No. 1, 0 1 2 08
单 片机 软 件抗 干扰 技术
汤 海燕
( 天津 机电职业技术学院 天津 3 0 3 ) 0 1 1
摘要 : 在安装 于设备上起控 制作用的单片微 型计 算机 中 , 由于设备 的频繁启动和停止 , 电网电压的波动 , 大型设备运行 时产 生磁场 等 诸 多方面的干扰 , 致使单片机的工作 受到影响。 基于这一情况, 采取相应的抗干扰措施是 完全 必要的。 文运用软件抗干扰技术 , 本 解决
序处于无序状态 。 处于这种状态下的时间越短 , 系统 的影响 对 就越小 。 解决这一 问题 的方法 , 就是有意识地在程序 中插入一 些空操作指令 N P 由于这些指令为单字节指令 , 中心处理 O 。 对 机的工作状态元任何影响 ,这样就使失控的程序在 遇到该指
】 =Q ( ) 1 , x +1 Y 一 n ~Q
式中 :
果 。由于干扰 的侵入 , 输入 / 输出接 口状态受干扰 , 造成条件 状 态偏差 、 失误 , 致使控制 失常 , 至造成 系统资源 被某 一任 甚
务模块独 占, 使系统 出现 “ 死锁” 。 () 3 数据受干扰发生变化 。由于 R M是 可以读 / 的 , A 写 因 此, 就有可能在 干扰 的侵 害下 , A R M中数据发生窜改 , 使系统
软件抗干扰技术在税控收款机中的应用

( ) 干扰 软件 不 会 因 干扰 而损坏 , 2抗 系统 的程
龟耍 堕基。
E E RON C TE L CT I ST
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序及 重要 常数 不 会 因 干扰 侵 人 而 变 化 。对 于税 控
机 系统 , 由于程序 ( 括抗 干扰软件 ) 表格 、 数均 包 、 常 固化 在 R M 中 , 一前题 条件 自然 满足 。 O 这
b t o waea dh rwaed s n,tefclp itpa e xr mp ai n te sf ae meh d oh sf r n ad r ei t g h o a on lc se tae h s o h ot r to . s w
Ke wo d :EMC;F R;s f a e a t— tre e c ; a h : lr n e tc nq e d l ye e t — i u t d — y r s’ C ot r n i n e r n e f u - e a c h i u ; ea lcr cr i; e w i f t o e o c
2 国家 电 子 计 算 机 质 量 监督 检 验 中 心
44 0 ; 51 0 3
10 8 ) 00 3
摘
要 : 文 论 述 了软 件 抗 干 扰 的 特 点 、 提 、 质 与 技 术 方 法 , 点 对 税 控 机 的 容错 技 术 、 控 机 脱 离 死 态 的 本 前 实 重 税
2C i N t nl o p t Po ut q ai ue in et et , ei 00 3 C i ) hn ai a C m u r rdc utySp rs Ts Cn r B in a o e s t vi g e j g1 08 , hn a
电磁抗干扰来源及电路与软件抗干扰(EMC)措施

电磁抗干扰来源及电路与软件抗干扰(EMC)措施概述可靠性是用电设备的基木要求之一,也是所有控制单元最基木的要求。
它包括两方面的含义:故障时不拒动和正常时不误动。
之所以会存在这两个方面的隐患是因为电磁干扰的存在。
因此为了保障控制单元可靠的工作,除了采用合适的保护原理外,本章主要考虑抗干扰设计。
电磁干扰的传播方式主要有两种:(1)辐射:电磁干扰的能量通过空间的磁场、电场或者电磁波的形式使干扰源与受干扰体之间产生藕合。
(2)传导:电磁干扰的能量可以通过电源线和信号电缆以电压或电流的方式进行传播。
电磁干扰的频率包括(1)低频干扰(DC10~20Hz);(2)高频干扰(几百兆赫,辐射干扰和达几千兆赫):(3)瞬变干扰(持续周期从几毫秒到几纳秒)。
造成电力系统中形成电磁干扰的原因有诸多方面,我们知道,同一电力系统中的各种电力设备通过电和磁紧密的联系起来,相互影响,由于运行方式的改变、故障、开关设备的操作等引起的电磁振荡会对智能控制单元产生影响:另外,软起动工作在环境恶劣的煤矿井下,空气非常潮湿,到处充满着煤尘,电磁干扰尤为严重。
控制单元在工作时不仅要受到从电网上传来的“噪声”干扰,其木身也是一个很强的干扰源,比如负载上电流的频繁变化和通过导线空间进入单片机系统内部,造成程序跑飞,使系统工作不正常,甚至损坏系统。
所以对控制单元各个部分的抗干扰性能提出了较高的要求,尤其是单片机系统的抗干扰问题。
因此,在整个单片机应用系统的研发过程中,始终将抗干扰性能作为系统设计时首先考虑的问题之一。
电磁干扰的来源所谓干扰,简单来说就是指电磁干扰(Electro-Magnetic Interference 简称EMI),它在一定条件下干扰电子设备、通信电路的正常工作。
电源干扰电源干扰是单片机应用系统的主要干扰源,据统计,实时系统的干扰约70%来自电源,电源的干扰具有频带宽难以定量化、干扰原因复杂、干扰方式多变等特点。
干扰信号会沿着电源线进入单元内部,通过辐射或传导藕合的方式干扰其它信号或元件的正常工作。
MCU系统软件抗干扰技术

1数 字滤 波 技 术 .
使 用 的 E R M 空 间填 O O O O o H。 后 一 条 应 填 入 o o 0 H, 乱 PO OO20O 最 2oo 当 随 机 误 差 是 有 随 机 干扰 引 起 的 , 特 点 是 在 相 同 条 件 下 测 量 同一 飞 程 序 落 到 此 区 , 可 自动 入 轨 。 在 用 户 程 序 区 各 模 块 之 间 的空 余 单 其 即 个 量 时 , 大 小 和 符 号 做 无 规 则 变 化 而 无 法 预 测 , 多 次 测 量 结 果 符 元 也 可 填 入 陷 阱 指 令 。 当 使 用 的 中 断 因 干 扰 而 开 放 时 , 对 应 的 中 断 其 但 在 合 统 计 规 律 。 克 服 随 机 干 搅 引 入 的 误 差 , 件上 可 采用 滤 波技 术 , 为 硬 软 服 务 程 序 中 设 置 软 件 陷 阱 , 能及 时 捕 获 错 误 的 中断 。如 某 应 用 系统 虽 件 上 可 以采 用 软 件算 法 实 现数 字滤 波 . 其算 法 往 往 是 系 统 测 控 算 法 的 未 用 到 外 部 中 断 1 外 部 中 断 1的 中 断 服务 程 序 可 为如 下 形 式 : ,
3 拦截 技术 .
所 谓 拦 截 , 指 将 乱 飞 的 程 序 引 向 指 定 位 置 , 进 行 出错 处 理 。 是 再 通 作 。 U系 统 的 抗 干 扰 技术 分 为硬 件 抗 干 扰 和 软 件 抗 干 扰 。 件抗 干 常 用 软 件 陷 阱 来 拦 截 乱 飞 的 程 序 。因 此 先 要 合 理 设 计 陷 阱 , 次 要 将 MC 硬 其 扰技 术 能 有 效 的抑 制 干 扰 源 , 断 干 扰 的 传 输 信 道 , 阻 常用 的措 施 有 : 滤 陷 阱 安 排 在 适 当的 位 置 。 】
单片机应用系统的软件抗干扰技术

0 前言
随着单片机应用的普及 , 采用单片机控制的产 品与设备 日 益增多, 而某些设备所在的工作环境往 往比较恶劣, 干扰十分严重。Ill因此, 为保证设备能 在实际应用中可靠工作, 必须要周密考虑和解决干 扰的问题。软件抗干扰是一种简便易行、 节约经济 的抗干扰方法[20 1
产生。在程序结构上 , 可将输出过程安排在监控循
1 数字量输入输 出中的软件抗干
扰
1.1 数字量输入中的软件杭干扰 在单片机应用系统中, 数字量输人过程中的干 扰作用时间比较短 , 一般可采取重复采样加数字滤 波的方法来解决这一问题。[]如果数字信号属于开 3 关量信号, 如限位开关、 按钮操作等, 则必须保证每 次采样结果绝对一致才行。 这时可编写一个采样子
单片机应用系统的软件抗干扰技术
UMP,JC 等, 在其前面插人两条 NOP 指令, 这样
很少用完全部空间, 对于这些非程序空间, 每隔一 段地址设置一个软件陷阱,系统就一定能捕捉到 即使失控程序“ 跑飞” 到操作数上, 由于空操作指令 跑飞” 的程序而自动人轨。 NOP 的存在, 也可避免后面的指令被当作操作数 “ 执行, 程序会 自 动纳人正轨。 2.2.3 表格区 表格一般分为数据表格和散转表格两种, 由于 采用指令冗余使“ 跑飞” 的程序恢复正常是有 表格的内容与检索值的一一对应关系, 在表格中安 条件的, 首先“ 跑飞” 的程序必须落在程序区, 其次 必须能够执行到所设置的指令冗余。 在一个程序中 排软件陷阱会破坏其连续性和对应关系, 因此只能 指令冗余不能使用过多, 否则会降低程序的执行效 在表格的最后安排陷阱。如果表格区较长, 安排在 最后的陷阱不能保证一定能捕捉到“ 跑飞” 的程序, 率。 有可能在中途程序再次“ 跑飞” 。 2.2 软件陷阱 2.2.4 程序运行区 如果“ 跑飞” 的程序落到非程序区(如 EPROM 程序区是由一系列的指令所构成的, 不能在这 中未用的空间或某些数据表格等) ,则指令冗余技 术就不能使“ 跑飞” 的程序恢复正常了, 这时可以采 些指令中间任意安排陷阱, 否则会影响程序的正常 用软件陷阱的抗干扰技术。 软件陷阱是一条引导指 运行。但一般程序常采用模块化设计, 然后按要求 一个模块地执行 , 可以将陷阱指令组分 令,可以将捕获的程序强行引向一个指定的地址, 一个模块 、 该地址安排了一段专门的出错处理程序。 假设出错 散放置在用户程序各模块之间空余的单元里。 正常 运行时不执行这些陷阱指令 , 而程序一旦“ 跑飞” 落 处理程序的人口地址为 ERR ,则下面三条指令即 人这些陷阱区, 由于陷阱指令组的存在 , 可以马上 构成一个“ 软件陷阱” 。 N OP 将“ 跑飞” 程序 自动人轨。
以单片机为核心的工控计算机软件抗干扰技术分析

以 单 片 机 为核 心 的 工 控 计 算 机 软 件 抗 干 扰 技 术 分 析
景军梅 ’ 2 ( 1 . 同济大学软件学 院 上 海 2 0 0 0 9 2 ;2 . 宁夏师 范学院 宁夏 固原 7 5 6 0 0 0 ) 摘 要 :分析 以单 片机为核 心的工控 计算机软 件抗 电磁 干扰 途径和软件 执行 的结构特 点 ,介 绍软件编 制 中常 采取 的 自 监 视法 、互监视 法的 软件抗 干扰措 施 ,有效保 证工控 系统抗干扰 能力 。
1工控 计算机 软的结构 特点及 干扰途 径
在 不 同 的 工 控 系 统 中 ,软 件 虽然 完 成 的 功 能 不 同 ,但 就 其 结构 来说 ,一般 具有如下特 点:①实时响应 :及 时处理控 制系 统 中的随机发 生事件 。②周期运 行:软件在初始 化完成后 ,随 之 进 入 主 程 序 循 环 运 行 。③ 中 断 响应 优 先 级 判 断 : 优 先 响 应 高 优 先 级 中 断 请 求 。④ 中 断 嵌 套 : 低 优 先 级 中 断执 行 过 程 中 ,可 以优 先 执 行 更 高 级 的 中 断 请 求 。⑤ 模 块 化 关 联 : 软 件 由多 个 任 务 模 块 组 成 ,各 模 块 相 互 关 联 ,相 互 依 存 。⑥ 可 操 控 性 :允 许 操 作 人 员 干 预 系 统 的 运 行 ,调 整 工 作 参 数 。 在 工 业 现 场 环 境 的 干 扰 下 ,工 控 软 件 可 能 受 到 破 坏 , 导致 工 业 控 制 系 统 失 控 ,其 表 现 是 :① 干 扰 叠 加 在 模 拟 量 信 号 上 , 导 致 模 拟 量 数 据 采 集 误 差 加 大 或 超 出 量 程 。 ② 由 于干 扰 导 致 主 频 晶 振 频 率 的 偏 离 和 不 稳 定 ,从 而 致 使 定 时器 / 计 数 器 的 中断 频 率 变 化 , 引起 记 数 错 误 、 时 钟 异 常 。③ 通 讯 时 序 的异 常 或 干 扰 信 号 的叠 加 ,都会 引起 通讯不 正常 。④程序计数 器P c 值 改变 : 被 干 扰 后 的P C 值 是 随机 的 , 因 此 引 起 程 序 执 行 混 乱 ;输 入 / 输出 接 口状 态 受 到 干 扰 ,造 成 控 制 状 态 混 乱 , 系 统 发 生 “ 死锁 ”; R A M 数 据 区受 到干 扰 , 导致 R A M 区数据改变或丢失。