单片机应用系统抗干扰技术分析.doc

 本文分析了干扰对单片机应用系统产生的影响，采用硬件与软件相结合的抗干扰技术，从硬件设备和软 件编程两个方面采取具体的抗干扰措施，并且同时完善系统监控程序，有利地确保了单片机应用系统可靠、 安全运行。 单片机应用系统抗干扰技术分析 ■ 广东省技师学院机电工程系 鄢光辉 白云生 目前单片机广泛应用在工业自动化、 生产过程控制、智能仪器仪表等领域，大 大提高了产品的质量和生产效率。但是， 测控系统结构设计、元器件安装、加工工 艺和外部电磁环境条件，以及单片机的软 件设计方面等，对系统的可靠性与安全性 构成了极大的威胁。单片机测控系统必须 长期稳定、可靠运行，否则将导致控制误 差加大，严重时会使系统失灵，甚至造成 巨大损失。硬件抗干扰是主动的，而软件 抗干扰是被动的。分析硬件与软件相结合 的抗干扰技术，从软、硬两个方面给出具 体的抗干扰措施。 RAM、外扩 RAM、E2PROM 中的数据都有可 能受到外界干扰而变化。 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，甚至造成控制失灵。 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，最后进入“死循环”，这将使输出 严重混乱或死机。 影响应用系统可靠、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： 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，甚至干扰信号淹没检 测的一些微弱信号，如人体的生物电信 号等。 影响单片机 RAM 存储器和 EPROM 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 分析硬件干扰形成的因素和传播的途径 1.形成硬件干扰的基本因素有三个： ①干扰源。指产生干扰 的元件、设备和信号，如 雷电、继电器、可控硅、 电机、高频时钟、感性 负载、晶闸管等都可能 成为干扰源；②传播 路径。指干扰从干扰源 传播到敏感元件的通路 或媒介。典型的干扰传 播路径是通过导线的传 2006 年第 5 期 电气技术 57 硬件抗干扰技术 干扰对单片机应用系统的影响 产品与应用 用，而双胶线有抵消电磁感应干扰的作 用。开关信号检测线和模拟信号检测线可 以使用屏蔽双胶线，来抵御静电和电磁感 应干扰；特殊的干扰源也可以用屏蔽线连 接，屏蔽了干扰源向外施加干扰。 (4)印制电路板（PCB ）的设计必须 遵守 PCB 设计原则，并应符合抗干扰设计 的要求。 ①关键器件放置。电路板合理分区， 如强、弱信号，数字、模拟信号，干扰 源尽可能远离敏感元件。器件布置应把相 互有关的器件尽量放得靠近些，这样可以 获得较好的抗噪声效果，如 CPU 复位电 路、硬件看门狗电路要尽量靠近 CPU 相应 引脚；易产生噪声的器件、大电流电路等 应尽量远离逻辑电路，如有可能，应另外 做电路板。② D/A、A/D 转换电路要特别 注意地线的正确连接，否则干扰影响将很 严重。D/A、A/D 芯片及采样芯片均提供 了数字地和模拟地，分别有相应的管脚。在 线路设计中，必须将所有器件的数字地和 模拟地分别相连，但数字地与模拟地仅在 一点上相连。③可以采用屏蔽保护，屏蔽可 用来隔离空间辐射。对噪声特别大的部件 （如变频电源、开关电源）可以用金属盒罩 起来以减少噪声源对单片机的干扰，对容 易受干扰的部分，可以增加屏蔽罩并接 地，使干扰信号被短路接地。④电路板上 每个IC要并接一个0.01～0.1μF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，这 会影响滤波效果。布线时避免90°折线，减 少高频噪声发射。 (5)电子线路设备正确良好的接地也是 抑制干扰噪声的重要方法。良好的接地可 以在很大程度上抑制系统内部噪音耦合， 防止外部干扰的侵入，提高系统的抗干扰 能力。 ①在低频电路中，因寄生电抗的影响 不大，常采用一点接地，以减少地线造成 的地环路。在高频电路中，寄生电抗的影 响不容忽视，要采用多点接地，以避免各 接地点之间的耦合。②应用系统中数字地 导和空间的辐射；③敏感元件。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。 2.干扰窜入应用系统的主要途径有三 条：通过电磁