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摘要：单片机由于具有体积小、功能强、环境适应性好等优点而在工业控制中得到广泛应用。但由于设备频繁起停，工业电磁干扰等原因，单片机系统的工作亦受到严重影响，甚至无法正常工作。因此，单片机系统中的抗干扰技术成为工程技术人员必须考虑的一个重要问题。
关键词：单片机；工业应用；抗干扰
1、工业现场中主要的干扰源
（1）电源对单片机的干扰。由于单片机电路通过电源电路接到电网，所以电网的噪声可以通过电源电路干扰窜进单片机线路，这是单片机电路受干扰的主要原因之一。单片机系统中最主要并且危害最严重的干扰源也来自电源的污染。电源干扰可以从以下几种情况来详细考虑：第一种情况，通过电源变压器的耦合。由于变压器的初级线圈靠得很近，这两部分间的分布电容通常有数百PF。这种分布电容不仅电容量大，而且有十分好的频率特性，对高频噪声有很低的阻抗；第二种情况，电源本身的过压、欠压、停电等故障引起的电源的噪声。任何电源及输电线都存在内阻，正是这些内阻引起电源的噪声干扰。第三种情况，浪涌、下陷、尖峰电压与其它电源干扰。大功率设备在接通瞬间需要很大的启动电流，并可持续几百毫秒，从而在输电线路内阻上将产生很大的压降，这是电网中产生电压瞬变（浪涌、下陷）的主要原因。这些噪声迭加在正弦交流电压上沿线路传输，在所到之处引起干扰，如果幅度过大，会毁坏设备。
（2）高频设备对单片机的干扰。高频设备在运行过程中高速的进行开关的切换时，产生大量耦合性噪声。此外变频器的整流桥对电网来说是非线性负载，它所产生的谐波会对同一电网的其他电子、电气设备产生谐波干擾。
（3）感性负载对单片机的干扰。在电力拖动控制系统中，接通或分断感性负载是一种常见的控制动作。在感性负载的通断过程中，其触点都会产生较大的电弧。这种电弧放电产生一种很强的电磁干扰，这给单片机的工作带来非常严重的影响。
2、选用单片机的原则
（1）选用低功耗系列单片机。MCS-51单片机有HMOS和CHMOS两种芯片，HMOS芯片运行功耗大，不宜使用在低功耗应用系统中。而CHMOS芯片是专为低功耗系统设计的芯片类型，如89C51，通过特殊功能寄存器PCON编程使单片机工作在待机或掉电工作方式。在设计低功耗应用系统时，不仅要选用低功耗型单片机，在外围扩展电路中也应选择低功耗的芯片和器件，如27C64、74HC373等。
（2）选用低噪声系列单片机。在集成电路设计中，将电源、地安排在两个相邻的引脚上，这样一方面可降低穿过整个硅片的电流，另一方面使外部去耦电容在PCB设计上更容易安排，以降低系统噪声。
（3）降低外时钟频率。外时钟是高频的噪声源，除能引起对本应用系统的干扰之外，还可能产生对外界的干扰，使电磁兼容检测不能达标。在对系统可靠性要求很高的应用系统中，选用频率低的单片机是降低系统噪声的原则之一。以8051单片机为例，最短指令周期1μs时，外时钟是12MHz。而同样速度的Motorola单片机系统时钟只需4MHz，更适合用于工控系统。
3、系统的抗干扰措施
3.1硬件抗干扰措施
（1）注意地线的接法。为单片机系统提供尽可能粗的接地线，对提高系统的抗干扰能力极为有益。这里的接地指接大地，也称作保护地。为单片机供电的电源的地俗称逻辑地，它们和大地的地的关系可以相通、浮空、或接一电阻，要视具体应用场合而定，但不能把地线随便接在暖气管子上，也不能把接地线与动力线的零线混淆。
（2）做好输入和输出之间的隔离与屏蔽。使用光电隔离器件将单片机的输入输出隔离开，一方面使干扰信号不进入单片机系统，另一方面单片机系统本身的噪声也不会以传导的方式传播出去，从而有效地抑制尖峰脉冲及各种噪声干扰。屏蔽则是用来隔离空间辐射的，对噪声特别大的部件，如开关电源，用金属盒罩起来，可减少对单片机系统的干扰。
（3）印制电路板的布线与工艺。印制电路板的设计要本着尽量控制噪声源、尽量减小噪声的传播与耦合和尽量减少敏感元件对干扰噪声的拾取这三大原则进行。具体设计时，应注意以下一些问题：印制电路板要按模拟电路区（怕干扰），数字电路区（既怕干扰、又产生干扰），功率驱动区（干扰源）合理分区；噪声元件与非噪声元件要离得远一些，时钟振荡电路、特殊高速逻辑电路部分用地线圈起来，使周围电场趋近于零；I/O驱动器件、功率放大器件尽量靠近印刷板的边，靠近引出接插件；使用45°的折线布线，不要使用90°折线，以减小高频信号的发射；时钟线垂直于I/O线比平行于I/O线干扰小，时钟线要远离I/O线；对A/D类器件，数字部分与模拟部分不要交叉。噪声敏感线不要与高速线、大电流线平行；需要时，电源线、地线上可加用铜线绕制铁氧体而成的高频扼流器阻断高频噪声的传导；不要使用IC插座，应把IC直接焊在印刷板上等等。
3.2软件的抗干扰措施
（1）设置监视跟踪定时器。使用定时器中断来监视程序运行状态。定时器的定时时间稍大于主程序正常运行一个循环的时间，而在主程序运行中执行一次定时器时间常数刷新操作，这样，只要程序正常运行，定时器不会出现定时中断，而当程序失常，不能刷新定时器时间常数而导致定时中断时，利用定时中断服务程序将系统复位。
（2）设置软件陷阱。当PC失控造成程序“乱飞”而不断进入程序区时，只要在非程序区设置拦截，使程序进入陷阱，然后强迫程序进入初始状态即可。对于MCS-51单片机，可利用“LJMP#0000H”指令，在非程序区反复用02000002000002？？填满，也可用020202？？填满并在0202H地址上加一条指令LJMP#add16，这样拦截的程序将转至#add16入口地址。另外，还可采用时钟监测电路，低电压复位技术，EFT技术，进一步提高单片机本身的抗干扰能力。
4、结束语
电子电路中抗干扰是一门很大的学问，在工业生产领域中时时刻刻都会存在不同的干扰现象出现，为确保正常的生产加工，我们就需要掌握不同抗干扰的解决措施，这样在工业生产领域中才能更有效率的发挥单片机的作用。
参考文献：
[1]刍议单片机系统的抗干扰问题[J].成富平.无线互联科技.2012（08）.
[2]提高单片机系统抗干扰的综合措施[J].刘东汉.黄石高等专科学校学报.2004（04）.
（作者单位：东莞市沃德精密机械有限公司）
关键词：单片机；工业应用；抗干扰
1、工业现场中主要的干扰源
（1）电源对单片机的干扰。由于单片机电路通过电源电路接到电网，所以电网的噪声可以通过电源电路干扰窜进单片机线路，这是单片机电路受干扰的主要原因之一。单片机系统中最主要并且危害最严重的干扰源也来自电源的污染。电源干扰可以从以下几种情况来详细考虑：第一种情况，通过电源变压器的耦合。由于变压器的初级线圈靠得很近，这两部分间的分布电容通常有数百PF。这种分布电容不仅电容量大，而且有十分好的频率特性，对高频噪声有很低的阻抗；第二种情况，电源本身的过压、欠压、停电等故障引起的电源的噪声。任何电源及输电线都存在内阻，正是这些内阻引起电源的噪声干扰。第三种情况，浪涌、下陷、尖峰电压与其它电源干扰。大功率设备在接通瞬间需要很大的启动电流，并可持续几百毫秒，从而在输电线路内阻上将产生很大的压降，这是电网中产生电压瞬变（浪涌、下陷）的主要原因。这些噪声迭加在正弦交流电压上沿线路传输，在所到之处引起干扰，如果幅度过大，会毁坏设备。
（2）高频设备对单片机的干扰。高频设备在运行过程中高速的进行开关的切换时，产生大量耦合性噪声。此外变频器的整流桥对电网来说是非线性负载，它所产生的谐波会对同一电网的其他电子、电气设备产生谐波干擾。
（3）感性负载对单片机的干扰。在电力拖动控制系统中，接通或分断感性负载是一种常见的控制动作。在感性负载的通断过程中，其触点都会产生较大的电弧。这种电弧放电产生一种很强的电磁干扰，这给单片机的工作带来非常严重的影响。
2、选用单片机的原则
（1）选用低功耗系列单片机。MCS-51单片机有HMOS和CHMOS两种芯片，HMOS芯片运行功耗大，不宜使用在低功耗应用系统中。而CHMOS芯片是专为低功耗系统设计的芯片类型，如89C51，通过特殊功能寄存器PCON编程使单片机工作在待机或掉电工作方式。在设计低功耗应用系统时，不仅要选用低功耗型单片机，在外围扩展电路中也应选择低功耗的芯片和器件，如27C64、74HC373等。
（2）选用低噪声系列单片机。在集成电路设计中，将电源、地安排在两个相邻的引脚上，这样一方面可降低穿过整个硅片的电流，另一方面使外部去耦电容在PCB设计上更容易安排，以降低系统噪声。
（3）降低外时钟频率。外时钟是高频的噪声源，除能引起对本应用系统的干扰之外，还可能产生对外界的干扰，使电磁兼容检测不能达标。在对系统可靠性要求很高的应用系统中，选用频率低的单片机是降低系统噪声的原则之一。以8051单片机为例，最短指令周期1μs时，外时钟是12MHz。而同样速度的Motorola单片机系统时钟只需4MHz，更适合用于工控系统。
3、系统的抗干扰措施
3.1硬件抗干扰措施
（1）注意地线的接法。为单片机系统提供尽可能粗的接地线，对提高系统的抗干扰能力极为有益。这里的接地指接大地，也称作保护地。为单片机供电的电源的地俗称逻辑地，它们和大地的地的关系可以相通、浮空、或接一电阻，要视具体应用场合而定，但不能把地线随便接在暖气管子上，也不能把接地线与动力线的零线混淆。
（2）做好输入和输出之间的隔离与屏蔽。使用光电隔离器件将单片机的输入输出隔离开，一方面使干扰信号不进入单片机系统，另一方面单片机系统本身的噪声也不会以传导的方式传播出去，从而有效地抑制尖峰脉冲及各种噪声干扰。屏蔽则是用来隔离空间辐射的，对噪声特别大的部件，如开关电源，用金属盒罩起来，可减少对单片机系统的干扰。
（3）印制电路板的布线与工艺。印制电路板的设计要本着尽量控制噪声源、尽量减小噪声的传播与耦合和尽量减少敏感元件对干扰噪声的拾取这三大原则进行。具体设计时，应注意以下一些问题：印制电路板要按模拟电路区（怕干扰），数字电路区（既怕干扰、又产生干扰），功率驱动区（干扰源）合理分区；噪声元件与非噪声元件要离得远一些，时钟振荡电路、特殊高速逻辑电路部分用地线圈起来，使周围电场趋近于零；I/O驱动器件、功率放大器件尽量靠近印刷板的边，靠近引出接插件；使用45°的折线布线，不要使用90°折线，以减小高频信号的发射；时钟线垂直于I/O线比平行于I/O线干扰小，时钟线要远离I/O线；对A/D类器件，数字部分与模拟部分不要交叉。噪声敏感线不要与高速线、大电流线平行；需要时，电源线、地线上可加用铜线绕制铁氧体而成的高频扼流器阻断高频噪声的传导；不要使用IC插座，应把IC直接焊在印刷板上等等。
3.2软件的抗干扰措施
（1）设置监视跟踪定时器。使用定时器中断来监视程序运行状态。定时器的定时时间稍大于主程序正常运行一个循环的时间，而在主程序运行中执行一次定时器时间常数刷新操作，这样，只要程序正常运行，定时器不会出现定时中断，而当程序失常，不能刷新定时器时间常数而导致定时中断时，利用定时中断服务程序将系统复位。
（2）设置软件陷阱。当PC失控造成程序“乱飞”而不断进入程序区时，只要在非程序区设置拦截，使程序进入陷阱，然后强迫程序进入初始状态即可。对于MCS-51单片机，可利用“LJMP#0000H”指令，在非程序区反复用02000002000002？？填满，也可用020202？？填满并在0202H地址上加一条指令LJMP#add16，这样拦截的程序将转至#add16入口地址。另外，还可采用时钟监测电路，低电压复位技术，EFT技术，进一步提高单片机本身的抗干扰能力。
4、结束语
电子电路中抗干扰是一门很大的学问，在工业生产领域中时时刻刻都会存在不同的干扰现象出现，为确保正常的生产加工，我们就需要掌握不同抗干扰的解决措施，这样在工业生产领域中才能更有效率的发挥单片机的作用。
参考文献：
[1]刍议单片机系统的抗干扰问题[J].成富平.无线互联科技.2012（08）.
[2]提高单片机系统抗干扰的综合措施[J].刘东汉.黄石高等专科学校学报.2004（04）.
（作者单位：东莞市沃德精密机械有限公司）