单片机应用系统的抗干扰解决方案

kajchild

摘要:针对单片机应用系统实时性强，干扰因素较多的特
8 \1 [- a1 C. ~) P- m( N9 B点,本文介绍了几种实用的抗干扰措施,在硬件抗干扰方面
阐述了供电系统的设计、电路板的合理布局以及输入输入
干扰的抑制,软件方面给出了软冗余技术、软件陷阱技术以
& I0 S, _% {. R& C及“看门狗”技术的几个实例。
5 ^0 L  d+ c1 v. B1 ?关键词:抗干扰;单片机;硬件;软件
( K* d- t: w8 p8 Q- M1引言
6 {" n5 L7 v' Q4 k! F! s' E单片机应用系统的抗干扰设计是系统设计的重要内容之
1 K4 n3 A) r9 S$ ^! T一，抗干扰性能的好坏将决定系统能否在复杂的电磁环境下稳
; o9 T& I. ?2 C- A, H8 N! F定可靠地工作,从而决定了系统的实际使用价值.特别是在各种
4 W, c& O6 G& }7 {实时控制的远距离系统中,由于现场环境恶劣,干扰因素较多,
. G0 \; Y- l  g: i系统不可避免地要受到其他电磁设备的干扰，若仅按常规设计
就很难保证系统的正常运行。因此,抗干扰问题是设计者必须充
9 [: ~& m. g1 f* c% l/ {- ~* \分考虑和解决的，下面从硬件和软件两个方面谈谈抗干扰设计。
2硬件抗干扰设计
2 D& I' }) e# [, E" `3 r* b2.1供电系统
为了防止从电源系统引入干扰，首先采用交流稳压器保证
供电系统的稳定性,防止电源的过压和欠压。其次,电源滤波和
退耦是抑制电源干扰的主要方式，可将电源变压器的初级隔离
起来,使混入初级的噪声干扰不致进入次级;使用隔离变压器滤
# o) z0 Q3 e/ }. u掉高频噪声,低通滤波器滤掉工频干扰。
/ R+ E% C, |: [当系统中使用继电器、磁带等电感设备时,数据采集的供电
- T9 V+ g+ }& s: o电路应与继电器的供电电路分开，以避免在供电线路之间的干
扰,即如图1所示。
对单片机系统的主机部分使用单独的稳压电路，必要时输
' x, m) @1 g5 a: p9 n$ A! D入、输出供电分别采用DC.-DC模块,避免各个部分之间的干扰。
5 _' Q3 k' Y, V' X  P2.2印制电路板
/ d+ a& j& s! U( U! v) O①注意合理布置印制电路板上的器件，遵循器件之间电气
0 ^  D" j$ ^8 \1 q0 B干扰小和易于散热的原则。
6 c5 X" P4 a6 o1 D3 x, V: c②电路板要合理划分,模拟电路区、数字电路区功率驱动
区等要尽量分开,地线不能相混,要分别和电源端的地线相连。

③布线时尽量不要构成环路，特别避免沿印制电路板周围
7 M% V/ m$ P% f) a做成环路，不要出现长段的窄线并行，旁路电容的引线不能很
! }& ]7 D0 [8 j, j: S5 s长:单元电路的输出和输入应当用地线隔开:电源线和地线的走
向尽量和数据传输的方向- -致，并加宽宽度提高电路板的抗千
) Y5 W# J5 X( o$ ?# q$ k' D; e2 I扰能力.
  B+ u/ [' H- M# W" v$ }* Q图1分别供电的系统示意图
④原则上每个Ic都要加去耦电容，并靠近Ic的电源脚和
  k2 `4 C8 g2 R+ l7 n( h1 j3 C2 p接地脚. .
2.3输入输出干扰的抑制
! b9 K3 H0 v: h输入输出信号加.上光电耦合器隔离，可以将主机部分和前
0 E6 r: _/ h5 }: v- w向、后向通道及其他部分切断电路的联系,有效地防止千扰进入
主机系统。
在单片机实时系统信号的长线传输过程中，要注意使用双
绞线，提高系统的抗噪声能力.同时对传输线要进行阻抗匹配，
; E/ u; \6 H8 V( D可以在传输线的始端申联电阻.末端并联电阻,以实现匹配,提
* t- c" t2 J6 u. `' ^6 i" Y( j7 P高系统的抗干扰能力.
" V8 U% i# H: {" A3软件抗干扰设计
为了提高测控系统的可靠性，仅靠硬件抗干扰措施是不够
( {) j5 b' \( x& |的，还需采用适当的软件抗千扰技术,软件抗干扰技术是当输入
+ U9 T  T3 [1 k% {- S# o$ j信号受干扰后去伪求真或系统受干扰后使系统恢复正常运行的
-种辅助方法。对抑制输入信号的干扰主要采用数字滤波技术，
) g5 A) Q  D4 I4 `通过软件去除噪声对数据采集结果的影响。系统受干扰后会使
  y5 g5 u/ Z" |" x/ s得程序失控，失控原因大都可以归结为程序计数器PC的内容
" f4 w1 ~4 C/ p8 [# I发生变化,引起程序跑飞“或陷入死循环, CPU执行了一系列错
* Y6 A# d2 ]" d; G8 ?9 t' i5 l误的指令从而导致系统失控，可以采用软件冗余、软件陷阱和
) ~' V* m9 c, v: |1 Z# K( J7 w看门狗“技术等使程序纳入正规.
5 R2 x4 T0 B) a6 _- s1 y) T3.1软件冗余技术
2 V" \5 k* m2 Q- I% v7 H) jMCS- 51所有指令都不超过三个字节，且多为单字节指令，
指令由操作码和操作数组成，操作码指明CPU完成什么样的操
8 _3 n+ E% C9 H# y" A6 `作，单字节指令仅有操作码,隐含操作数.CPU受到干扰后,PC
内容发生变化,当程序弹飞到某- - 单字节指令时，便自动纳入正
( i# |/ b5 S) z, X* z规.当跑飞”到某一双字节或三字节指令时,若恰恰在取指令时
0 L/ K9 l6 K4 P: A/ U3 F% v: b刻落到其操作数上,CPU就将操作数当作操作码来执行,引起程
: E0 n. Y1 B/ q! l. G6 i! v序混乱.因此软件设计应多采用单字节指令,并在关键的地方人
为的插入一些单字节指令NOP,或将有效的单字节指令重写，
这称作指令冗余.在实际软件设计中,往往在双字节和三字节指
令之后插入两个NOP指令,可以保证程序跑飞”后其后面的指
+ A' n  Y  d0 r5 T- q令不会拆散，后面的程序可以正常运行.在那些对程序流向起决
定作用的指令，如RETRETI ACALL.LJMPJZ.JNC等之前也



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为了防止从电源系统引入干扰，首先采用交流稳压器保证供电系统的稳定性