1幹擾對單片機應用係統的影響

1.1測量數據誤差加大

幹(gan)擾(rao)侵(qin)入(ru)單(dan)片(pian)機(ji)係(xi)統(tong)測(ce)量(liang)單(dan)元(yuan)模(mo)擬(ni)信(xin)號(hao)的(de)輸(shu)入(ru)通(tong)道(dao)，疊(die)加(jia)在(zai)測(ce)量(liang)信(xin)號(hao)上(shang)，會(hui)使(shi)數(shu)據(ju)采(cai)集(ji)誤(wu)差(cha)加(jia)大(da)。特(te)別(bie)是(shi)檢(jian)測(ce)一(yi)些(xie)微(wei)弱(ruo)信(xin)號(hao)，幹(gan)擾(rao)信(xin)號(hao)甚(shen)至(zhi)淹(yan)沒(mei)測(ce)量(liang)信(xin)號(hao)。

1.2控製係統失靈

單(dan)片(pian)機(ji)輸(shu)出(chu)的(de)控(kong)製(zhi)信(xin)號(hao)通(tong)常(chang)依(yi)賴(lai)於(yu)某(mou)些(xie)條(tiao)件(jian)的(de)狀(zhuang)態(tai)輸(shu)入(ru)信(xin)號(hao)和(he)對(dui)這(zhe)些(xie)信(xin)號(hao)的(de)邏(luo)輯(ji)處(chu)理(li)結(jie)果(guo)。若(ruo)這(zhe)些(xie)輸(shu)入(ru)的(de)狀(zhuang)態(tai)信(xin)號(hao)受(shou)到(dao)幹(gan)擾(rao)，引(yin)入(ru)虛(xu)假(jia)狀(zhuang)態(tai)信(xin)息(xi)，將(jiang)導(dao)致(zhi)輸(shu)出(chu)控(kong)製(zhi)誤(wu)差(cha)加(jia)大(da)，甚(shen)至(zhi)控(kong)製(zhi)失(shi)靈(ling)。

1.3影響單片機RAM存儲器和E2PROM等

在單片機係統中
，程序及表格
、數據存在程序存儲器EPROM或FLASH中，避免了這些數據受幹擾破壞。但是，對於片內RAM

、外擴RAM
、E2PROM中的數據都有可能受到外界幹擾而變化。

1.4程序運行失常

外界的幹擾有時導致機器頻繁複位而影響程序的正常運行。若外界幹擾導致單片機程序計數器PC值的改變
，則破壞了程序的正常運行。由於受幹擾後的PC值是隨機的
，程序將執行一係列毫無意義的指令，最後進入“死循環”，這將使輸出嚴重混亂或死機。

2如何提高我們設備的抗幹擾能力

2.1解決來自電源端的幹擾

單片機係統中的各個單元都需要使用直流電源
，而直流電源一般是市電電網的交流電經過變壓、整流
、濾波、穩(wen)壓(ya)後(hou)產(chan)生(sheng)的(de)，因(yin)此(ci)電(dian)網(wang)上(shang)的(de)各(ge)種(zhong)幹(gan)擾(rao)便(bian)會(hui)引(yin)入(ru)係(xi)統(tong)。除(chu)此(ci)之(zhi)外(wai)
，由(you)於(yu)交(jiao)流(liu)電(dian)源(yuan)共(gong)用(yong)
，各(ge)電(dian)子(zi)設(she)備(bei)之(zhi)間(jian)通(tong)過(guo)電(dian)源(yuan)也(ye)會(hui)產(chan)生(sheng)相(xiang)互(hu)幹(gan)擾(rao)
，因(yin)此(ci)抑(yi)製(zhi)電(dian)源(yuan)幹(gan)擾(rao)尤(you)其(qi)重(zhong)要(yao)。電(dian)源(yuan)幹(gan)擾(rao)主(zhu)要(yao)有(you)以(yi)下(xia)幾(ji)類(lei)：

2.1.1電源線中的高頻幹擾（傳導騷擾）

供電電力線相當於一個接受天線，能把雷電、電弧、廣播電台等輻射的高頻幹擾信號通過電源變壓器初級耦合到次級，形成對單片機係統的幹擾
；解決這種幹擾，一般通過接口防護；在接口增加濾波器
、或者使用隔離電源模塊解決。

2.1.2感性負載產生的瞬變噪音（EFT）

切斷大容量感性負載時，能產生很大的電流和電壓變化率，從而形成瞬變噪音幹擾，成為電磁幹擾的主要形式；解決這種幹擾，一般通過屏蔽線與雙膠線，或在電源接口、信號接口進行濾波處理。這二種方法都需要在係統接地良好的情況下進行，濾波器
、接口濾波電路都必須良好的接地，這樣才能有效的將幹擾泄放。

2.2模擬信號采樣抗幹擾技術

單片機應用係統中通常要對一個或多個模擬信號進行采樣，並將其通過A/D轉換成數字信號進行處理。為了提高測量精度和穩定性，不僅要保證傳感器本身的轉換精度
、傳感器供電電源的穩定、測量放大器的穩定
、A/D轉zhuan換huan基ji準zhun電dian壓ya的de穩wen定ding，而er且qie要yao防fang止zhi外wai部bu電dian磁ci感gan應ying噪zao聲sheng的de影ying響xiang，如ru果guo處chu理li不bu當dang，微wei弱ruo的de有you用yong信xin號hao可ke能neng完wan全quan被bei無wu用yong的de噪zao音yin信xin號hao淹yan沒mei。在zai實shi際ji工gong作zuo中zhong，可ke以yi采cai用yong具ju有you差cha動dong輸shu入ru的de測ce量liang放fang大da器qi
，采cai用yong屏ping蔽bi雙shuang膠jiao線xian傳chuan輸shu測ce量liang信xin號hao
，或huo將jiang電dian壓ya信xin號hao改gai變bian為wei電dian流liu信xin號hao
，以yi及ji采cai用yong阻zu容rong濾lv波bo等deng技ji術shu。

2.3數字信號傳輸通道的抗幹擾技術

數字輸出信號可作為係統被控設備的驅動信號（如繼電器等），數字輸入信號可作為設備的響應回答和指令信號（如行程開關、啟動按鈕等）。數字信號接口部分是外界幹擾進入單片機係統的主要通道之一。在工程設計中
，對數字信號的輸入/輸出過程采取的抗幹擾措施有：傳輸線的屏蔽技術，如采用屏蔽線
、雙膠線等；采用信號隔離措施；合理接地，由於數字信號在電平轉換過程中形成公共阻抗幹擾
，選擇合適的接地點可以有效抑製地線噪聲。

2.4硬件監控電路

在單片機係統中，為了保證係統可靠、穩定地運行，增強抗幹擾能力，需要配置硬件監控電路，硬件監控電路從功能上包括以下幾個方麵：

（1）上電複位：保證係統加電時能正確地啟動；

（2）掉電複位：當電源失效或電壓降到某一電壓值以下時，產生複位信號對係統進行複位；

（3）電源監測：供電電壓出現異常時，給出報警指示信號或中斷請求信號
；

（4）硬件看門狗：當處理器遇到幹擾或程序運行混亂產生“死鎖”時，對係統進行複位。

2.5PCB電路合理布線

PCB板設計的好壞對抗幹擾能力影響很大。因此
，在進行PCB設計時
，必須遵守PCB設計的一般原則，並應符合抗幹擾設計的要求。下麵著重說明兩點：

2.5.1關鍵器件放置

在器件布置方麵與其它邏輯電路一樣，應把相互有關的器件盡量放得靠近些，這樣可以獲得較好的抗噪聲效果。時鍾發生器、晶振和CPU的時鍾輸入端都易產生噪聲，要相互靠近些；CPU複位電路、硬件看門狗電路要盡量靠近CPU相應引腳；易產生噪聲的器件、大電流電路等應盡量遠離邏輯電路。

2.5.2D/A
、A/D轉換電路地線的正確連接

D/A、A/D芯xin片pian及ji采cai樣yang芯xin片pian均jun提ti供gong了le數shu字zi地di和he模mo擬ni地di
，分fen別bie有you相xiang應ying的de管guan腳jiao。在zai線xian路lu設she計ji中zhong，必bi須xu將jiang所suo有you器qi件jian的de數shu字zi地di和he模mo擬ni地di分fen別bie相xiang連lian，但dan數shu字zi地di與yu模mo擬ni地di僅jin在zai一yi點dian上shang相xiang連lian。另ling外wai，也ye可ke以yi采cai用yong屏ping蔽bi保bao護hu，屏ping蔽bi可ke用yong來lai隔ge離li空kong間jian輻fu射she。對dui噪zao聲sheng特te別bie大da的de部bu件jian（如變頻電源
、開關電源）可以用金屬盒罩起來以減少噪聲源對單片機的幹擾
，對容易受幹擾的部分
，可以增加屏蔽罩並接地，使幹擾信號被短路接地。

2.6軟件抗幹擾原理及方法

盡jin管guan我wo們men采cai取qu了le硬ying件jian抗kang幹gan擾rao措cuo施shi

，但dan由you於yu幹gan擾rao信xin號hao產chan生sheng的de原yuan因yin錯cuo綜zong複fu雜za，且qie具ju有you很hen大da的de隨sui機ji性xing，很hen難nan保bao證zheng係xi統tong完wan全quan不bu受shou幹gan擾rao。因yin此ci，往wang往wang在zai硬ying件jian抗kang幹gan擾rao措cuo施shi的de基ji礎chu上shang，采cai取qu軟ruan件jian抗kang幹gan擾rao技ji術shu加jia以yi補bu充chong，作zuo為wei硬ying件jian措cuo施shi的de輔fu助zhu手shou段duan。軟ruan件jian抗kang幹gan擾rao方fang法fa具ju有you簡jian單dan、靈活方便、耗費低等特點，在係統中被廣泛應用。

2.6.1數字濾波方法

shuzilvboshizaiduimonixinhaoduocicaiyangdejichushang，tongguoruanjiansuanfatiquzuibijinzhenzhishujudeguocheng。shuzilvbodedesuanfalinghuo，kexuanzequanxiancanshu
，qixiaoguowangwangshiyingjianlvbodianluwufadadaode。

2.6.2輸入信號重複檢測方法

輸shu入ru信xin號hao的de幹gan擾rao是shi疊die加jia在zai有you效xiao電dian平ping信xin號hao上shang的de一yi係xi列lie離li散san尖jian脈mai衝chong，作zuo用yong時shi間jian很hen短duan。當dang控kong製zhi係xi統tong存cun在zai輸shu入ru幹gan擾rao，又you不bu能neng用yong硬ying件jian加jia以yi有you效xiao抑yi製zhi時shi
，可ke用yong軟ruan件jian重zhong複fu檢jian測ce的de方fang法fa，達da到dao“去偽存真”的(de)目(mu)的(de)，直(zhi)到(dao)連(lian)續(xu)兩(liang)次(ci)或(huo)連(lian)續(xu)兩(liang)次(ci)以(yi)上(shang)的(de)采(cai)集(ji)結(jie)果(guo)完(wan)全(quan)一(yi)致(zhi)時(shi)方(fang)為(wei)有(you)效(xiao)。若(ruo)信(xin)號(hao)總(zong)是(shi)變(bian)化(hua)不(bu)定(ding)，在(zai)達(da)到(dao)最(zui)高(gao)次(ci)數(shu)限(xian)額(e)時(shi)，則(ze)可(ke)給(gei)出(chu)報(bao)警(jing)信(xin)號(hao)。對(dui)於(yu)來(lai)自(zi)各(ge)類(lei)開(kai)關(guan)型(xing)傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)信(xin)號(hao)
，如(ru)限(xian)位(wei)開(kai)關(guan)、行程開關
、操作按鈕等
，都可采用這種輸入方式。如果在連續采集數據之間插入延時，則能夠對付較寬的幹擾。

2.6.3輸出端口數據刷新方法

kaiguanliangshuchuruanjiankangganraosheji，zhuyaoshicaiquzhongfushuchudefangfa，zheshiyizhongtigaoshuchujiekoukangganraoxingnengdeyouxiaocuoshi。duiyunaxieyongsuocunqishuchudekongzhixinhao
，zhexiecuoshihenyoubiyao。zaijinkenengduandezhouqinei，jiangshujuzhongfushuchu，shouganraoyingxiangdeshebeizaihaimeiyoulaidejixiangyingshi
，zhengquedexinxiyoudaolai
，zheyangjiukeyijishifangzhiwudongzuodechansheng。zaichengxujiegoudeanpaishang
，keweishuchushujujianliyigeshujuhuanchongqu
，zaichengxudezhouqixingxunhuantineijiangshujushuchu。duiyuzengliangkongzhixingshebeibunengzheyangzhongfusongshu，zhiyoutongguojiancetongdao

，congshebeidefankuixinxizhongpanduanshujuchuanshudezhengqueyufou。zaizhixingzhongfushuchugongnengshi，duiyukebianchengjiekouxinpian
，gongzuofangshikongzhiziyushuchuzhuangtaiziyibingzhongfushezhi，shishuchumokuaikekaodigongzuo。

2.6.4軟件攔截技術

當竄入單片機係統的幹擾作用在CPU部位時
，後果更加嚴重，將使係統失靈。最典型的故障是破壞程序計數器PC的狀態
，導致程序從一個區域跳轉到另一個區域
，或者程序在地址空間內“亂飛”

，或者陷入“死循環”。使用軟件攔截技術可以攔截“亂飛”的程序或者使程序擺脫“死循環”，並將運行程序納入正軌，轉到指定的程序入口。

2.6.5“軟件看門狗”技術

PC受到幹擾而失控
，引起程序“亂飛”，也可能使程序陷入“死循環”。當軟件攔截技術不能使失控的程序擺脫“死循環”的困境時，通常采用程序監視技術WDTTIMER（WDT），又稱“看門狗”技術，使程序脫離“死循環”。WDT是一種軟、硬件結合的抗程序跑飛措施，其硬件主體是一個用於產生定時T的計數器或單穩，該計數器或單穩基本獨立運行，其定時輸出端接至CPU的複位線，而其定時清零則由CPU控製。在正常情況下
，程序啟動WDT後，CPU周期性的將WDT清零，這樣WDT的定時溢出就不會發生，如同睡眠一般不起任何作用。在受到幹擾的異常情況下，CPU時序邏輯被破壞，程序執行混亂
，不可能周期性的將WDT清零，這樣當WDT的定時溢出時
，其輸出使係統複位
，避免CPU因一時幹擾而陷入癱瘓的狀態。

結語

隨著單片機係統的廣泛應用和技術的進步
，電磁幹擾問題越來越突出，推廣現有的、成熟的抗幹擾技術，研究抗幹擾的新技術、新(xin)方(fang)向(xiang)是(shi)單(dan)片(pian)機(ji)應(ying)用(yong)技(ji)術(shu)的(de)當(dang)務(wu)之(zhi)急(ji)。在(zai)單(dan)片(pian)機(ji)應(ying)用(yong)係(xi)統(tong)設(she)計(ji)及(ji)應(ying)用(yong)中(zhong)，隻(zhi)要(yao)充(chong)分(fen)考(kao)慮(lv)設(she)備(bei)的(de)電(dian)磁(ci)兼(jian)容(rong)性(xing)
，並(bing)通(tong)過(guo)各(ge)種(zhong)技(ji)術(shu)措(cuo)施(shi)來(lai)消(xiao)除(chu)幹(gan)擾(rao)，就(jiu)可(ke)以(yi)大(da)大(da)提(ti)高(gao)設(she)備(bei)的(de)穩(wen)定(ding)性(xing)和(he)可(ke)靠(kao)性(xing)。

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