单片机和数字电路怎么抗干扰
单片机控制系统抗干扰技术及电路设计方案注意事项
第七章单片机控制系统抗干扰技术本章将从干扰源的来源、硬件、软件以及电源系统各方面研究分析并给出有效可行的解决办法。
第一节干扰的来源及分析一、主要的干扰源影响正常工作的信号称为噪声，又称干扰。
举例：在单片机控制系统中，出现了干扰，就会影响指令的正常执行，造成控制事故或控制失灵；在测量通道中产生了干扰，就会使测量产生误差，计数器收到干扰有可能乱记数，造成记数不准，电压的冲击有可能使系统遭到致命的破坏。
凡是能产生一定能量，可以影响到周围电路正常工作的媒体都可认为是干扰源。
干扰有的来自外部，有的来自内部。
一般来说，干扰源可分为以下三类：①自然界的宇宙射线，太阳黑子活动，大气污染及雷电因素造成的；②物质固有的，即电子元器件本身的热噪声和散粒噪声；③人为造成的，主要是由电气和电子设备引起。
举例：在系统工作的环境中广泛存在，包括动力电网的电晕量放电、绝缘不良的弧光放电、交流接触器、开关电感负载的继电器接点引起的电火花，照明灯管所引起的放电、变压器、电焊机、吊车，大功率设备启动浪涌，可控硅开关造成的瞬间尖峰，都会对电网产生影响。
另外像大功率广播、电视、通讯、雷达、导航、高频设备以及大功率设备所发出的空间电磁干扰。
系统本身电路的过渡过程，电路在状态转换时引起的尖峰电流，电感或电容所产生的瞬间电压和瞬变电流也会对系统工作产生千扰。
另外，印制电路板布局不合理、布线不周到、排列不合理、粗细不合理，使电路板自身产生相互影响，系统安装布线不合理，强弱电走线不能分开，造成相互干扰。
二、噪声干扰产生的原因①电路性干扰。
电路性干扰是由于两个回路经公共阻抗耦合而产生的，干扰量是电流。
②电容性干扰。
电容性干扰是由于干扰源与干扰对象之间存在着变化的电场，从而造成了干扰影响，干扰量是电压。
③电感性干扰。
电感性干扰是由于干扰源的交变磁场在干扰对象中产生了干扰感应电压。
而产生感应电压的原因则是由于在干扰源中存在着变化电流。
④波干扰。
波干扰是传导电磁波或空间电磁波所引起的。
单片机电路设计中的抗干扰措施汇总
单片机电路设计中的抗干扰措施汇总1、切断干扰的传播途径A、增加干扰源（如电机、继电器）与敏感器件（如单片机）的距离，用地线把他们隔离或者在敏感器件加上屏蔽罩。
B、电路板合理分区，将强信号、弱信号、数字信号、模拟信号电路合理地分区域布置。
C、单片机和大功率器件的地线要单独接地，以减小互相干扰。
大功率器件要尽可能布置在电路板的边缘。
D、在单片机I/O口，电路板连接线等关键地方，使用抗干扰元件可显著提高电路的抗干扰性能。
E、晶振与单片机引脚尽量靠近，用地线把时钟区隔离起来，晶振外壳接地并固定。
2、尽量采用抗干扰性能强的单片机A、降低单片机内部的电源噪声在传统的数字集成电路设计中，通常将电源端和地端分别布置在对称的两边。
例如左下角为地，左上角为电源。
这使得电源噪声穿过整个硅片。
改进方法将单片机的电源和地安排在两个相邻的引脚上，这样不仅降低了穿过整个硅片的电流，还便于印制板上设计电源退耦电容，以降低系统噪声。
B、降低时钟频率单片机测控系统的时钟电路是一个调频噪声源，它不仅能干扰本系统，还对外界产生干扰，使其他系统的电磁兼容检测不能达标。
在保证系统可靠性的前提下，选用时钟频率低的单片机可降低系统的噪声。
以8051单片机为例，当最短指令周其为1US时，时钟是12MHZ。
而同样速度的MOTOROLA兼容单片机的厂商在不牺牲运算速度的前提下，将时钟频率降低到原来的1/3。
特别是MOTOROLA公司新推出的68HC08系列单片机、内部采用了锁相倍频技术，将外部时钟除至32KHZ，而内部总线速度却提高到8MHZ，甚至更高。
C、EFT技术随着超大规模集成电路的发展，单片机内部的抗干扰技术也在不断进步。
MOTOROLA公司新推出的68HC08系列单片机，采用EFT技术进一步提高了单片机的抗干扰能力，当振荡电路的正弦波信号受到外界干扰时，其波形上会叠加一些毛刺。
若以施密特电路对其整形时，这种毛刺会成为触发信号干扰正常的时钟信号。
单片机应用系统的抗干扰方法
单片机应用系统的抗干扰方法要消退单片机应用系统的干扰，只要去掉干扰形成的三个基本条件（干扰源、传播路径、敏感器件）之一即可，内部的干扰源可以通过合理的电气设计在肯定程度上予以消退，外部干扰源则实行屏蔽、接地、隔离等措施予以消退或切断。
抗干扰设计的主要工作是围绕这一部分绽开的，上述三个部分也不是肯定划分的，通常一个系统的抗干扰措施是多方面的综合以达到最佳的效果。
在实践中，单片机应用系统的抗干扰设计一般是通过硬件抗干扰设计和软件抗干扰设计两种途径来实现的。
硬件假如设计得当，就可以将绝大部分干扰拒之门外，但仍旧会有少量干扰，所以软件措施必不行少。
由于软件措施是以占用CPU为代价的，假如没有硬件消退绝大部分干扰，CPU将疲于奔命，严峻影响系统的工作效率和实时性。
因此一个抗干扰性良好的单片机应用系统则是由硬件设计和软件开发相辅相成而构成。
1.硬件抗干扰设计① 电源电路单片机系统使用的电源，一般都是由电网的工频沟通电源经降压、整流、滤波等环节后供应。
由于电网的影响以及生产现场大容量电气设备的开停，会使沟通电压中含有高频成分、浪涌电压、尖峰脉冲或者发生较大幅度的电压波动。
这些因素都将导致干扰通过电源途径影响系统的正常工作。
电源做得好,整个电路的抗干扰工作就完成了一大半。
很多单片机对电源噪声很敏感,因此,应采纳抗干扰的开关电源或给单片机电源加滤波电路或稳压器,以削减电源噪声对单片机的干扰。
电源线的布置除了要依据电流的大小，尽量加租导体宽度外，还要使电源线、地线的走向与数据传递的方向全都。
这将有助于增加抗噪声的力量。
每种型号的单片机都有一个稳定工作的电压范围，例如凌阳SPCE061A单片机工作电压为3.3V～5V ,超出这个范围将消失特别。
② 硬件复位电路图1 采纳MAX6827的复位电路复位电路是最简单受干扰的(由于CPU 内部的复位电路的阻抗都比较高,为10～50kΩ) ,影响也是最大的。
因此,必需实行抗干扰措施。
单片机应用系统抗干扰技术重点要求
㈡常用软件抗干扰措施：
1.开机自检 2.软件陷阱(程序“跑飞”检测) 3.设置程序运行状态标记 4.输出端口刷新
5.输入多次采样
6.数据滤波
7.指令冗余
8.软件“看门狗”
1、开机自检
开机后首先对单片机系统的硬件及软件 状态进行检测，一旦发现不正常，就进 行相应的处理。开机自检程序通常包括 对RAM、ROM、I/O通道等的检测。
软件陷阱 NOP NOP NOP LJMP FLY
⑴ 程序存储器未使用区域的代码 数据: FFH 相当指令：MOV R7,A
0000H
. . . .
FF FF FF FF FF
有程序区
无程序区
07FFH
⑵ 在程序存储器未使用的区域设软件陷阱
设有4K地址范围：0000H～0FFFH，空区域0800H ～0FFFH ORG 0800H NOP ；软件陷阱 0000H . NOP . NOP . LJMP FLY 07FFH . ORG 0C00H NOP 0800H NOP NOP ；软件陷阱 NOP NOP LJMP NOP FLY_h LJMP FLY
脉冲
DOG
CPU RESET
· · ·
RESET
“喂狗”过程一般安排在监控循环或定时中断中，如果有比 较长的延时子程序，则应该在其中插入“喂狗”过程。目前有 很多单片机在内部已经集成了片内的硬件WATCHDOG电路，使 用起来更为方便。对于片内看门狗，是通过两条特定的赋值指 令来完成。此外，也可以也可以用软件程序来形成WATCHDOG。
求 和 区 . . .
00
⑵ ROM检测程序
ROMT1:MOV DPTR,#0000H MOV R2,#20H MOV B,#0 R0MT2: CLR A MOVC A,@A+DPTR XRL B,A INC DPTR MOV A,DPL JNZ ROMT2 DJNZ R2,ROMT2 MOV A,B RET ;首地址
探讨单片机控制系统的抗干扰措施
探讨单片机控制系统的抗干扰措施摘要：单片机控制系统是一种监控功能强、可靠性高、方便使用的自动控制系统，在多种领域受到广泛应用。
在进行单片机控制系统应用时，为了提高控制的有效性，需要避免单片机控制系统受到其他因素的干扰。
通过分析单片机控制系统的主要干扰来源，可以有针对性地制定抗干扰措施，避免单片机控制系统在运行中受到干扰，造成不必要的生产问题。
关键词：单片机；控制系统；抗干扰措施一、单片机控制系统干扰源分析单片机作为工业生产运行系统中非常重要的构成部分之一，由单片机所构成的控制系统必须具备较高的灵敏度。
但同时，灵敏度越高，则意味着系统可能引入干扰因素越多。
特别在强噪声环境下，被测信号可能被淹没，影响测量效果的实现。
工业现场应用中，存在大量且多类型的干扰源，这些干扰源以一种或多种方式对计算机测控系统产生影响，导致整个控制系统性能指标无法满足设计要求，进而对测量控制结果的可靠性产生不良影响，必须引起高度重视。
结合单片机控制系统的实际运行情况来看，在单片机控制系统工业现场应用中，所承受干扰以电磁能量干扰为主。
具体而言，单片机控制系统内外部干扰源主要包括以下几个方面：第一是无线电设施所产生射频干扰；第二是发动机装置上高压点火线圈向外辐射磁场强度大且频带宽的电磁波信号干扰；第三是单片机内部晶振电路干扰；第四是外部交流电路系统中所产生工频信号干扰；第五是数字电路本身门电路频繁的导通、截止造成电源地线在电流变化因素作用下所产生高频电磁干扰。
二、抗干扰的措施2.1软件抗干扰措施在单片机运行时，会有少数的干扰进入单片机控制系统，软件抗干扰措施必不可少。
因为软件抗干扰措施是以CPU为代价的，所以，如果没有硬件抗干扰措施来消除绝大多数的干扰，CPU就会一直忙碌，没有精力进行正常工作，进而严重影响单片机系统的工作效率与实时性。
下面介绍几种CPU解决抗干扰的措施。
2.1.1人工复位针对于失控的CPU,最简单的方法就是让CPU进行复位，使程序自动从OOOOH开始执行。
单片机接口电路的抗干扰设计方法探讨
单片机接口电路的抗干扰设计方法探讨摘要：单片机（Microcontroller Unit，MCU）是现代电子产品中的重要部件之一，其作用是控制和管理各种设备和系统。
但是，由于外部环境的电磁干扰（Electromagnetic Interference，EMI）与单片机接口电路的连接，往往会引起单片机的不正常工作。
因此，在设计单片机接口电路时，抗干扰设计是十分重要的。
本文将探讨一些常见的抗干扰设计方法，帮助工程师在设计单片机接口电路时有效地降低电磁干扰对系统的影响。
引言：随着电子产品的普及和应用场景的多样化，电子设备间的相互干扰日益严重。
电磁干扰是造成电子设备工作故障和性能下降的主要原因之一。
单片机作为一种集成了处理器、内存和各种接口的微型计算机，在多种电子设备中得到了广泛应用。
然而，单片机接口电路的设计往往会受到外部电磁干扰的影响，导致整个系统的稳定性和可靠性受到威胁。
因此，抗电磁干扰设计成为单片机接口电路设计的重要课题。
一、电磁干扰的类型在讨论抗干扰设计方法之前，首先需要了解电磁干扰的类型。
电磁干扰可分为传导干扰和辐射干扰两种类型。
1. 传导干扰：传导干扰是指电子设备之间通过导线、电缆等物理连接途径传递的干扰信号。
它通常发生在电源线、信号线、地线等电气连接部分，使得干扰信号传播到其他电子设备，导致系统的工作不稳定或失效。
2. 辐射干扰：辐射干扰是指电子设备通过电磁波辐射，对其他设备产生的干扰。
辐射干扰主要发生在高频电路或时钟频率较高的设备上，由于电磁波的辐射，对周围的电子设备产生了影响，影响其正常工作。
二、抗干扰设计方法针对传导干扰和辐射干扰，可以采取一系列抗干扰设计方法来降低电磁干扰对单片机接口电路的影响。
1. 接地设计：正确的接地设计是抗干扰设计中的关键环节。
在单片机接口电路设计过程中，要合理规划接地线路，采取分布式接地的方法。
同时，要避免共地引起的回路干扰，将数字地和模拟地进行分离，并用适当的隔离方法隔离它们的连接。
单片机控制系统的抗干扰与安全措施
单片机控制系统的抗干扰与安全措施
单片机控制系统在现代电子设备中得到广泛应用，其具有高效、稳定的特点。
然而，由于外部环境的干扰和可能发生的安全问题，需要采取一系列措施来保证单片机控制系统的抗干扰能力和安全性。
为了提高单片机控制系统的抗干扰能力，可以采取以下措施。
为了保证单片机控制系统的安全性，需要采取以下措施。
首先，加密和验证系统的软件和固件，以防止未经授权的访问和篡改。
除了上述措施，还可以采用其他方法来提高单片机控制系统的抗干扰性和安全性。
例如，可以采用冗余设计和备份机制，确保系统在部分故障或攻击情况下仍能正常工作。
此外，定期进行系统的维护和检修，更新软件和固件，修复已知的漏洞和问题。
另外，对系统进行严格的测试和验证，确保系统在各种条件下都能正常工作和抵抗干扰。
单片机控制系统的抗干扰和安全措施至关重要。
通过合理的电路设计、元器件选择和系统设置，可以有效提高系统的抗干扰能力。
同时，通过加密、验证、权限管理和安全监控等措施，可以确保系统的安全性能。
此外，采用冗余设计、备份机制和定期维护等方法，可以进一步提高系统的可靠性和安全性。
综合运用这些措施，可以构建出具有较高抗干扰性和安全性的单片机控制系统，为各种电子设备的正常运行提供保障。
单片机如何抗干扰？除了硬件优化，怎么通过软件消除，这里有答案
单片机如何抗干扰？除了硬件优化，怎么通过软件消除，这里有答案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。
1.1 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。
1.2 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。
（1 ）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。
（2 ）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。
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单片机和数字电路怎么抗干扰
形成干扰的基本要素有三个：
(1)干扰源，指产生干扰的元件、设备或信号，用数学语言描述如下：du/dt，di/dt大的地方就是干扰源。
如：雷电、继电器、可控硅、电机、高频时钟等都可能成为干扰源。
(2)传播路径，指干扰从干扰源传播到敏感器件的通路或媒介。
典型的干扰传播路径是通过导线的传导和空间的辐射。
(3)敏感器件，指容易被干扰的对象。
如：A/D、D/A变换器，单片机，数字IC，弱信号放大器等。
抗干扰设计的基本原则是：抑制干扰源，切断干扰传播路径，提高敏感器件的抗干扰性能。
(类似于传染病的预防)
1、抑制干扰源
抑制干扰源就是尽可能的减小干扰源的du/dt，di/dt。
这是抗干扰设计中最优先考虑和最重要的原则，常常会起到事半功倍的效果。
减小干扰源的du/dt主要是通过在干扰源两端并联电容来实现。
减小干扰源的di/dt则是在干扰源回路串联电感或电阻以及增加续流二极管来实现。
抑制干扰源的常用措施如下：
(1)继电器线圈增加续流二极管，消除断开线圈时产生的反电动势干扰。
仅加续流二极管会使继电器的断开时间滞后，增加稳压二极管后继电器在单位时间内可动作更多的次数。
(2)在继电器接点两端并接火花抑制电路(一般是RC串联电路，电阻一般选几K到几十K，电容选0.01uF)，减小电火花影响。
(3)给电机加滤波电路，注意电容、电感引线要尽量短。
(4)电路板上每个IC要并接一个0.01μF～0.1μF高频电容，以减小IC对电源的影响。
注意高频电容的布线，连线应靠近电源端并尽量粗短，否则，等于增大了电容的等效串联电阻，会影响滤波效果。
(5)布线时避免90度折线，减少高频噪声发射。
(6)可控硅两端并接RC抑制电路，减小可控硅产生的噪声(这个噪声严重时可能会把可控硅击穿的)。
按干扰的传播路径可分为传导干扰和辐射干扰两类。
所谓传导干扰是指通过导线传播到敏感器件的干扰。
高频干扰噪声和有用信号的频带不同，
可以通过在导线上增加滤波器的方法切断高频干扰噪声的传播，有时也可加隔离光耦来解决。
电源噪声的危害最大，要特别注意处理。
所谓辐射干扰是指通过空间辐射传播到敏感器件的干扰。
一般的解决方法是增加干扰源与敏感器件的距离，用地线把它们隔离和在敏感器件上加蔽罩。
2、切断干扰传播路径的常用措施如下
(1)充分考虑电源对单片机的影响。
电源做得好，整个电路的抗干扰就解决了一大半。
许多单片机对电源噪声很敏感，要给单片机电源加滤波电路或稳压器，以减小电源噪声对单片机的干扰。
比如，可以利用磁珠和电容组成π形滤波电路，当然条件要求不高时也可用100Ω电阻代替磁珠。
(2)如果单片机的I/O口用来控制电机等噪声器件，在I/O口与噪声源之间应加隔离(增加π形滤波电路)。
控制电机等噪声器件，在I/O口与噪声源之间应加隔离(增加π形滤波电路)。
(3)注意晶振布线。
晶振与单片机引脚尽量靠近，用地线把时钟区隔离起来，晶振外壳接地并固定。
此措施可解决许多疑难问题。
(4)电路板合理分区，如强、弱信号，数字、模拟信号。
尽可能把干扰源(如电机，继电器)与敏感元件(如单片机)远离。
(5)用地线把数字区与模拟区隔离，数字地与模拟地要分离，最后在一点接于电源地。
A/D、D/A芯片布线也以此为原则，厂家分配A/D、D/A芯片引脚排列时已考虑此要求。
(6)单片机和大功率器件的地线要单独接地，以减小相互干扰。
大功率器件尽可能放在电路板边缘。
(7)在单片机I/O口，电源线，电路板连接线等关键地方使用抗干扰元件如磁珠、磁环、电源滤波器，屏蔽罩，可显着提高电路的抗干扰性能。
3、提高敏感器件的抗干扰性能
提高敏感器件的抗干扰性能是指从敏感器件这边考虑尽量减少对干扰噪声的拾取，以及从不正常状态尽快恢复的方法。
提高敏感器件抗干扰性能的常用措施如下：
(1)布线时尽量减少回路环的面积，以降低感应噪声。
(2)布线时，电源线和地线要尽量粗。
除减小压降外，更重要的是降低耦合噪声。
(3)对于单片机闲置的I/O口，不要悬空，要接地或接电源。
其它IC的闲置端在不改变系统逻辑的情况下接地或接电源。
(4)对单片机使用电源监控及看门狗电路，如：IMP809，IMP706，IMP813，X25043，X25045等，可大幅度提高整个电路的抗干扰性能。
(5)在速度能满足要求的前提下，尽量降低单片机的晶振和选用低速数字电路。
(6)IC器件尽量直接焊在电路板上，少用IC座。
接下来再说说在这方面的经验。
软件方面：
1、常将不用的代码空间全清成“0”，因为这等效于NOP，可在程序跑飞时归位；
2、在跳转指令前加几个NOP，目的同1；
3、在无硬件WatchDog时可采用软件模拟WatchDog，以监测程序的运行；
4、涉及处理外部器件参数调整或设置时，为防止外部器件因受干扰而出错可定时将参数重新发送一遍，这样可使外部器件尽快恢复正确；
5、通讯中的抗干扰，可加数据校验位，可采取3取2或5取3策略；
6、在有通讯线时，如I^2C、三线制等，实际中我们发现将Data线、CLK线、INH线常态置为高，其抗干扰效果要好过置为低。
硬件方面：
1、地线、电源线的部线肯定重要了！
2、线路的去偶；
3、数、模地的分开；
4、每个数字元件在地与电源之间都要104电容；
5、在有继电器的应用场合，尤其是大电流时，防继电器触点火花对电路的干扰，可在继电器线圈间并一104和二极管，在触点和常开端间接472电容，效果不错！
6、为防I/O口的串扰，可将I/O口隔离，方法有二极管隔离、门电路隔离、光偶隔离、电磁隔离等；
7、当然多层板的抗干扰肯定好过单面板，但成本却高了几倍。
8、选择一个抗干扰能力强的器件比之任何方法都有效，这点应该最重要。