单片机控制系统抗干扰设计
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
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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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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】。
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。
单片机系统软件抗干扰设计
单片机系统软件抗干扰设计【摘要】本文主要讨论了在基于单片机的测控系统中，如何通过软件抗干扰设计，提高系统稳定运行的可靠性和安全性。
【关键词】冗余；软件陷阱；中断；程序监视定时器0 引言随着单片机测控系统越来越复杂，工作环境的干扰也越来越严重。
面对环境恶劣的工业现场，大量的干扰源虽然不会造成单片机系统硬件的破坏，却常常会侵入系统破坏数字信号的时序，更改单片机寄存器内容，导致程序在地址空间内“乱飞”，或者陷入死循环。
因此，要保证新型微控制器的可靠性、安全性，就必须在提高硬件可靠性的基础上，在程序设计中采取措施，通过软件技术增强系统的稳定运行。
由于程序设计灵活，节省硬件资源，所以软件抗干扰设计越来越引起人们的重视。
下面，就以MCS-51系列单片机为例，讨论在基于单片机的测控系统中，主要应用的软件抗干扰设计。
1 指令冗余设计“指令冗余”就是在程序关键的地方人为插入一些单字节指令，或将有效单字节指令重写。
它是使程序从“乱飞”状态恢复正常的一种有效措施，其前提条件要求PC指针必须指向程序运行区，且必须执行到冗余指令。
正常情况下CPU取指令过程是先取操作码，再取操作数，当指令计数器PC受到干扰出现错误时，程序便脱离正常轨道“乱飞”，导致CPU把一些操作数当作操作码来执行，从而引起整个程序的混乱。
NOP指令的插入是指令冗余设计的一种主要方式，由于MCS-51的所有指令不超过3个字节，且多为单字节指令，所以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指令。
这样即使程序“乱飞”落到操作数上，由于空操作指令NOP的存在，就避免了后面的指令被当作操作数执行，使程序自动纳入正轨。
此外，在对于程序流向控制起决定作用（如RET、ACALL、LJMP等）或对系统工作状态起重要作用（如SETB等）的指令后面，插入两条NOP指令或重复写入该指令，也可迅速将乱飞程序纳入正轨，确保这些重要指令的正确执行。
2 软件陷阱的设计当乱飞的程序进入非程序区，冗余指令便失去作用。
综述单片机控制系统的抗干扰设计
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D1、D2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Q1用于过压保护，电容E1、E2、C1、C2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。
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单片机控制系统抗干扰设计
在这里简单介绍一下单片机控制系统，一般来讲单片机系统拥有计算机技术、通信技术和自动化控制技术的优点，可以是实现对事物的自动化控制，其具有很多的优点：
（1）该系统利于人工操作，简单方便；
（2）单片机系统可以为很多领域提供方便的控制系统，例如在我国的矿产行业、电力发电行业以及交通运输行业等工业领域中都得到了广泛使用。
但是，在这些工业领域中其工作环境往往比较恶劣，工作条件比较复杂，这就会很大程度上使得单片机很受到电磁设备启停等的影响，致使接收信号不清晰，最终导致在对相关的数据进行测量时出现偏差甚至错误，影响工作的效率，此外，还可能会出现更为严重的情况，破坏单片机的软件、硬件，使机器完全不能工作。
因此，对单片机控制系统的抗干扰设计需要进一步研究，找出干扰源，根据干扰源，制定相应的应对策略来增强其抗干扰能力，能够有效地降低外界环境对系统的影响，进而保证单片机控制系统正常运行。
1 单片机控制系统的主要干扰源
1.1 单片机控制系统的内部干扰源
在单片机控制系统中往往会因为其本身的特点而对其控制效果造成影响，通常来讲单片机控制系统的内部干扰源可以分为下面两个部分：如散粒噪声、热噪声等。
散粒噪声的形成原理：晶体管区域里的载流子出现不规律的扩散，扩散出来的载流子在遇到电子空穴后两者之间进行反应。
该种噪声大多数存在于半导体原件自身内部；热噪声的形成原理：在未与电源连通的情形下，半导体的两端可能存在一个电压值较小的电压，该电压就会导致半导体内部的电子发生热运动，而电子在运动过程中就会形成噪音电压。
1.2 现场环境的干扰源
电磁是单片机控制系统的现场环境干扰源，该干扰源通常情况下凭借场传播进入测控系统，通过电场或磁场两种方式对系统进行干扰。
一般情况下，电磁干扰可以分为两种，一种是传导，另外一种是辐射。
传导干扰的传播介质主要有金属、电容等；辐射干扰主要是从辐射源向外界传播，并且其在传播过程中的形式拥有很多种。
2 单片机控制系统抗干扰设计策略
2.1 利用软件防止干扰
2.1.1 使用滤波算法
一般来讲，在软件层面进行的滤波算法很多，我们比较常见的为比较舍取法、中值法、算术平均值法。
这些算法虽然具体对数据的处理方式不一样，但其最终的目的还是让排除数据的波动和外界的影响。
其中算术平均法的原理为：根据所需要检测的信号的特性，在对单片机控制系统不会造成任何影响的情况下，通过对多组所测的数据信息进行筛选，舍去最小值与最大值，最终计算得出平均值，这样能够有效地增加了采集数据的真实性和有效性，从而提升系统的可靠性。
通常情况下都可以利用软件滤波算法来排除外界干扰信号对数据带来的影响，进而保证数据的有效性和控制效果的高效性。
2.1.2 指令冗余技术
如果在单片机控制系统正常运行的时候收到外界的干扰，此时单片机的一些寄存器中的值可能发生变化，而此时如果提取变化以后的操作码，势必会对整个系统的性能造成影响，严重时还可能导致程序跑飞和系统奔溃。
为此，就需要在编程过程中采用一定的技术来防止这种现象的发生，通常可以在双字节程序和三字节程序之间增加几组单字节程序指令，或者是需要对该程序进行重新编写。
2.2 硬件抗干扰的设计
2.2.1 抑制电源干扰
最为重要的是选取设备，一定要选取质量优质的电源设备，还需要对以下3 种线路实施配线：电源线、控制线和动力线；其次，在架设电源线时要确保平行；再次，对电源变压器的输出与输入两线一
定要采用双绞线；最后，选取滤波器减小设备干扰传导。
2.2.2 优化布线结构
在进行布线结构的设计时，一定要区分电流的强弱，在这里特别要强调的是交流电，在进行结构布线时，必须使用分槽走线的形式，直流线和交流线不能够捆在一起，一定要确保这两种线分开布置。
此外，在进行电路板的设计过程中，PCB 板上的模拟地的信号线和数字地的信号线分离且分别接地，同时还要使可以对PCB 板进行覆铜，这样既可以提高电路板的硬度，还可以在一定程度上防止各信号之间的干扰。
2.3 正确选择接地点
在单片机控制系统中接地点的选择是至关重要的，其不仅对单片机控制系统的安全性能有所影响，而且正确的接地点还能够降低干扰源的干扰。
在对单片机控制系统采取抗干扰设计时，通常情况下有下面几种方式，具体如表1 所示。
表1：单片机控制系统抗干扰设计的几种接地形式
要使电源输出端和输入端的其他附带的干扰得到减小，就需要在单片机控制系统的接地设计过程中采取正确的方式，从而保证质量。
一般情况下，接地的方式与频率关系十分密切，当频率低于1 兆赫兹时，所使用的接地方式是单点接地；当频率高于10 兆赫兹时，所采用的接地方式是多点接地；当频率处于1 兆赫兹和10 兆赫兹之间时，可将单片机控制系统进行单点接地。
2.4 外围扩展存储器系统抗干扰处理方法
在单片机控制系统中，其装配的程序和数据两种存储器的芯片的电流较大，而且在工作时频率相对较
高，在进行设计时，一定要特别关注外界电磁的干扰。
而通常印制板电路中的抗干扰设计是设计工作中的重中之重，能够使用的方法具体如下：
（1）在确保正常工作的情况下，将数据线、地址线、控制线控制在最短，从而达到降低与地产生的电容的目的。
这里需要强调的是，控制各条地址线的长度，在布线过程中方式要保持一致，从而尽可能保证每条线的阻抗大小基本相同，同时保证地址信号在传输到终端时的变化较小。
（2）系统在进行工作时，具有很大的负载电流，所以，需要适量增加电源线以及地线粗度，保证电流可以顺利流通。
（3）在数据总线的开始端和结束端可以适当地加上一些阻值适中的上拉电阻，这样便可以在一定程度上增加存储器端口在高阻状态下的抗干扰能力。
3 结论
综上所述，降低单片机控制系统的干扰需要详细设计，首先需要了解干扰源，根据干扰源以及其他各方面因素进行综合考虑，从而采取科学合理的解决策略，最终确保系统的正常工作。