单片机系统常用软硬件抗干扰措施
单片机控制系统抗干扰设计
ＥＬＥＣＴＲ０ＮＩＣ 电子测量技 术 ＴＥＣＨＮ０Ｉ ０ＧＹ 第３０卷第６期 ２００７年６月
单片机控制系统抗干扰设计
李志宇 （西北工业大学西安７１００７２） 摘要：单片机控制系统必须具有较高的灵敏度，但是灵敏度越高越容易把干扰引入系统中，因此抗干扰技术己成为 单片机控制系统设计时必须考虑的环节。本文分析了单片机控制系统干扰的主要来源，介绍了印制电路板中地线和 电源线的布线方法，从硬件和软件两个方面阐述了抗干扰设计。这些抗干扰方法实际应用中取得了良好的效果，使一 些单片机控制系统在现场成功运行。 关键词：单片机控制系统；干扰源；抗干扰 中图分类号：ＴＰ２７３ 文献标识码：Ａ Ａｎｔｉ－ｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅ ｄｅｓｉｇｎ ｉｎ ｔｈｅ ｍｉｃｒｏ－ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｓｙｓｔｅｍ Ｌｉ Ｚｈｉｙｕ （Ｎｏｒｔｈｗｅｓｔｅｒｎ Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ’ａｎ ７１００７２） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｈｉｇｈ ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ ｐｌａｙｓ ａｎ ｉｎｄｉｓｐｅｎｓａｂｌｅ ｒｏｌｅ ｉｎ ｍｉｃｒｏ－ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｓｙｓｔｅｍ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｔｈｅ ｈｉｇｈｅｒ ｔｈｅ ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ ｉｓ，ｔｈｅ ｅａｓｉｅｒ ｔｈｅ ｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅ ｉｓ ｂｒｏｕｇｈｔ ｉｎｔｏ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ａｎｔｉ－ｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｈａｓ ｂｅｅｎ ａ ｎｅｃｅｓｓａｒｙ ｓｅｃｔｏｒ ｔＯ ｃｏｎｓｉｄｅｒ ｉｎ ｄｅｓｉｇｎｉｎｇ ｍｉｃｒｏ－ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅ ｍａｉｎ ｓｏｕｒｃｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅ ｆｏｒ ｍｉｃｒｏ－ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｓｙｓｔｅｍ ａｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ．Ｓｏｍｅ ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ ｌｏｃａｔｉｎｇ ｔｈｅ ｗｉｒｅ ｏｆ ｇｒｏｕｎｄ ｗｉｒｅ ａｎｄ ｐｏｗｅｒ ｗｉｒｅ ｏｆ ＰＣＢ ａｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ． Ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ａｎｔｉ－ｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅ ｉｓ ｓｔａｔｅｄ ｆｒｏｍ ｈａｒｄｗａｒｅ ａｎｄ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｔｗｏ ａｓｐｅｃｔｓ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｔｈｅｓｅ ａｎｔｉ－ｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ｈａｖｅ ｐｒａｃｔｉｃａｌｌｙ ｂｒｏｕｇｈｔ ａｂｏｕｔ ｇｏｏｄ ｅｆｆｅｃｔ，ｍａｋｉｎｇ ｓｏｍｅ Ｍｉｃｒｏ－ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ｓｙｓｔｅｍｓ ｒｕｎ ｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｌｙ ｉｎ ｔｈｅ ｗｏｒｋｉｎｇ ｐｌａｃｅｓ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｍｉｃｒｏ－ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｓｙｓｔｅｍ￣ｓｏｕｒｃｅ ｏｆ ｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅ￣ａｎｔｉ－ｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅ
单片机控制系统的抗干扰技术
第６期ＮＯ．６ 宜宾学院学报Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｙｉｂｉｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ 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，江苏南京２１００１５） 摘要：单片机控制系统在使用中存在大量的干扰源，影响系统的正常工作。本文分析了干扰产生的途径及软件和硬件的抗干扰技术。 关键词：抗干扰；软件技术；硬件技术 中图分类号：ＴＰ３６８．２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７１—５３６５（２００８）０６—００６７—０２ ０序言 单片机控制系统一般都安装在工业现场，与之相连的被控对象及待 测参数往往遍布整个控制区域，这就使得各种强烈的干扰源直接或间接 的影响微机控制系统的工作。这些干扰源会使系统的可靠性和稳定性大 大降低，严重的还会导致系统的运行紊乱，造成生产事故。因而在实际的 应用设计中，要提高控制系统的抗干扰能力，保证控制系统可靠的工作。 １干扰的来源 不管是什么干扰源，对计算机的干扰都是通过传导和直接辐射两种 方式进入计算机控制系统的，其窜人系统的渠道主要有三条： １．１空间辐射干扰 空问辐射干扰通过电磁波辐射窜人系统，其中通过电场途径干扰的 实质是电容耦合干扰，干扰信号通过导线或电路的分布电容进入系统；而 通过电磁场途径干扰的实质是互感性耦合干扰，干扰信号通过导线或回 路的互感耦合进入系统。 １．２输Ａ／输出通道干扰 输入／输出通道是前向接１３、后向接口与主机相互之问进行信息传输 的途径。输Ａ／输出通道干扰就是通过与主机相连的前向通道、后向通道 以及与其他主机的互相通道进入。 １．３供电系统干扰 由于工业现场运行的大功率设备众多，特别是感性负载设备的启、停 会造成供电系统电源严重污染，产生电源噪声，例如：电压的浪涌、出现尖 蜂电压、以及过压与欠压等等。 ２硬件抗干扰技术 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 措施，该器件通过电一光一电的转换来实现对输出设备的控制，彼此之间 没有电气连接，因而起到隔离作用。前向通道抗干扰电路如图１所示，后 向通道抗干扰电路如图２所示。 图１ 前向通道抗干扰电路 图２后向通道抗干扰电路 ２．２印刷电路板的抗干扰设计 ２．２．１地线设计 数字地和模拟地分开走线，且地线尽量加粗。采用单点接地的原则， 以防通过共阻抗耦合形成干扰。在设计信号接插件时，例如ＡＤ转换接 口，使用地线引脚将每条信号线相互隔开，以便减少信号线之间耦合，同 时多个地引脚可以减少地阻抗。 ２．２．２电源线布置 模拟电路和数字电路使用不同的电源，并通过相应的地线去耦。电 源线除了尽量加粗其导体宽度外，采取使电源线、地线的走向与数据传输 的方向垂直，提高增强抗噪声的能力。 ２．２．３配置去耦电容 收稿日期：２００７—０７—２４ 作者简介：孙凯（１９７７一），女，安徽宿州人，讲师，工程硕士，主要从事自动控制研究。 。
单片机实时控制系统软件抗干扰措施
第１７卷第３期 ２００２年９月 郑州轻工业学院学报（自然科学版） ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＺＨＥＮＧＺＨＯＵ ＩＮＳＴＩＴＵＴＥ ０Ｆ ＬＩＧＨＴ ＩＮＤＵＳＴＲＹ（Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ） Ｖ０１．１７ Ｎｏ．３ Ｓｅｐ．２００２ 文章编号：１００４—１４７８（２００２）０３—００２８—０３
单片机实时控制系统软件抗干扰措施
杨建平 ， 王干一 （１．兰州工业高等专科学校通信教研室，甘肃兰州７３００５０； ２．郑州轻工业学院后勤保障处，河南郑州４５０００２）
摘要：在分析单片机实时控制系统程序失控原因的基础上，提出采用指令冗余、软件陷阱、启动看门 狗等方法可捕捉失控程序．程序失控后引导系统重入正常工作状态的方法有：利用软件选择启动方 式：采用模块化软件结构；利用数据冗余技术实现ＲＡＭ内容自救；采用锁定控制器，配合功能块标 志和口令字锁定输出口等．上述措施可有效提高系统运行的可靠性． 关键词：单片机；程序失控；抗干扰措施 中图分类号：ＴＰ２０２ 文献标识码：Ａ ０ 引言 单片机构成的控制系统，除满足各项控制功能外，还必须提高其可靠性．在工业现场，多数情况下干扰不 会导致单片机系统硬件损坏，而是对软件运行造成不良影响．其主要特征是指令码或数字码受干扰而使程序 的执行出现错误：１）ＣＰＵ中的程序计数器ＰＣ的值发生跳变，程序跑飞，转去执行一个毫无意义或错误的程 序段，使系统出现混乱或失控，严重时可能造成设备损坏，甚至危及人身安全；２）输出口被失控程序非法操 作，使控制量发生波动或系统死机；３）ＲＡＭ区域受干扰，造成数据被冲毁，使系统运行不正常，输出错误．本 文拟以ＭＣＳ一９６系列单片机所组成的实时控制系统为例，提出一些有效、实用的程序失控防范措施． １捕捉跑飞程序的方法 １．１指令冗余 单片机最易受干扰的是内部程序计数器ＰＣ的值．在受到强干扰时，ＰＣ的值被改变为随机的不确定值， 这会使ＣＰＵ将程序从正确的位置跑飞到ＲＯＭ中的任何一个地址．当Ｐｃ值跑飞到用户工作程序ＲＯＭ区内 时，可采用指令冗余的方法使程序走上正轨．具体方法是：１）在一些对程序流向起决定性作用的指令（如 ＳＪＭＰ，ＬＩＭＰ，ＬＣＡＬＬ，ＣＡＬＬ等）之前插入几条ＮＯＰ指令；２）在某些对系统工作至关重要的指令（如中断、堆栈 等）之前插入几条ＮＯＰ指令；３）在程序中每隔若干条指令插入一条ＮＯＰ指令；４）在多字节指令前插入一条 或两条ＮＯＰ指令．实践表明，采用这种方法存储单元的数量不会增加太多，还可大大提高系统的可靠性． １．２软件陷阱 当Ｐｃ值跑飞到非用户程序ＥＰＲＯＭ或Ｅ ＰＲＯＭ区（如ＥＰＲＯＭ中未被使用的空间或程序中的数据表格 区）时，常采用软件陷阱的方法来使程序纳入正轨．所谓软件陷阱就是一条引导指令，利用这条指令可强行将 程序引向一个指定的地址，该地址有一个专门的出错处理程序．假设该程序的入口标号为ＥＰＲＯＭ，则软件陷 阱由以下３条指令构成：
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】。（3）其他因素。电解铝生产现场中的电源等设备和仪器都会发出电、磁干扰，导致系统或仪表出现各类的故障。空中雷电对计算机等弱电设备有一定的干扰和破坏，从而对计算机的正常运行有一定的影响。
单片机硬件抗干扰技术的应用
单片机硬ｆ－Ｉ：抗千扰 工
一＋一—— ■墨曲
杜彦明 张大军
单片机由于其优异的性能价格比，被广泛地应 用于各个领域。随着单片机功能越来越完善，硬件 的设计也变得越来越简单。实验室里设计的控制系 统，在安装、调试后完全符合设计要求，但把系统 置入现场后，系统常常不能够正常稳定地工作，产 生这种情况的原因主要是现场环境复杂和各种各样 的电磁干扰，所以单片机应用系统的可靠性设计、 抗干扰技术的应用变得越来越重要了。 １干扰的来源和后果
工控现场环境中干扰是以脉冲的形式进入单片 机系统，其主要的渠道有三条，即，空间干扰、供 电系统干扰、过程通道干扰。空间干扰多发生在高 电压、大电流、高频电磁场附近，并通过静电感应， 电磁感应等方式侵入系统内部；供电系统干扰以电 源的噪声干扰引起的；过程通道干扰是干扰通过前 向通道和后向通道进入系统。干扰一般沿各种线路 侵入系统。系统接地装置不可靠，也是产生干扰的 重要原因。各类传感器，输入输出线路的绝缘损坏 均有可能引入干扰。干扰产生的后果： （１）数据采集误差加大。 当干扰侵入单片机系统的前向通道叠加在信号 上，会使数据采集误差增大，特别是前向通道的传 感器接口是小电压信号输入时，此现象会更加严重。 （２）程序运行失常。 ａ．控制状态失灵。在单片机系统中，由于干扰 的加入使输出误差加大，造成逻辑状态改变，最终 导致控制失常。ｂ．死机。在单片机系统受强干扰后， 造成程序计数器Ｐ Ｃ值的改变，破坏程序正常运行。 （３）系统被控对象误操作。 ａ．单片机内部程序指针错乱，指向了其它地方， 运行了错误的程序。ｂ．ＲＡＭ中的某些数据被冲乱或 者特殊寄存器的值被改变，使程序计算出错误的结 果。Ｃ．中断误触发，使系统进行错误的中断处理。 （４）被控对象状态不稳定。 锁存电路与被控对象间的线路（包括驱动电路）受 干扰，从而造成被控对象状态不稳定。 （５）定时不准。 ａ．单片机内部程序指针错乱，使中断程序运行 超出定时时间。ｂ．ＲＡＭ中计时数据被冲乱，使程序 计算出错误的结果。 （６）数据发生变化。 在单片机应用系统中，由于外部ＲＡＭ是可读写 的，在干扰的侵入下，ＲＡＭ中数据有可能发生改变， 虽然ＲＯＭ能避免干扰破坏，但单片机片内ＲＡＭ以 及片内各种特殊功能寄存器等状态都有可能受干扰 而变化，甚至ＥＥＲＯＭ中的数据也可能误读写，使 程序计算出错误的结果。 针对以上出现的问题，本文分别从硬件方面来 探讨一些提高单片机应用系统抗干扰能力的方法。 ２ 单片机应用系统的 硬件抗干扰设计
单片机芯片解密破解方法+单片机和数字电路抗干扰方法
单片机芯片解密破解方法
单片机和数字电路抗干扰方法
单片机芯片解密破解方法
单片机(MCU)一般都有内部EEPROM/FLASH供用户存放程序和工作数据。什么叫单片机解密呢?如果要非法读出里的程式，就必需解开这个密码才能读出来，这个过程通常称为单片机解密或芯片加密。
为了防止未经授权访问或拷贝单片机的机内程序，大部分单片机都带有加密锁定位或者加密字节，以保护片内程序；如果在编程时加密锁定位被使能(锁定)，就无法用普通编程器直接读取单片机内的程序，单片机攻击者借助专用设备或者自制设备，利用单片机芯片设计上的漏洞或软件缺陷，通过多种技术手段，就可以从芯片中提取关键信息，获取单片机内程序这就叫单片机解密。大部分单片机程式写进单片机后，工程师们为了防止他人非法盗用，所以给加密，以防他人读出里面的程式。 单片机加解密可划分为两大类，一类是硬件加解密，一类是软件加解密。硬件加密，对于单片机来说，一般是单片机厂商将加密熔丝固化在IC内，熔丝有加密状态及不加密状态，如果处于加密状态，一般的工具是读取不了IC里面的程序内容的，要读取其内容，这就涉及到硬件解密，必须有专业的硬件解密工具及专业的工程师。
其实任何一款单片机从理论上讲，攻击者均可利用足够的投资和时间使用以上方法来攻破。这是系统设计者应该始终牢记的基本原则，因此，作为电子产品的设计工程师非常有必要了解当前单片机攻击的最新技术，做到知己知彼，心中有数，才能有效防止自己花费大量金钱和时间辛辛苦苦设计出来的产品被人家一夜之间仿冒的事情发生。
众所周知，目前凡是涉及到单片机解密的领域一般都是进行产品复制的，真正用来做研究学习的，不能说没有，但是相当罕见。所以，想破解单片机解密芯片破解，就得知道单片机解密芯片破解的原理。 单片机和数字电路抗干扰方法
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。
单片机应用系统的软件抗干扰技术
2006年9月第5卷第3期三门峡职业技术学院学报(综合版)JournalofSanmenxiaPolytechnic(ComprehensiveEdition)SepVol.,2006.5,No.3科学与技术单片机应用系统的软件抗干扰技术刘玉宾，刘许亮(黄河水利职业技术学院自动化工程系，河南开封475004)摘要:在单片机应用系统中，必须考虑杭干扰的问题。指令冗余、软件陷阱及软件“看门狗”等技术是有效的软件杭干扰措施。干扰后系统复位时，应将重要系统信息从备份中恢复，并将已激活的中断标志清除。关键词:杭干扰;指令冗余;软件陷阱;看门狗;系统恢复中图分类号:TP368.1文献标识码:A文章编号:1671-9123(2006)03-0098-03收稿日期:2006-03-12作者简介:刘玉宾(1973-)，男，吉林桦甸人，黄河水利职业技术学院讲师。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[2101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。[3]如果数字信号属于开关量信号，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程序，程序中设置采样成功和失败标志，对同一开关量信号进行若干次采样，若采样结果完全一致，则成功标志置位，否则失败标志置位，后续程序可通过判别这些标志来决定程序的流向。1.2数字量输出中的软件抗干扰在数字量输出通道中，单片机给出一个正确的数据后，由于外部的干扰作用有可能使输出装置得到一个被改变了的数据，从而使输出装置发生误动作。对数字量输出软件抗干扰的有效方法是重复输出同一个数据，重复周期尽可能短。这样输出装置在得到一个被干扰的错误信号后，还来不及反应，一个正确的信号又来到了，从而可以防止误动作的产生。在程序结构上，可将输出过程安排在监控循环中，循环周期尽可能短。经过这种安排后输出功能是作为一个整体模块来执行的，软件设计中还要为各个外部输出设备建立相应的输出暂存单元，每次将应输出的结果存人暂存单元。在执行输出功能模块时，应将输出接口芯片的初始状态也一并重新设置，以避免因干扰作用导致这些芯片工作方式控制字发生的变化，确保输出功能的正确实现。2程序执行过程中的软件抗干扰前述的抗干扰是针对输入输出通道而言的，干扰信号还未作用到CPU本身，此时CPU还能正确执行各种抗干扰程序。如果干扰信号通过某种途径作用到了CPU上，则CPU就不能按正常状态执行程序，从而引起混乱，也就是通常所说的程序“跑飞”。因此在单片机应用系统进行软件设计时就要考虑到万一程序“跑飞”，应使其能够自动恢复到正常状态下运行。2.1指令n余技术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“跑飞”，当“跑飞”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。在程序的关键地方人为插人一些单字节的空操作指令NOP,或将有效的单字节指令重写，称为指令冗余。通常在双字节指令和三字节指令之后插人两条单字节的NOP指令，可保证其后的指令不被拆散。对于程序流向起重要作用的指令如RET,RETI,LCALL,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，这样即使失控程序“跑飞”到操作数上，由于空操作指令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。采用指令冗余使“跑飞”的程序恢复正常是有条件的，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。在一个程序中指令冗余不能使用过多，否则会降低程序的执行效率。2.2软件陷阱如果“跑飞”的程序落到非程序区(如EPROM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，这时可以采用软件陷阱的抗干扰技术。软件陷阱是一条引导指令，可以将捕获的程序强行引向一个指定的地址，该地址安排了一段专门的出错处理程序。假设出错处理程序的人口地址为ERR，则下面三条指令即构成一个“软件陷阱”。NOPNOPLJMPERR软件陷阱一般安排在以下四种地方。2.2.1未使用的中断向量区MCS-51单片机的中断向量区为0003H-002FH，如果单片机应用系统未使用全部中断向量区，则可在剩余的中断向量区安排“软件陷阱”，以便捕捉到错误的中断。例如应用系统中使用了INTO、INT1和TO中断，其中断服务程序人口地址分别为FUINTO,FUINT1和FUNTO，则可按如下方式设置中断向量区。ORGOOOOHOOOOHSTART:LJMPMAIN;转主程序0003HLJMPFUINTO;INTO中断程序人口0006HNOP沉余指令0007HNOP0008HLJMPERR;软件陷阱;INT1,TO中断类同OOIBHLJMPERR;软件陷阱(TI)001EHNOP沉余指令001FHNOP0020HLJMPERR;软件陷阱;串行口类同2.2.2未使用的EPROM空间一般来讲，单片机应用系统中的EPROM芯片很少用完全部空间，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“跑飞”的程序而自动人轨。2.2.3表格区表格一般分为数据表格和散转表格两种，由于表格的内容与检索值的一一对应关系，在表格中安排软件陷阱会破坏其连续性和对应关系，因此只能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，有可能在中途程序再次“跑飞”。2.2.4程序运行区程序区是由一系列的指令所构成的，不能在这些指令中间任意安排陷阱，否则会影响程序的正常运行。但一般程序常采用模块化设计，然后按要求一个模块、一个模块地执行，可以将陷阱指令组分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”落人这些陷阱区，由于陷阱指令组的存在，可以马上将“跑飞”程序自动人轨。2.3软件“看门狗”技术如果“跑飞”程序陷人死循环中，指令冗余和软件陷阱都将无能为力，通常采用程序监视技术，又称“看门狗”技术，使程序脱离死循环。单片机应用系统的程序往往采用循环运行方式，每一次循环时间基本固定，“看门狗”技术就是不断监视程序循环时间，若发现时间超过已知的循环设定时间，则认为系统陷人了死循环，然后强迫程序转向出错处理，使系统运行纳人正轨。下面一段程序是以8031的TO为例构成的定时约为10ms的软件“看门狗”，假定系统时钟为6MHz,MOVTMOD,#01H;设置TO为16位定时方式SETBETO;允许TO中断SETBPTO;设置TO为高级中断MOVTHO,#OEOH;定时约为10msSETBTRO;启动TOSETBEA;开中断软件“看门狗”启动后，系统工作程序必须每隔小于lOms的时间执行一次MOVTHO,#OEOH指令，重新设置TO的计数初值。如果程序“跑飞”后执行不到这条指令，则在lOms内会产生一次TO溢出中断，在TO中断向量区安排一条LJMPERR转人出错处理即可使程序自动人轨。3系统的恢复三门峡职业技术学院学报前述各项抗干扰措施解决了应用系统如何捕捉“跑飞”的程序，但仅此还不够，还应使单片机能够根据被破坏的残留信息使系统自动恢复到正常工作状态。3.1软件复位与中断激活标志的清除用软件抗干扰措施使系统恢复到正常状态，是对系统的当前状态进行修复和有选择的初始化，这种操作称为“热启动”。热启动时，首先要对系统进行软件复位，也就是执行一系列指令来使各专用寄存器达到与硬件复位时同样的状态，这里需要注意的是还要清除中断激活标志。系统受到干扰后，程序出错很有可能出现在中断子程序中，单片机响应中断后会将相应的中断标志置位，阻止同级中断响应，因此，在出错处理程序中必须清除已激活的中断标志，才能消除系统热启动后不响应中断的隐患。程序如下:ERR:CLREA;MOVDPTR,#ERR1;PUSHDPL;PUSHDPH;RETI;ERR1:MOV66H,#OAAH;MOV67H,#55H;CLRA;PUSHAcc;PUSHAcc;KETI;关中断准备返回地址清除高级中断激活标志重建上电标志准备复位地址压入复位地址清除低级中断激活标志在出错处理程序中清除了全部的中断激活标志，并在66H和67H两个单元中存放了一个特定的数据OAA55H作为软件复位标志，系统执行复位操作时可根据这一标志来决定进行全面初始化还是有选择的部分初始化。3.2重要数据备份与恢复系统受到干扰时，会使RAM中的一些数据遭到破坏，因此系统重要信息应采取备份措施。下面介绍一种三重数据冗余编码，它是将每个重要的系统信息重复存放在三个互不相关的地址单元中，建立双重数据备份。如果系统采用了片外RAM，应在片外RAM中对重要信息进行双重备份，因为片外RAM中的信息只有MOVX指令才能对它进行修改，而能够修改片内RAM中信息的指令则要多得多。当系统受到干扰后，可以根据这些备份信息进行系统信息的恢复，通常采用三中取二的表决流程。所有重要系统信息都要一一进行表决，对表决成功的信息将结果再写回到原来的地址，以进行统一，对于表决失败的信息要进行登记。若表决全部成功，系统将得到满意的恢复，如果有失败者，则应根据失败信息的特征采取其他的补救措施，如从现场采集数据来帮助判断，或按该信息的初始值处理等。在恢复了关键的信息之后，还要对各种外围芯片重新写人它们的命令控制字，必要时还要补充一些新的信息，才能使系统重新进人工作循环。参考文献:[1]何立民.单片机应用系统抗干扰技术【M].北京:北京航空航天大学出版社，2000.[2l胡健.单片机实用教程[Ml.北京:兵器工业出版社，2001.[31朱贵宪.徽机接口设计中的嗓声控制及杭干扰设计田.仪器仪表用户，2003(10).TheSoftwareAnti刁ammingTechniquesofMCUApplicationSystemsLIUYu-binLIUXu-hang(AutomationEngineeringDepartment,YellowRiverConservancyTechnicalInstitute,Kaifeng475004,China)Abstract:Itisnecessarytotakeintoaccounttheissueofanti一ammingintheMCUapplicationsystems.Thetechniques,suchasinstructionredundancy,softwaretrapandsoftwarewatchdog,etc.,aretheeffec-tiveanti勺ammingmeasures.Afterthesystemrestorationfromdisturbance,theimportantsysteminforma-tionshouldberesumedfromthebackupandtheinterruptingsigncleanedout.Keywords:Anti一amming;Instructionredundancy;Softwaretrap;Watchdog;Systemcomeback(责任编辑李少斌)100
以单片机为核心的工控计算机软件抗干扰技术分析
【高新技术产业发展】 鬟翳 ＶＡＬＬＥＪＬ
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２０００９２；２．宁夏师范学院宁夏固原７５６０００）
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。
关键词：单片机；工控计算机软件；抗干扰
中图分类号：ＴＰ１文献标识码：Ａ文章编号：１６７１—７５９７（２０１３）０１２００３３—０１
软件抗干扰就是ＣＰＵ在软件运行过程中对自己进行监视和
检测，及时诊断机器运行故障并修复错误，确保程序正确运行
的编程方法。
１工控计算机软件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Ｐｃ值改变： 被干扰后的ＰＣ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”；
ＲＡＭ数据区受到干扰，导致ＲＡＭ区数据改变或丢失。
２软件运行过程中的自监视法
计算机ＣＰＵ内部都具有看门狗定时器，利用定时中断来监
单片机测控系统中的抗干扰措施
第２６卷第３期 ２ ００８年５月 西安航空技术高等专科学校学报 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｘｉ’ａｎ Ａｅｒｏｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｃｏｌｌｅｇｅ ｖ０Ｉ．２６Ｎｏ．３ Ｍａｙ ２ ０ ０ ８
单片机测控系统中的抗干扰措施 唐征兵，侯睿 （西安航空技术高等专科学校电气工程系，陕西西安７１００７７） 摘要：在单片机测控系统中，抗干扰性能是系统可靠性的重要指标，抗干扰设计是单片机测控系统研制中必须要 考虑的重要内容。通过比较探讨抗电源干扰、抗信号通道干扰、印刷电路板抗干扰以及软件抗干扰等四种单片机测 控系统中的四种干扰类型，结合工业现场给出了几种行之有效的抗干扰措施。 关键词：单片机；测控系统；抗干扰措施 中图分类号：ＴＭ４７２文献标识码：Ａ文章编号：１００８—９２３３（２００８）０３—００３６—０３ 随着科学技术的迅速发展，人们对单片机测控系统的各 种性能要求越来越高。而系统的可靠性更倍受人们的关注， 这是因为系统的可靠性决定了系统能否实现对目标的精确 测控。这就要求我们在设计测控系统时应根据现场具体情 况，认真分析可能存在的干扰源，在硬件设计、印刷电路板设 计、软件设计等方面采取相应的抗干扰措施。就单片机测控 系统而言，其主要干扰是来自电源和信号传输通道的干扰。 １抗电源干扰的措施 在工业现场，大部分单片机测控系统通常没有专线供 电，而是由市电供电。市电网络的干扰因素很多，如雷电、大 容量负载的起停、瞬时断电及停电等，都会造成电源瞬间欠 压、过载，以致产生浪涌、下陷、尖峰等干扰，使系统不能正常 工作。实践证明，测控系统因外部干扰引起的故障中，８０％ 以上是因电源干扰产生的。因此，抑制电源干扰，提高电源 供电质量是保证系统正常工作的关键。 １．１用滤波器抑制高频干扰 市电中含有多种高次谐波，它们很容易经电源进入单片 机系统，还有一些射频发射、电磁波等也会由电源线感应反 馈入单片机测控系统造成干扰。因此，在电源电路中必需采 取有效地滤波措施，来抑制这些高频干扰的侵入。电源滤波 的一般方法是在电源变压器初、次级分别设置低通滤波器和 线间电容滤波器，使５０Ｉ－－Ｉｚ市电基波通过，而抑制掉高频信 号。此外在变压器的初、次级之间均采用屏蔽层隔离，其中 初级屏蔽层接大地，次级屏蔽层接系统逻辑地，以减少其分 布电容，提高抗共模干扰的能力。图１给出了一种典型的低 通滤波器电路。 ＬＩ Ｌ，
单片机应用系统中的抗干扰技术
第２４卷第２期 ２００８年１月 甘肃科技 Ｇａｎｓｕ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ．２４＾ｒ。．２ Ｊａｎ． ２００８
单片机应用系统中的抗干扰技术
王宗剐 （河西学院机电工程系。甘肃张掖７３４０００） 摘要：文章分析了单片机应用系统中干扰的来源和后果，提出了一些在实际应用中取得了良好效果的减小和消除 干扰的硬件、软件的技术和方法。 关键词：单片机；抗干扰；硬件；软件 中图分类号：ＴＰ３６８
１ 概述 单片机具有集成度高、体积小、可靠性强、价格 低、面向控制等特点，在工业控制、智能仪器仪表、智 能化设备和家用电器等领域得到广泛应用。单片机 控制系统的可靠性由多种因素决定，一个系统的正 确与否，不仅取决于系统的设计思想和方法，同时还 取决于系统的抗干扰措施，不然势必会出现原理正 确而系统稳定性差，甚至不能实施，使得耗费了大量 钱财和时间研制出来的控制系统成为一种摆设，因 此，抗干扰技术的研究越来越引起大家的高度重视。 干扰是造成单片机控制系统故障的主要原因之一， 干扰对系统的影响轻则影响测量与控制精度，重则 使工作系统完全失常。 本文主要分析单片机应用系统干扰的来源和后 果，并结合自己的教学和实践工作经验，从软、硬两 个方面给出具体的解决方法。 ２单片机应用系统干扰的来源和后果 ２．１ 单片机应用系统干扰的来源 干扰进人单片机应用系统主要有三条渠道，即 空干扰多发生在高电压、大电流、高频电磁场附近， 并通过静电感应，电磁感应等方式侵入系统内部；供 电系统干扰是由电源的噪声干扰引起的；过程通道 干扰是干扰通过前向通道和后向通道进入系统的。 干扰一般沿各种线路侵入系统。系统接地装置不可 靠，也是产生干扰的重要原因；各类传感器，输人／输 出线路的绝缘损坏均有可能引入干抚。 ２．２单片机应用系统干扰的后果 影响单片机应用系统可靠、安全运行的主要因 素来自系统内部和外部的各种电磁干扰，以及系统 结构设计、元器件安装、加工工艺和外部电磁环境条 件等。这些因素对单片机系统造成的干扰后果主要 表现在以下几个方面： （１）测量数据误差加大 干扰侵入单片机系统测量单元模拟信号的输入 通道，叠加在测量信号上，会使数据采集误差加大， 甚至干扰信号淹没测量信号。 （２）影响单片机ＲＡＭ存储器和Ｅ。ＰＲＯＭ等 在单片机系统中，程序及表格、数据存在程序存 储器ＥＰＲＯＭ或ＦＬＡＳＨ中，避免了这些数据受干 扰破坏。但是，对于片内ＲＡＭ、外扩ＲＡＭ、Ｅ一 ２ＰＲＯＭ中的数据都有可能受到外界干扰而变化。 （３）控制系统失灵 单片机输出的控制信号通常依赖于某些条件的 状态输入信号和对这些信号的逻辑处理结果。若这 些输入的状态信号受到干扰，引入虚假状态信息，将 导致输出控制误差加大，甚至控制失灵。 （４）程序运行失常 外界的干扰有时导致机器频繁复位而影响程序 的正常运行。若外界干扰导致单片机程序计数器 ＰＣ值的改变，则破坏了程序的正常运行。由于受干 扰后的ＰＣ值是随机的，程序将执行一系列毫无意 义的指令，这将使输出严重混乱。 （５）系统被控对象误操作 单片机内部程序指针错乱，指向了其它地方，运 行了错误的程序；同样，ＲＡＭ中的某些数据被冲乱 或者特殊寄存器的值被改变，使程序计算出错误的 结果。以及中断误触发，使系统进行错误的中断处 理。 （６）被控对象状态不稳定 锁存电路与被控对象间的线路（包括驱动电路） 受干扰，从而造成被控对象状态不稳定。