（山西国营大众机械厂 山西太原 030024）
摘要：单片机系统的应用越来越普及，对它工作的可靠性要求也越来越高。可能对单片机产生干扰的因素很多，要降低和消除这些干扰产生的影响就要从硬件和软件抗干扰技术方面着手，设计出可靠性高、抗干扰能力强的单片机应用系统。
关键词：单片机；抗干扰；硬件；软件
单片机由于其优异的性能价格比，被广泛地应用在工业控制、医疗器械、通讯等场合，对单片机的可靠性的要求越来越高。在实验室里一个设计看似简单，硬件设计和代码编写很快就搞定，但在调试过程中却或多或少的意外，这些都是抗干扰能力不够的体现。产生这种情况的原因主要是现场环境下的各种各样的干扰，所以单片机应用系统的可靠性设计、抗干扰技术的应用变得越来越重要。
1.干扰的来源和后果
1.1 干扰的来源
干扰是以脉冲的形式进入单片机系统，包括空间干扰，供电系统干扰，过程通道干扰。干扰信号干扰单片机的主要路径是通过I/O口，一是影响了单片机的数据采集，二是影响内部其它寄存器。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；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；输入输出线路的绝缘损坏均有可能引入干扰。
1.2 干扰产生的后果
①数据采集误差的加大。当干扰侵入单片机系统的I/O口上，会使数据采集误差增大。
②程序运行失常。具体表现为：控制状态失灵；单片机死机；系统被误操作；单片机状态不稳定；定时不准；数据发生变化。
抗干扰体现在两个方面，一是硬件设计上，二是软件编写上。这里重点提醒：在单片机设计中主要抗干扰设计是在硬件上，软件为辅。因为单片机的计算能力有限，所以要在硬件上下大功夫。
2.单片机应用系统的硬件抗干扰设计
2.1 供电系统
①防止从电源系统引入干扰，可采取用电源稳压模块，做好电源的滤波等工作，保证供电的稳定性，防止电源的过压和欠压。一定要在电源旁路并上0.1?F的瓷片电容来滤除高频干扰，因为电解电容对超过几十KHz的高频干扰不起作用。
②给单片机电源提供足够的功率余量，单片机部分使用单独的稳压电路，必要时输入，输出供电分别采用DC—DC模块隔离，以避免各个部分相互干扰。
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③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，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。高频电路互联导线尽量短。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。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0.1?F～10?F去耦电容，布线时去耦电容应尽量靠近IC的电源脚和接地脚。
2.2 输人输出（I/O）干扰的抑制
综合考虑各I/O口的输入阻抗，采集速率等因素设计I/O口的外围电路。一般都用4K-20K电阻做上拉，由于干扰信号也遵循欧姆定律，所以在越存在干扰的场合，选择上拉电阻就要越小，因为干扰信号在电阻上产生的电压就越小。I/O口与其它数字电路输出脚相连，此时I/O口输入阻抗就是数字电路输出口的阻抗，一般是几十到几百欧。用数字电路做中介可以把阻抗减低到最理想，在许多工业控制板上可以看见大量的数字电路就是为了保证性能和保护单片机不受干扰的。
2.3选用质量好的电子元件并进行严格的测试、筛选和老化。
2.4设计时，元器件技术参数要有一定的余量。
3.软件的抗干扰设计
3.1数据采集误差的软件对策
3.1.1 用软件滤波算法，可滤掉大部分由输人信号干扰而引起的输出控制错误。最常用的方法有算术平均值法、比较舍取法、中值法。具体选取何种方法，必须根据信号的变化规律选择。对开关量采用多次采集的办法来消除开关的抖动。
3.1.2 关键数据可使用软件冗余技术，即给数据增加一定的冗余位以实现数据的检错和纠错功能。常用的方法有：奇偶校验码校验。
3.2 程序运行失控的软件对策
对于程序运行失常的软件对策主要是发现失常状态并及时将系统引导到初始状态。
3.2.1 指令冗余
对MCS一51系列单片机大部分指令为单字节，当出错的程序落到其上时，出错的程序可自动纳入正轨；当落到多字节指令的操作数时，
程序将继续出错，所以在关键的对程序的流向起决定陆的指令之前插入两条NOP指令使被弹飞的指令恢复正轨。
3.2.2设置程序指针陷阱
软件陷阱将出错的程序捕获并强行引入出错处理的程序，软件陷阱可安排在四个地方：
①未使用的中断向量区，干扰可使未使用的中断开放并激活中断，在这些地方设置软件陷阱就能及时捕获到错误中断。
②未使用的ROM空间，在其中每隔一段设置一个陷阱可将弹飞至该区域的出错程序捕获。
③表格，储存在EPROM中的表格后安排软件陷阱可在一定程度上防止软件弹飞。
④程序区，一般程序中不能任意安排软件陷阱。但是在正常程序中会有一些跳转指令，在这些指令后使用软件陷阱可捕获到弹飞到跳转指令的操作数上的出错程序。
3.3.2 使用实时嵌入式操作系统首先建立多个实时任务并初始化，各个任务在操作系统的调度下运行，若某一任务由于干扰而运行失常，操作系统可将该任务强制退出并让出CPU控制权，根据故障情况进行处理。可减小系统的复位的次数，提高抗干扰能力。
4 结束语
抗干扰技术是单片机应用系统设计过程中的重要环节，合理地使用软件和硬件抗干扰技术，可使系统最大限度的避免干扰的产生和受干扰后能使系统恢复正常运行，保证系统长期稳定可靠地工作。
参考文献：
[1]郭天祥，新概念51单片机与C语言教程 电子工业出版社 2009.01
[2]李全利 单片机原理与接口技术（第2版）高等教育出版社 2010.11.01
论文作者:陈琳
论文发表刊物:《电力设备》2015年3期
论文发表时间:2015/11/2
标签：干扰论文; 单片机论文; 抗干扰论文; 系统论文; 软件论文; 程序论文; 指令论文; 《电力设备》2015年3期论文;