单片机控制系统的抗干扰设计
单片机测控系统中的抗干扰设计
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ｓ ｓｅ ａｃｒ ｉｇ ｔ ｈ ｏ ｉ ｅｉｂｌ ｙ ａ ｄ ｎｉｉｔｒｅｅ ｃ ｆｃｏｓ ａ ｄ ｏ ｈ ｒ ｅ ｔｒｓ ｏ ｈ ｍｉ ｏ ｐｏ ｅｓｒ ｙｔｍ ｃｏ ｄｎ ｏ ｔ ｅ ｒｎ ｔ ｍｅ ｒｌ ｉｔ ｎ ａ ｔ ｎ ｅｆｒｎ ｅ ａ ｔｒ ｎ ｔ ｅ ｆａｕｅ ｆ ｔ ｅ ａ ｉ ｃ ｒｃｓｏ ｒ
切入 点 ，描述 了单 片机 测控 系统 干 扰 的 引入 原 因，然 后 从 软 件 抗 干 扰 设 计 与硬 件 抗 干扰 设 计 的
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
MCS51单片机应用系统可靠性及抗干扰设计
（2）死机0316baowencailiao/ 3．系统对被控对象的误操作 4．被控对象状态不稳定
9.2 单片机系统中硬件抗干扰设计
9.2.1 干扰的耦合方式 1．直接耦合 nizifn mynzf mynzf mynzgf 0838mlj zhongtezc topbrightness/
9.3.3 系统复位特征
1．上电标志的设定方法 ① SP建立上电标志。 ② PSW.5建立上电标志。 ③ 内RAM建立上电标志。 2．软件复位与中断激活标志 3．程序失控后恢复运行的方法 4．睡眠抗干扰
9.4 “看门狗”技术和掉电保护
9.4.1 “看门狗”技术
1．软件“看门狗”技术 nizifn mynzf mynzf mynzg mynzg mynzg mljsgf mljnzf
0838mlj zhongtezc topbrightness/
2．硬件“看门狗”技术 hd8go hd88go sj93 oemgc/
189288 hzp580 yjoem
oemdg/ xcdnpx/ skfjk oemdg
3．上电复位与“看门狗”信号复位的不同处 zhongtezc yanjigz/ zg-nsk skf-zt nsk-zt/ fag-zt/ ntn-zt 189286/ xcdnpx/ dgxcdn dgxcpx xcwxpx
理过程
xunchi-px/ oemfy 0759mz lczx188 189287/ tiefen tjjkyq
0316baowencailiao/
9.4.2 掉电保护电路
1．简单的COMS RAM 掉电保护电路 2．可靠的COMS RAM掉电保护电路 nizifn mynzf mynzf mynzg
单片机系统抗干扰浅析
生产一线单片机系统抗干扰浅析文⊙罗小红（衡东县职业中专学校）摘要:在实验室研制并通过调试的单片机系统，将其置入现场后，往往出现这样或那样的问题，系统变得不稳定，影响其正常工作。
产生这种情况的原因主要是由于所在环境中各种干扰造成的，以致单片机系统的可靠性由多种因素决定的，而系统抗干扰性能就成为系统可靠性的重要指标。
因此，单片机应用系统中抗干扰问题也就成为设计应用中重要的课题。
关键词:单片机系统；干扰来源；抗干扰技术单片机由于其优异的性能价格比，在过程控制、运动控制、智能仪表、医疗器械等各个领域的应用越来越深入和广泛，有效地提高了生产效率和经济效益。
然而，单片机系统工作时，可能出现这样或那样的问题，使系统变得不稳定，影响正常工作。
产生这种情况的原因主要是由于所在环境中各种干扰造成的，以致单片机系统的可靠性由多种因素决定，而系统抗干扰性能就成为系统可靠性的重要指标。
因此，单片机应用系统中抗干扰问题也就成为设计应用中重要的课题。
一、单片机干扰来源及后果干扰用数学语言描述为d u/dt ,d i /dt ，雷电、继电器、可控硅、电机、高频时钟等都可能成为干扰源。
典型的干扰传播路径是通过导线的传导和空间的辐射。
敏感器件有A/D 、D/A 变换器，单片机，数字I C ，弱信号放大器等。
（一）干扰的分类按产生的原因分有放电噪声、高频振荡噪声、浪涌噪声。
按传导方式可分为共模噪声和串模噪声。
按波形可分为持续正弦波、脉冲电压、脉冲序列等。
（二）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。
耦合方式是通过导线、空间、公共线等，主要有：1、直接耦合。
这是最直接、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。
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。
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
单片机测控系统抗干扰能力分析
单片机测控系统的抗干扰能力分析摘要：由于工作环境的多样性，单片机测控系统在工作过程中所受干扰比较大。
为了减少这种影响，提出了抗干扰技术，它是一项系统性的工程，该系统开发的整个过程与环节都要进行抗干扰能力的设计。
本文分析了干扰的来源与形成以及其对单片机测控系统产生的不良影响，从硬件、软件两方面来讨论单片机的抗干扰能力，尽可能的提高整个单片机测控系统的稳定性与可靠性。
关键词：单片机；测控系统；抗干扰能力中图分类号：tp274 文献标识码：a文章编号：1007-9599 (2013) 05-0000-02随着单片微型计算机的应用越来越广泛，主要用于智能化仪表中，尤其是测量控制系统的微型计算机，它是一种新型的微电子设备，具有完善的智能化特性，因而在工业系统中高达90%采用的是单片机测控系统。
由于工业环境中到处都是强弱电设备，不仅有数字电路还有不同模拟电路形成一个强电与弱电数字与模拟共存的局面，同时工作环境电磁干扰强、环境恶劣，其工作性与可靠性都会收到极大的影响。
因此，有必要对单片机测控系统的抗干扰能力进行研究，提高其在电磁环境中的适应能力以及稳定性。
1干扰的来源及形成1.1干扰的来源。
（1）较恶劣的供电环境。
属于重工型企业的铝厂，设备多数是大功率、大感性负载，启动或停止它们都会造成电网电压的大幅度变化，出现欠压、过压的现象，甚至有时候是额定电压的10%，出现这种情况可能持续几分钟或更久。
另外，大功率开关的通断也会造成电网产生尖脉冲，当尖脉冲跟电网的正弦波两者相叠加的时候，其通过交流电源进入到计算机内，对计算机造成了极大的危害，通常情况下，使得计算机发生“飞程序”，出现鼠标乱跳、打印机误动作等故障，使得计算机系统半瘫痪。
（2）严重的噪声环境。
为了实现数据采集或实时控制，模拟量、开关量的输入/输出信号线和控制线长达十几米至几百米，从而对计算机系统的干扰无从避免。
在高压系统调试后，发现在足够大的干扰下，极大的影响了线路分布电容的参数，同时，它对微型计算机引入了够强的干扰，轻微情况只是程序发生错误，影响其正常工作，严重情况下可能导致程序被冲或微机芯片直接被损坏掉【1】。
浅析单片机应用系统的抗干扰设计
高 新 技 术
浅 析 单 片机 应 用 系 统 的抗 干 扰设 计 ①
杨 丽 英 （ 南通航运 职业技 术学 院 江苏南通 ２ ２ ６ ０ １ ０ ） 摘 要： 随着科 学技 术的迅 速 发展 ， 单 片机 的应 用越来越 广泛 。 在众 多的 应 用系统 中共 同面临 的一个 问题 ， 就是 它在整个 系统 的安 全 性 以及 可靠性 ， 单 片机 系统的特 点是 实时性和 外部环 境干扰 因素 多， 本文 就几个 常见的 抗干扰 措施进行 分 析研 究， 从硬 件抗干 扰重 点 介 绍 了在 整个 可靠性 ， 针对 单 片机 应 用系统 实时性 强， 干扰 因素较 多的特 点 ， 本文介 绍 了几种实 用的抗干扰 措施 ， 在 供 电系统的设 计 ． 电路 板 的 布 局 应 用 以及 抑 制 输 入 的 干 扰 等 硬 件 抗 干 扰 方 面 以及 软 冗余 技 术 ， 软 件 陷阱 技 术 ， “ 看 门狗” 技 术 等 软 件 方 面 进 行 了实 用 分 析
之相连 的测控对象分布 在控制区域 ， 干 扰 源将直接、 间接 的 干 扰 单 片机 系统 的 工作 ， 分， 地 线 分 别 和 电 源 端 的 地 线相 连 不 要 混 操 作 码 执 行 ， 引起程序紊乱 。 因此 ， 软 件 冗 合实 用 。 （ ３ ） 不 要 环路 布 线 ， 特 别是 沿 印 制 电
力， 使 单 片机 稳 定 可 靠 的 工 作 。 以 下 就是 从
宽 度提 高抗 干 扰 能 力 。 （ ４ ） 去 耦 电容 应 该 布 而 保 证 程 序 紊乱 后 其 后 面 的 指 令 不 会 丢 失
局到 每 个Ｉ Ｃ。
硬 件和软件两个方面阐述抗干扰设计 。
PIC单片机抗干扰设计
PIC单片机抗干扰设计摘要:单片机已经普遍应用到各个领域,对其可靠性也提出了更高的要求。
影响单片机可靠性的因素很多,但是抗干扰性能是最重要的一个因素之一。
本文对PIC单片机抗干扰设计主要从硬件干扰抑制技术和软件干扰抑制技术两个大方面来进行分析。
关键词:PIC单片机抗干扰硬件软件1 硬件干扰抑制技术1.1 采用合理的隔离技术采用合理的隔离技术对单片机抗干扰起着非常重要的作用。
隔离不仅能够将外来干扰信号的通道阻断,而且还可以通过控制系统与现场隔离实现抗干扰目的,使得彼此之间的串扰最大限度地降低。
常用的隔离技术主要包括变压器隔离方式、布线隔离方式、光电隔离方式和继电器隔离方式等。
1.2 合理选择系统时钟PIC单片机系统时钟频率为0～20MHz,时基震荡方式主要有四种,每一种时基震荡方式由不同的时基频率相对应:外接电阻电容元件的阻容振荡方式RC,频率为0.03MHz～5MHz;低频晶体振荡器/陶瓷谐振器振荡方式LP,频率为32.768kHz或200kHz;标准晶体振荡器/陶瓷谐振器振荡方式XT,频率为0.2MHz～4MHz;高频晶体振荡器/陶瓷谐振器振荡方式HS,频率为4MHz～20MHz。
外接方式主要有三种:外接晶体振荡器/陶瓷谐振器、外接时钟电路、外接RC。
用户在选择基振荡方式和外接方式时可根据PIC单片机应用系统的性能、应用场合、价格等因素来进行。
外接时钟属于高频噪声源,从可靠性方面来讲,不仅会干扰本应用系统,而且还能够干扰外界。
频率越高越容易成为噪声源,因此应采用低频率的系统时钟,但是必须把与系统性能要求相符作为前提条件。
1.3 合理设计电路板在电路板设计时,不要只是采用单一的PCB板进行,而应尽可能多的采用多层PCB板来进行,其中一层用作接地,而另外一层用作电源布线,这样就使得退耦电路形成,同时,这样的电路其屏蔽效果也比较好。
如果对空间没有任何的硬性规定,同时要成本因素进行考虑,此时在设计电路板时就可以采用单层或者双层的PCB板进行布线,这样需要从电源单独引电源线进行布线,并将其逐个分配到每个功能电路中,另外,还要将所有的地线汇集到靠近电源地的一个点上。
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单片机控制系统的抗干扰设计
摘要：单片机相关控制的灵敏度和系统所受的干扰具有一定的正相关关系，对
单片机的控制系统而言，具有较高的灵敏度才能确保系统运行正常，但灵敏度越高，系统受到的干扰就越强，设计单片机控制系统时需要重视其抗干扰能力，确
保系统能够稳定运行。
关键词：单片机；控制系统；抗干扰设计
引言
单片机控制系统是集通信技术、计算机技术以及自动化控制技术于一体的工
业通用自动控制系统，其不但操作便捷、扩展性能好，而且还具有较强的控制功能，目前已在我国电力、化工、交通以及冶金等行业得到广泛的应用。
但由于工
业作业环境较为恶劣，使得单片机容易被电源波形畸变、电磁设备启停等影响而
受到干扰，使得信号接收能力大大下降，进而对测量的质量与效率造成了影响，
严重的还会对单片机的软件、硬件造成损坏，使其难以正常运作。
所以，加强单
片机控制系统的抗干扰设计，正确掌握其干扰源，并采取针对性的改进措施来提
高其抗干扰能力，对单片机控制系统功能的正常发挥有着重要的作用。
1系统干扰源及干扰因素
1.1现场干扰源
电磁干扰一般分为两类，即传导和辐射。
传导类型的干扰主要是通过金属、
电感、电容以及变压器传播的；而辐射类型干扰的传播途径很多，比如设备外壳
和外壳上的缝隙，设备间的连接电缆，甚至是一根导线也可以成为辐射类型干扰
的传统途径。
这两种干扰往往是相辅相成的，并且在干扰吸收上可以相互转化。
在测控系统中，电磁干扰主要通过“场”进入，即电磁干扰源的能量通过电磁场传
递给测控系统。
电场主要是电容性耦合干扰，在导线和电路分布的电容中，干扰
信号进入测控系统。
而磁场干扰是互感性耦合干扰，借助导线和电路的互感耦合，干扰信号进入测控系统。
1.2单片机控制系统自身干扰源
单片机控制系统自身干扰源主要包括了散粒噪声、热噪声、常模噪声、共模
噪声以及接触噪声等几方面内容。
散粒噪声是由于晶体管基区内的载流子发生随
即扩散，与电子空穴发生复合反应而形成的，其主要存在于半导体原件内部；热
噪声是指在没有连接电源的情况下，仍然有微弱电压存在于电阻两端，电阻两端
出现电子热运动而形成的噪音电压；常模噪声即线间感应噪声或对称噪声，往往
难以将其完全消除；共模噪声恰好与常模噪声相反，其指的是地感应噪声、不对
称噪声或是纵向噪声，该类噪声可以进行消除，但也可由共模噪声转变为常模噪声；接触噪声通常是由于两种材料进行不完全接触，使得电导率出现变化而产生的，常出现在导体连接部位。
2单片机硬件抗干扰设计
2.1电源电路的设计
在单片机控制系统中，将模拟电路电源和逻辑电路电源分离，不仅有利于去
除电源耦合逻辑电路产生的干扰，还可以抑制通过电源耦合对ECU干扰。
那么单
片机控制系统电源电路设计过程中，可以采用7812和7805三端稳压集成芯片，
对电源进行负压差保护，避免因其中一个稳压电源故障导致整个电路崩溃。
为改
善电源波形，可以采用低通滤波器，从而减少以高次谐波为主的干扰源，从而确
保输出端的电压受到保护，并在电容的作用下，使输出的电压被限制在一定范围内。
当滤波器工作在低电压且载有大电流时，宜采用小电感和大电容构成的滤波
网络：当工作在高压下，则宜采用小电容和允许的最大电感构成的滤波网络。
它结构简单，对固定频率的干扰滤波效果好。
调试步骤为：先将电容C固定，然后模拟现场运行环境调节电阻，当输人50Hz信号时，使输出V0=0。
在实际控制系统中，往往需要提供多种电源，此时应采用分散独立的功能块
供电，且用相应的三端集成稳压块分别组成所需的稳压电源。
这样可以减少公共
阻抗和公共电源的相互偶合，有利于电源散热，大大提高供电的可靠性。
2.2优化布线结构
若单片机控制系统布线布局和结构科学合理，也利于在整体上增强抗干扰水平。
因此在布线时应注意将强电和弱电分离开来，尤其是针对交流电，尽量采用
分槽走线，对直流线和交流线进行分开捆扎，以期增大空间距离，降低干扰影响；同时注意分离信号地与模拟地，使其保持单点接地，尽量将屏蔽线用于大面积铜
覆盖的电路板以及信号连接线路；并尽量加粗地线，以此提高对干扰因素的抵御
能力。
2.3选用时钟频率低的单片机
通常情况下，外时钟属于高频噪声源，不仅会对外界产生干扰，同时能干扰
系统本身的硬件电路。
为有效地避免噪声干扰，尽可能选用低频率的单片机，有
利于提高单片机控制系统的抗干扰性。
不同公司，其单片机的外时钟往往不同,比
如ATMAL公司单片机外时钟为6MH z，而MOTOROLA公司单片机的外时钟为4 MHz。
2.4屏蔽技术和去耦电路
为避免或者消除电子设备向外辐射干扰电磁波，从而减少电子设备的干扰，
可以采用合适的屏蔽技术手段，比如噪声源较大的开关电源，采用双重屏蔽，实
现对整个开关电源的屏蔽保护。
在数字信号电平转换过程中，所产生的电流往往
冲击性较大，并且传输线和供应电源内阻会产生较大的压降，对整个电路造成严
重的干扰。
为防止和抑制干扰，将去耦电容应用于电源电路和数字信号处理电路中，从而形成去耦电路，降低对集成电路的干扰。
2.5外围扩展存储器的抗干扰设计
应尽可能控制数据线、地址线以及控制线的长度，降低对地电容。
如果开关
噪声较为严重，则可将去耦电容连接在存储器芯片和电源入口部分之间。
如若负
载电流过大，则需要尽可能将电源线以及底线加粗，并控制其长度。
应加拉电阻
于中线的始端和终端，以增加噪声容限，提高抗干扰能力。
3单片机软件抗干扰设计
3.1 软件滤波算法
应用软件滤波算法可以过滤大部分因干扰输入信号产生的采集错误，采用的
滤波方法有中值法、数字滤波法和算术平均值方法等，应用范围比较广泛。
软件
滤波算法可以根据被测信号的基本特点，在不影响系统效率的前提下，去掉采集
信息的最大值和最小值，并取得数据信息的平均值，得到了滤波结果准确性较高，能够有效地提高数据信息的准确性和可靠性。
3.2指令冗余技术
如果单片机受到干扰源的干扰，PC、系统程序的寄存器并未依照正常程序取
操作码，而取操作数的程序指向错误字节，把操作数来当做操作码，则会出现程
序错误的现象。
此时，必须添加数个单字节指令在双字节指令以及3字节指令后面，或是对单字节指令进行重新、正确的编写，就能够正确控制PC值。
通常空指令是单字节指令，如若其中某一字节指令跑飞，则可以防止把操作数当做执行指令的操作错误出现，确保指令的正确性与可靠性。
3.3提高RAM资料的可靠性
开启或者断开电源，都会对CPU造成不同程度的干扰，甚至是对RAM造成干扰，为保护RAM的资料，可以采用资料冗余保护技术，等到恢复系统后，将备用的RAM及其重要参数进行自我检验和恢复，从而确保RAM中重要的资料数据，为单片机软件的抗干扰设计提供可靠的数据保障。
由于开关量输入和输出比较容易受到干扰，可以在信号上增设一定数量的离散尖脉冲，但这种干扰不适合用硬件进行控制，因此就必须采用软件检测，从而确保开关量输入和输出的抗干扰性，全面提高单片机控制系统抗干扰性设计的科学性和可靠性，使其更好地适用于各种运行环境，为社会生产生活提供更加便利的服务。
4结语
在单片机控制系统健康发展和凸显优势的过程当中，干扰问题的存在是制约的主要因素。
为了能够保证单片机控制系统的抗干扰能力能够进一步的提高，那么就需要对硬件和软件的抗干扰措施进行有效的融合，使得单片机控制系统的稳定性、自动化以及智能化能够提高，最终保证单片机控制系统能够健康的发展。
参考文献
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