综述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
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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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摘要：单片机应用系统在发动机电喷中得到了广泛的应用,然而由于发动机工作环境恶劣，提高控制系统的抗干扰性至关重要。
分析了单片机干扰的主要来源，并从硬件和软件抗干扰设计中总结了一些取得良好抗干扰性的方法。
关键词
在进行单片机应用开发的过程中，经常遇到在实验室调整很好的单片机一到工作现场就会出现这样或那样的问题，这主要是由于设计未充分考虑到外界环境存在的干扰，如机械震动、各种电磁波和环境温差都会影响硬件系统的性能，导致电控单元不能正常工作。
鉴于此本文较全面分析了干扰单片机应用系统的因素并结合自己的研究课题，提出一些可增强系统抗干扰性的方法。
1单片机系统的主要干扰源
（1）无线电设施的射频干扰；
（2）发动机上的高压点火线圈向外辐射磁场强度大、频带宽的电磁波;
（3）单片机内部的晶振电路是内部干扰源之一；
（4）数字电路本身门电路频繁的导通、截止造成电源地线电流变化，也会产生很大的高频电磁干扰，各种开关电子设备通断时产生的急剧变化的电流会产生较宽频谱干扰；
（5）外界交流电路中产生的工频干扰亦会影响模拟电路输出信号的准确性。
2干扰的耦合方式
隔离干扰源与控制系统之间的耦合信道。
表1列出了干扰源的主要干扰方式及特征。
3单片机的硬件抗干扰设计
断干扰的传输信道。
常用的措施有：滤波技术、去耦技术、屏蔽技术和接地技术。
3.1电源电路的设计
源耦合逻辑电路产生的干扰进入模拟电路，二是为了避免传感器通过电源耦合对ECU干扰。
各功能模块供电系统如图1所示，皆采用7812和7805三端稳压集成芯片，且都单独对电源进行负压差保护，这样不会因其中某一稳压电源出现故障而影响整个系统电路；使用低通滤波器亦可减少以高次谐波为主的干扰源，从而改善电源波形;在输出端采用了过压保护电路。
通过上述设计可大大提高供电的
可靠性。
图中D
1、D
2
用于负压差保护，防止压差击穿稳压器的be结使器件永久
失效，稳压管WY1、晶闸管Q
1用于过压保护，电容E
1
、E
2
、C
1
、C
2
使输出电压波
3.2模拟电路抗干扰设计
比较大，因此在模拟电路中应选择低温漂系数的集成放大器；在模拟电路中共模信号对电路板影响较大，故在模拟电路中采用差动放大电路，可得出两端输出信号；接收时，将双端信号转化为单端信号，可非常有效地抑制共模信号。
若电路中输入信号变化比较大，需在放大器或比较器前加输入端保护电路以避免器件的损坏。
外界交流电路产生的工频干扰对模拟信号有较大的影响，在电路中采用有源滤波器和低通滤波器。
3.3选用时钟频率低的单片机
干扰。
因此选用低频率的单片机是提高抗干扰性的原则之一。
其同为1 μs时，8051单片机外时钟为12 MH z，Atmel公司单片机外时钟为6 MHz，而Microchip和Motorola 的单片机时钟频率为4 MHz。
3.4输入、输出隔离
用的隔离方法有光电隔离、继电器隔离和变压器隔离。
变压器隔离是传递脉冲输入、输出信号时，不能传递直流分量，因此常用于不要求传递直流分量的输入输
出控制设备中。
光电耦合器由于结构简单，比较广泛用于输入、输出隔离信道之中。
3.5屏蔽技术
以削弱电磁干扰源对电子设备的干扰。
对于噪声源较大的开关电源，可采用双重屏蔽，即开关电源内部把高频变压器和扼流圈进行屏蔽，然后对整个开关电源进行屏蔽保护。
3.6去耦电路
电源内阻上产生较大压降，形成严重干扰。
为抑制此干扰，在电源电路、数字电路和信号处理电路中适当配置去耦电容，即形成去耦电路，这样可旁路集成电路产生的干扰。
去耦电容计算可按以下方法计算：
C≥Δi/(Δv/Δt)
其中Δi、Δv为电流、电压的变化量，Δt为变化的时间。
3.7印刷电路板的设计
3.7.1组件的布局
在电路板上元器件按功能集中布置，各功能模块的组件分开布局且不同模块分别与对应的电
源、地线相连，最后集中一点接地。
1）单片机和外围扩展电路布置在一起以缩短他们之间资料和地址总线长度，这样能获得较好抗干扰效果。
2）布置逻辑电路时，原则上应在出线端子放置高速器件，稍远处放置低速器件和内存，这样布置可降低公共阻抗耦合和辐射耦合。
3）降噪电容应靠近各个IC组件。
4）为了降低外部线路引进的干扰，光电耦合器、隔离变压器和滤波器通常放在靠近出线端子的地方。
3.7.2电路板布线
1）电源线、地线尽可能粗一点，且电流流向与信号流向一致。
2）晶振电路应尽量靠近单片机，石英晶体振荡器外壳接地，时钟振荡电路、特殊高
速电路用地线圈起来。
3）电路板铜模线尽量使用45°折线而不用90°折线。
4）避免相邻信号线的线间干扰和减少信号在传输导线上的延迟。
5）模拟信号避开高频、大电流器件，重要的模拟信号线采用地线包围的办法以减少电磁耦合。
38选择性能良好的组件
单片机晶振、RAM等，最好选用一级品，这样可提高系统的抗干扰性；为了提高噪声容限可选用CMOS器件；为了抑制共模干扰可选用测量放大器。
3.9提高输出信号电压或电流
号失真。
较简单的方法是在传送端加一个1488，接收端加一个1489。
4单片机软件的抗干扰设计
随机性，因此在采取硬件抗干扰措施的基础上，采取软件抗干扰措施加以补充。
常见的软件抗干扰技术有：数字滤波、指令冗余和“看门狗”技术、系统运行状态监视和提高开关量输入、输出干扰。
部程序指针错乱使程序进入“死循环”和RAM资料被冲乱或改变导致的。
4.1数字滤波
模拟信号较弱时，此现象更加严重。
为了消除数据采集的误差，常用算术平均法、比较取舍法、一阶滞后滤波法和中值法，可根据信号和干扰的规律，采用最优的设计方法。
输入模拟信号处理如图2所示，通过数字滤波器可滤掉大部分由于输
4.2指令冗余和“看门狗”技术
PC值改变和破坏程序正常运行。
针对这一问题可在关键地方插入一些单字节指令NOP或有效的单字节指令并用引导指令LJMP MAIN 将捕获的“乱飞”程序引向复位入口地址，从而避免程序“乱飞”。
可是有一些“乱飞”程序会导致死循环，通常采用软、硬件“看门狗”技术，“看门狗”技术就是不断监视程序运行时间，当程序运行出现故障时，计数器溢出，系统复位并重新运行系统程序。
4.3提高RAM资料可靠性
CPU受到干扰有可能破坏RAM中的资料。
只有采用资料冗余技术保护RAM
中的资料。
系统复位后，立即将备用的RAM对重要参数进行自我检验和恢复，从而保护RAM中的资料。
4.4提高开关量输入、输出抗干扰
可采用软件重复检测以提高输入、输出接口抗干扰性。
5总结
也各有自己的特色。
针对无线电射频干扰和交流电路工频干扰等5种主要的干扰源以及干扰的方式，可采用上述的硬件抗干扰措施。
对于软件抗干扰措施，应首先了解测量对象和干扰因素，分析干扰的来源，然后根据系统设计有效的抗干扰方法。
参考
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［2］韩晓东，杜宇.电动汽车单片机测控系统的抗.干扰设计［J］.电子技术，1999，9
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