单片机抗干扰技术..doc

单片机现场抗干扰的探索 唐新平 在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、抗干扰技术变得越来越重要了。 ??? 干扰的来源和后果 ??? 工业现场环境中干扰是以脉冲产的形式进人单片机系统的，其主要的渠道有三条，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。干扰产生的后果： ??? ·数据采集误差的加大 ??? 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输入时，此现象会更加严重。 ??? ·程序运行失常 ??? ①控制状态失灵? 在单片机系统中，由于干扰的加人使输出误差加大，造成逻辑状态改变，最终导致控制失常。 ??? ②死机 ??? 在单片机系统受强干扰后，造成程序计数器（PC）值的改变，破坏程序正常运行。 ??? ·系统被控对象误操作 ??? ①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； ??? ②DRAM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。 ??? ⑧中断误触发，使系统进行错误的中断处理。 ??? ·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。 ??? ·定时不准 ??? ①单片机内部程序指针错乱，使中断程序运行超出定时时间； ??? ②RAM中计时数据被冲乱，使程序计算出错误的结果。 ??? ·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EPROM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，本文分别从硬件和软件两个方面来探讨一些提高单片机应用系统抗干扰能力的方法。 ??? 单片机应用系统的硬件抗干扰设计 ??? 供电系统 ??? ·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定性，防止电源的过压和欠压。使用隔离变压器滤掉高频噪声，低通滤波器滤掉工频干扰。 ??? ·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稳压电路，必要时I/O供电分别采用DC-DC模块隔离，以避免各个部分相互干扰。 ??? 注意印制电路板的布线与工艺 ??? ·尽量采用多层印制电路板，多层板可提供良好的接地网，可防止产生地电位差和元件之间的耦合。 ??? ·印制电路板要合理分区。模拟电路区、数字电路区、功率驱动区要尽量分开，地线不能相混，分别和电源端的地线相连。 ??? ·元件面和焊接面应采用相互垂直、斜交、或者弯曲走线，避免相互平行以减小寄生耦合：避免相邻导线平行段过长；加大信号线间距。高频电路互联导线尽量短，使用45°或者圆弧折线布线，不要使用90°折线，以减小高频信号的发射。 ??? ·印制电路板要按单点接电、单点心接地的原则送电。三个区域的电源线、地线分三路引出。地线、电源线要尽量粗，噪声元件与非噪声元件要尽量离远一些。时钟振荡电路、特殊高速逻辑电路部分用地线圈起来，让周围电场趋近于零。 ??? ·使用满足系统要求的最低频率的时钟，时钟产生器要尽量靠近用到该时钟的器件。石英晶体振荡器外壳要接地，时钟线尽量短，时钟线要远离I/O线，在石英晶体振荡器下面要加大接地的面积而不应该走其它信号线。 ??? ·I/O驱动器件、功率放大器件尽量靠近? 印制板的边、靠近引出接插件。重要的信号线? 尽量、短并要尽量粗，并在两侧加上保护地。将信号通过扁平电缆引出时，要使用地线－信号－地线相间的结构。 ? ??·原则上每个IC元件要加一个0.01～0.1μF去耦电容，布线时去耦电容应尽量靠近IC的? 电源引脚和接地引脚。要选高频特性好的独石电容或瓷片电容做去耦电容。去耦电容焊在印制电路板上时，引脚要尽量短。 ??? ·闲置不用的IC引脚不要悬空以避免干扰引入。不用的运算放大器正输人端接地，负输入端接输出。单片机不用的I/O口定义成输出。单片机上有一个以上电源、接地端，每个都要接上，不要悬空。 ??? I/O干扰的抑制 ??? ·输入、输出信号加光电耦合器隔离，可以将主机部分和前向、后向通道及其它部分切断电路的联系，可有效的防止干扰进入主机系统。 ??? ·双绞线传输和终端阻抗匹