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单片机应用系统中的抗干扰措施作者：yan 摘要：单片机在嵌入式系统应用中，抗干扰性能是系统可靠性的重要指标,抗干扰设计是系统设计中一个不可忽视的重要内容。本文针对单片机在系统中存在的一些普遍干扰问题，结合实践，对干扰的来源和解决方法进行了归纳总结。关键词：单片机；嵌入式系统；抗干扰；硬件1、引言近年来，单片机在工业自动化、生产过程控制、智能仪器仪表等领域的应用越来越广泛，大大提高了产品的质量，有效地提高了生产效率。但是，测控系统的工作环境往往复杂、比较恶劣，尤其是系统周围的电磁环境，这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。下面着重分析干扰对单片机应用系统的影响，并结合亲身经验，从软、硬两个方面给出具体的解决方法。2、干扰对于单片机系统的影响 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、加工工艺和外部电磁环境条件等。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：(1) 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，甚至干扰信号淹没测量信号，特别是检测一些微弱信号，如人体的生物电信号。 (2) 影响单片机RAM存储器和E2PROM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RAM、外扩RAM、E2PROM中的数据都有可能受到外界干扰而变化。 (3) 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，甚至控制失灵。 (4) 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。3、干扰的主要耦合方式有必要看看干扰源和被干扰对象之间的传递方式。干扰的耦合方式,干扰源产生的干扰信号是通过一定的耦合通道才对测控系统产生作用的因此.无非是通过导线、空间、公共线等等,细分下来,主要有以下几种：(1)直接耦合：也是系统中存在最普遍的一种方式。比如干扰信号通过电源线侵入系统。对于这种形式,这是最直接的方式.最有效的方法就是加入去耦电路。(2)公共阻抗耦合：这种形式常常发生在两个电路电流有共同通路的情况。为了防止这种耦合,这也是常见的耦合方式.通常在电路设计上就要考虑。使干扰源和被干扰对象间没有公共阻抗。(3)电容耦合：又称电场耦合或静电耦合。由于分布电容的存在而产生的耦合。(4)电磁感应耦合：又称磁场耦合。由于分布电磁感应而产生的耦合。(5)漏电耦合：绝缘不好时就会发生。这种耦合是纯电阻性的.4、硬件抗干扰技术一个好的电路设计，应在设计过程中充分考虑抗干扰性的要求。分析系统中可能引起干扰的部件，采用必要的硬件抗干扰措施，抑制干扰源、切断干扰传播途径。抑制干扰源的常用措施如下：(1)给继电器线圈增加续流二极管，消除断开线圈时产生的反电动势干扰。(2)在继电器接点两端并接火花抑制电路(一般是RC串联电路，电容选0.01uF, 电阻一般选几K至几十K)减小电火花影响。(3)给电机加滤波电路, 注意电容、电感引线要尽量短。(4)电路板上每个IC要并接一个0.01F0.1F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,会影响滤波效果。(5)布线时避免90度折线,减少高频噪声发射。(6)可控硅两端并接RC抑制电路, 减小可控硅产生的噪声(这个噪声严重时可能会把可控硅击穿的)。切断干扰传播路径的常用措施如下：(1)充分考虑电源对单片机的影响。电源做得好.要给单片机电源加滤波电路或稳压器,以减小电源噪声对单片机的干扰。(2)如果单片机的I/O口用来控制电机等噪声器件, 在I/O口与噪声源之间应加隔离（增加形滤波电路）或进行光电隔离。(3)注意晶振布线。晶振与单片机引脚尽量靠近用地线把时钟区隔离起来,晶振外壳接地并固定。(4)电路板合理分区，如数字、模拟信号尽可能把干扰源（如电机、继电器）与敏感元件（如单片机）远离。(5)用地线把数字区与模拟区隔离,数字地与模拟地要分离, 最后在一点接于电源地。A/DD/A芯片布线也以此为原则。(6)单片机和大功率器件的地线要单独接地, 以减小相互干扰,大功率器件尽可能放在电路板边缘。(7)单片机I/O口、电源线、电路板连接线等关键地方使用抗干扰元件如磁珠、磁环、电源滤波器、屏蔽罩,可显著提高电路的抗干扰性能。提高敏感器件抗干扰性能的常用措施如下：(1)布线时尽量减少回路环的面积, 以降低感应噪声。(2)布线时电源线和地线要尽量粗,除减小压降外,更重要的降低耦合噪声。(3)对于单片机闲置的I/O口,不要悬空,要接地或接电源,其它IC闲置端在不改变系统逻辑的情况下接地或接电源。(4)加单片机硬件看门狗电路。(5)速度能满足要求的前提下, 尽量降低单片机的晶振和选用低速数字电路。(6)IC器件尽量直接焊在电路板上, 少用IC座。5、结束语上述常用的单片机系统抗干扰措施是在长期的理论学习和时间工作中总结出来的，在设计单片机系统时采纳这些抗干扰措施，可使系统可靠性增强，运行稳定，效果良好。参考文献：1 周慧.单片机控制系统抗干扰技术研究J.石油矿场机械,2007,36(10):11-132 刘君.单片机控制系统中的抗干扰措施J.机电产品开发与创新,2008,21(1):162-163 3 肖金球.单片机原理与接口技术M.清华大学出版社4何立民.单片机应用系统设计M.北京:北京航天工业大学出版社,1999.5张松君.电子控制设备抗干扰技术及其应用M.北京:机械工业出版社,2001.6刘振复.微型机应用系统抗干扰技术M.北京:人民邮电出版社,2000.7刘大茂.单片机原理及其应用M.上海:上海交通大学出版社,2001.8刘光斌.单片机系统实用的抗干扰技术M.北京:人民邮电出版社,2003.9 Yang. Y., Yi. J., Woo, Y.Y., and Kim. B.: Optimum design for linearityand efficiency of microwave Doherty amplifier using a new loadmatching technique, Microw. J., 2001, 44, (12), pp. 2036.10 Vizimuller, P.: RF design guide-systems, c