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单片机应用系统抗干扰问题研究

作者：刘晓菲日期：2015-12-24 13:16 来源：未知

【文章摘要】
单片机在应用过程中必然存在一定的干扰，因此，单片机抗干扰问题是保障其应用的重要环节。在进行单片机应用系统设计的过程中，通过硬件和软件设计都可以解决干扰问题，以此提高应用系统的工作准确性、稳定性。因此，本研究在分析了干扰进入测控系统后的影响的基础上，从硬件措施与软件措施两方面具体分析了单片机应用系统抗干扰解决方案。
【关键词】
单片机 ; 抗干扰 ; 硬件 ; 软件
1 单片机应用系统受干扰影响情况在单片机应用系统中，硬件设计上的完善可以提高系统在工作时的抗干扰能力，而应用软件的设计的完善可以进一步加强系统的抗干扰能力。因此，单片机应用系统抗干扰设计中，软件的抗干扰设计与硬件的抗干扰设计同样重要。一般来讲，干扰进入测控系统后，所造成的影响主要包括以下几点：
（1）加大了数据采集错误，尤其是当传感器接口为小信号输入时，该现象会更加明显。
（2）控制状态不正常，单片机应用系统控制状态的输出一般是由某些条件状态的输入来决定的，当系统经受干扰时，不仅会对输出信号造成影响，导致输出控制失误，同时还可能影响控制条件，导致控制输出错误现象。
（3）数据发生不正常变化。干扰会造成单片机RAM及特殊功能寄存器内容发生不正常变化。最终导致程序状态的变化，使数值误差现象出现，甚至使某些部件的工作状态不正常，控制失灵。
（4）程序运行不正常。当干扰十分强烈时，会导致程序计数器Pc的值出现不正常变化，进而造成程序的混乱，甚至使系统不能正常运行。
2 抗干扰技术设计解决方案每个单片机应用系统都受到多种不同的干扰因素，笔者结合自身工作经验及相关理论知识，将这些因素进行总结，提出了实际应用过程中的几种抗干扰设计方案。
2.1 电源、地线干扰
(1) 电源干扰
目前，单片机应用系统以市电应用为主，但是，由于工业生产过程中，生产负荷的变化较大，诸如电焊机、大型电机等用电设备的启停，通常会使电源出现严重的波动，电源的启停的瞬间会形成非常大的尖峰脉冲，将严重威胁着系统的运行安全与稳定性。针对于这种电源干扰，笔者认为在有条件的情况下，可以避免使用过程中与这些干扰源离得过近，也可以采用专用的抗尖蜂干扰抑制器与不间断电源UPS。
(2) 地线干扰
在单片机应用系统中，接地的正确与否将对系统的正常运行造成最为直接的影响，因此，一定要保证接地的准确性。地线处理包括两个方面，一是接地是否正确，以防止系统各个部分的串扰，二是接地是否牢固，以防止接地线上的压降。系统中数字地和模拟地必须分别接地，即使是一个芯片上有两种地 (A/D、D/A、5/H)，也要分别接地，然后仅在一点处把两种地连接起来，否则数字回路通过模拟电路的地线返回到数字电源，将会对模拟信号产生影响。
在系统接地的设计中具体要注意三点：一是当频率在10MHz以上时，为了成功避免各地线之间的耦合需要采用多点接地的方式；二是当频率在1MHz以下时，为有效的控制地线造成的地回路，需要采用一点接地的方式；三是当频率大于1MHz，而小于 10MHz 时，如果地线长度在波长的1/20以内，需要采用一点接地，否则采用多点接地。
2.2 硬件抗干扰
单片机应用系统的设计与实现，不仅仅受到以上因素的影响，最主要的实际上是受硬件的干扰，因此，在系统硬件的设计过程中，需要结合其可能存在的干扰而提前采取预防措施。
单片机应用系统的干扰来源主要是模拟输入通道如传感器、A/D转换电路等。因为它是一个数字模拟混合系统，并不能简单的通过传统抑制相应模拟信号干扰技术来实现，在此我们提出数字隔离技术，该技术主要应用的是光电隔离的方式，通过光电耦合器来实现，发光二极管在输入电信号的作用下进行发光，光敏三级管在光线作用下又可以产生电信号输出，这样就可以实现信号的传递，同时，实现了信号电路与接收电路的电气隔离，消除了噪声传输通道，图1即为光电耦合器的隔离电路和电平转换电路。

2.3 软件抗干扰
因为部分温度采集的地方环境较差，会受到电磁场、温度等多方面因素的影响，造成单片机系统采集的数据信号尽管在硬件电路滤波处理的条件下，依然会出现随机干扰。因此，为了有效提升系统性能，使测量结果的准确性更高，就还要进行数字滤波，目前，应用较多的滤波方法有中值滤波、加权平均滤波、算数平均滤波、程序判断滤波等。
数字滤波实际上就是计算机系统通过对输入信号进行多次采样，再利用相应的计算方法进行数字处理，以此来减小或滤除干扰噪声所带来的随机误差的方式，再次过程的辅助下则可以获得一个真实的信号。该滤波方法只是以预定滤波算法为依据编制相应的程序，其实属于程序滤波，较之于硬件电路RC滤波，数字滤波具有以下几项优势：
一是因为数字滤波无需再增添硬件设备，因此系统的可靠性也就明显提升，避免了阻抗匹配的问题；二是由于模拟滤波器受到电容量的限制，不能对频率过低的信号进行滤波，但是数字滤波可以对频率仅有0.01Hz的信号进行滤波；三是不需要像模拟滤波一样设置专用通道，而是实现了多通道的共享，大大减少了运行成本；四是数字滤波使用灵活，操作方便，可以结合自身实际需求来选择合适的滤波方法。
3 结论
综上所述，本文从电源、地线干扰、硬件干扰与软件干扰三方面提出了单片机应用系统抗干扰的措施，并指出主要通过对硬件电路和采集的温度信号进行处理，达到抗干扰的目的，实践证明，该方法提高了系统的可靠性，能够满足控制系统的要求。
【参考文献】
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