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[摘 要]本文通过对单片机系统干扰的分析，指出其危害性，并在此基础上对常见的抗干扰措施进行了归纳和总结。
[关键字] 单片机 抗干扰
中图分类号： TP368.1 文献标识码：A
随着现代微电子技术的迅猛发展，单片机以期体积小、价格低、智能化高、价格便宜，进而得到了广泛的应用，在应用的同时对其可靠性的要求也越来越高，而抗干扰是决定可靠性高低的重要指标之一。但是，由单片机构成的工控装置所处的工作环境比较恶劣，干扰因素较多，因此必须采取抗干扰措施才能保证装置的正常运行。
1、单片机系统干扰及其危害
干扰就是叠加在有用信号上的不需要的信号，是影响电路正常工作的另一种噪声。在各种实际环境中，干扰总是存在的，这些干扰能降低电子系统的准确性甚至破坏其可靠性。
干扰的分类有好多种，通常可以按照噪声产生的原因、传导方式、波形特性等等进行不同的分类。按照产生原因分：放电噪声音、高频振荡噪声、浪涌噪声。按传导方式可分为：共模噪声和串模噪声。按波形分为：持续正弦波、脉冲电压、脉冲序列等等。
1.1单片机系统的主要干扰原因
1.1.1 电源线中的高频干扰
高频电源、交流电源、强电设备产生的电火花、晶闸管的通断甚至雷电，都能产生电磁波，从而成为造成一定程度的电磁干扰。当距离较近时，电磁波会通过分布电容和电感耦合到信号回路而形成电磁干扰；当距离较远时，电磁波以辐射的形式构成干扰。
1.1.2 感性负载产生的瞬变噪声干扰
在单片机的应用系统中，常用的元件及设备如继电器、电动机、电磁阀等均具有较大电感量。当电感回路的电流被切断时，会产生很大的反电势而形成噪声干扰。这种干扰不仅能产生电磁场，而且还可能击穿电路中晶体管。
1.1.3噪声电压干扰
在直流电源回路中，负载的变化会引起电源噪声，例如在数字电路中，当电路从一个状态转变为另一种状态时，就会在电源线上产生一个很大的尖峰电流，形成瞬变的噪声电压。
除以上几种干扰源以外，无线电设施的射频干擾、单片机内部的晶振电路、数字电路本身门电路频繁的导通和截止、各种开关电子设备通断时产生的急剧变化的电流等都是单片机的重要干扰源。
1.2干扰对单片机应用系统的影响
1.2.1数据采集误差加大
当干扰侵入单片机系统的前向通道，并叠加在信号上时会使数据采集误差加大，特别是
前向通道的传感器的接口是小电压输入信号时，此误差会更加严重。
1.2.2控制状态失灵
在单片机控制系统中，由于干扰的侵入而造成条件状态的判断模糊混淆，使输出的中间
判断量误差加大，造成逻辑状态改变，最终导致控制失常。
1.2.3数据发生变化
在单片机系统中，由于RAM是可读写的，在干扰的侵入下，RAM中的数据有可能发生窜改。虽然RAM能够避免干扰破坏，但是片机RAM、外部扩展RAM以及片内各种特殊功能寄存器都有可能由于受到干扰而使数据发生变化。
2、常用的抗干扰措施
针对单片机应用系统存在的干扰，在实际应用中可采取如下措施：
2.1正确处理好单片机应用系统接地问题
接地分为单点接地和多点接地。单点接地适用于低速系统，多点接地适用于高速系统。对于高频系统，为了使系统可靠，做 PCB 板时加一层地层是必要的，地线层覆盖的面积应尽可能大，可以使高频器件的地通过过孔与地线层连接，这样能减少感应和辐射。对于模数混合电路，特别是有大电流开关器件（ 例如继电器、电磁阀之类器件） 的电路，模拟电路的地和数字电路的地应分开，决不可混接。模拟地、数字地和安全地可以相互独立，
2.2采用屏蔽方法
用金属板、 金属网或金属盒构成的屏蔽体能有效地抑制电磁波的干扰，屏蔽体以反射方式和吸收方式来消弱电磁波，从而形成对电磁波的屏蔽作用。抑制低频电磁波干扰的最有效的方法是选用高导磁材料作成的屏蔽体，使电磁波经屏蔽体的低磁阻磁路通过，而不影响屏蔽体内的电路。为了消除屏蔽体与内部电路的寄生电容，屏蔽体应按/ 一点接地0的原则接地。
2.3采用光电耦合隔离
光电耦合隔离器可以完全消除输出长线上的干扰，没有反 冲对输入的影响，原端与副 端没有公共地，以及消除输入阻抗低和抗共模干扰。
2.4消除尖峰干扰的措施
给单片机应用电路加接交流稳压器、 低通滤波器，电源变压器加原副端隔离；传输线采用屏蔽线，屏蔽线在单片机壳一端接地；可在电源的入端并联两个电容进行滤波和去耦；尽可能使采样周期是交流 50H z 工频的整数倍；软件滤波。
2.5采用终端匹配技术消除传输线上的反射
在驱动端串接一个电阻，使驱动器的输出阻抗加上附加的串联电阻等于负载传输线的阻抗。还可把两个电阻接在负载端，一个电阻接地，另一个电阻接电源。选定两个电阻的并联阻值等于传输线的特性阻抗，这种方法要求较大的驱动电流，同时在稳态也有 DC 功耗。
2.6采用电池供电法
对于一个较大的单片机系统，应根据信号电压和电流的大小，以及电源的类别等分类接地。首先是弱信号接地。即把系统中的小信号回路、控制回路、逻辑电路以及它们的直流电源等连在一起接地，弱信号接地实际上就是工作地。其次是功率接地。即把系统中的电磁阀及其驱动电源等连在一起构成功率地。因为这些电路的功率较大，是弱信号回路的主要噪声源，因此功率接地和弱信号接地不可混接。第三是双绞线或同轴电缆接地。为了减少信号回路的电磁干扰，送入单片机的信号一般采用双绞线或同轴电缆。当采用带屏蔽的双绞线时，屏蔽体和工作地应良好连接，而且这种连接只能在一个点接地。第四是变压器屏蔽层接地。对于初级线圈带有屏蔽层的变压器，使用时应将屏蔽层同变压器的初级绕组交流零线相连，对于初级和次级线圈都带有屏蔽层的变压器，使用时应将中间屏蔽层与初级绕组屏蔽层相连。
2.7“看门狗”技术
如果跑飞的程序落到一个临时构成的死循环中，可用软件程序来形成“看门狗”，使CPU复位，保证程序重新开始正确执行。“看门狗”根据程序在运行指定时间间隔内未进行相应的操作，即未按时复位“看门狗”定时器，来判断程序运行出错的。通过不断检测程序循环运行时间，若发现程序循环时间超过最大循环运行时间，则可以认为系统陷入“死循环”，需进行出错处理。
2.8数据备份技术
输入单片机中的重要数据可用掉电保护措施保存，但干扰对这些数据仍有影响。受到严重干扰后，这些数据不会全部遭到破坏，但仍不能排除个别数据受到破坏。对于这种情况，可以对重要数据实行备份保存，当系统复位后立即进行自我检查和恢复。使用数据时，可采用比较法，将原数据与备份进行比较，相同才认为是正确数据。如果某一份数据中一些单元遭破坏，单片机将其它两份（备份数据至少两份）进行比较，相同才认为是正确数据，对破坏的数据进行修复。
3、总结
总之，在单片机的运行过程中，每个阶段都会遇到不同程度的干扰，抗干扰设计始终是单片机系统功能性的一个重要指标。系统抗干扰性能的好坏将决定其能否在复杂的工业环境下稳定可靠地工作，从而也就决定了系统的实际使用价值。使用正确的抗干扰措施，是单片机正常运行的必要保证。
[关键字] 单片机 抗干扰
中图分类号： TP368.1 文献标识码：A
随着现代微电子技术的迅猛发展，单片机以期体积小、价格低、智能化高、价格便宜，进而得到了广泛的应用，在应用的同时对其可靠性的要求也越来越高，而抗干扰是决定可靠性高低的重要指标之一。但是，由单片机构成的工控装置所处的工作环境比较恶劣，干扰因素较多，因此必须采取抗干扰措施才能保证装置的正常运行。
1、单片机系统干扰及其危害
干扰就是叠加在有用信号上的不需要的信号，是影响电路正常工作的另一种噪声。在各种实际环境中，干扰总是存在的，这些干扰能降低电子系统的准确性甚至破坏其可靠性。
干扰的分类有好多种，通常可以按照噪声产生的原因、传导方式、波形特性等等进行不同的分类。按照产生原因分：放电噪声音、高频振荡噪声、浪涌噪声。按传导方式可分为：共模噪声和串模噪声。按波形分为：持续正弦波、脉冲电压、脉冲序列等等。
1.1单片机系统的主要干扰原因
1.1.1 电源线中的高频干扰
高频电源、交流电源、强电设备产生的电火花、晶闸管的通断甚至雷电，都能产生电磁波，从而成为造成一定程度的电磁干扰。当距离较近时，电磁波会通过分布电容和电感耦合到信号回路而形成电磁干扰；当距离较远时，电磁波以辐射的形式构成干扰。
1.1.2 感性负载产生的瞬变噪声干扰
在单片机的应用系统中，常用的元件及设备如继电器、电动机、电磁阀等均具有较大电感量。当电感回路的电流被切断时，会产生很大的反电势而形成噪声干扰。这种干扰不仅能产生电磁场，而且还可能击穿电路中晶体管。
1.1.3噪声电压干扰
在直流电源回路中，负载的变化会引起电源噪声，例如在数字电路中，当电路从一个状态转变为另一种状态时，就会在电源线上产生一个很大的尖峰电流，形成瞬变的噪声电压。
除以上几种干扰源以外，无线电设施的射频干擾、单片机内部的晶振电路、数字电路本身门电路频繁的导通和截止、各种开关电子设备通断时产生的急剧变化的电流等都是单片机的重要干扰源。
1.2干扰对单片机应用系统的影响
1.2.1数据采集误差加大
当干扰侵入单片机系统的前向通道，并叠加在信号上时会使数据采集误差加大，特别是
前向通道的传感器的接口是小电压输入信号时，此误差会更加严重。
1.2.2控制状态失灵
在单片机控制系统中，由于干扰的侵入而造成条件状态的判断模糊混淆，使输出的中间
判断量误差加大，造成逻辑状态改变，最终导致控制失常。
1.2.3数据发生变化
在单片机系统中，由于RAM是可读写的，在干扰的侵入下，RAM中的数据有可能发生窜改。虽然RAM能够避免干扰破坏，但是片机RAM、外部扩展RAM以及片内各种特殊功能寄存器都有可能由于受到干扰而使数据发生变化。
2、常用的抗干扰措施
针对单片机应用系统存在的干扰，在实际应用中可采取如下措施：
2.1正确处理好单片机应用系统接地问题
接地分为单点接地和多点接地。单点接地适用于低速系统，多点接地适用于高速系统。对于高频系统，为了使系统可靠，做 PCB 板时加一层地层是必要的，地线层覆盖的面积应尽可能大，可以使高频器件的地通过过孔与地线层连接，这样能减少感应和辐射。对于模数混合电路，特别是有大电流开关器件（ 例如继电器、电磁阀之类器件） 的电路，模拟电路的地和数字电路的地应分开，决不可混接。模拟地、数字地和安全地可以相互独立，
2.2采用屏蔽方法
用金属板、 金属网或金属盒构成的屏蔽体能有效地抑制电磁波的干扰，屏蔽体以反射方式和吸收方式来消弱电磁波，从而形成对电磁波的屏蔽作用。抑制低频电磁波干扰的最有效的方法是选用高导磁材料作成的屏蔽体，使电磁波经屏蔽体的低磁阻磁路通过，而不影响屏蔽体内的电路。为了消除屏蔽体与内部电路的寄生电容，屏蔽体应按/ 一点接地0的原则接地。
2.3采用光电耦合隔离
光电耦合隔离器可以完全消除输出长线上的干扰，没有反 冲对输入的影响，原端与副 端没有公共地，以及消除输入阻抗低和抗共模干扰。
2.4消除尖峰干扰的措施
给单片机应用电路加接交流稳压器、 低通滤波器，电源变压器加原副端隔离；传输线采用屏蔽线，屏蔽线在单片机壳一端接地；可在电源的入端并联两个电容进行滤波和去耦；尽可能使采样周期是交流 50H z 工频的整数倍；软件滤波。
2.5采用终端匹配技术消除传输线上的反射
在驱动端串接一个电阻，使驱动器的输出阻抗加上附加的串联电阻等于负载传输线的阻抗。还可把两个电阻接在负载端，一个电阻接地，另一个电阻接电源。选定两个电阻的并联阻值等于传输线的特性阻抗，这种方法要求较大的驱动电流，同时在稳态也有 DC 功耗。
2.6采用电池供电法
对于一个较大的单片机系统，应根据信号电压和电流的大小，以及电源的类别等分类接地。首先是弱信号接地。即把系统中的小信号回路、控制回路、逻辑电路以及它们的直流电源等连在一起接地，弱信号接地实际上就是工作地。其次是功率接地。即把系统中的电磁阀及其驱动电源等连在一起构成功率地。因为这些电路的功率较大，是弱信号回路的主要噪声源，因此功率接地和弱信号接地不可混接。第三是双绞线或同轴电缆接地。为了减少信号回路的电磁干扰，送入单片机的信号一般采用双绞线或同轴电缆。当采用带屏蔽的双绞线时，屏蔽体和工作地应良好连接，而且这种连接只能在一个点接地。第四是变压器屏蔽层接地。对于初级线圈带有屏蔽层的变压器，使用时应将屏蔽层同变压器的初级绕组交流零线相连，对于初级和次级线圈都带有屏蔽层的变压器，使用时应将中间屏蔽层与初级绕组屏蔽层相连。
2.7“看门狗”技术
如果跑飞的程序落到一个临时构成的死循环中，可用软件程序来形成“看门狗”，使CPU复位，保证程序重新开始正确执行。“看门狗”根据程序在运行指定时间间隔内未进行相应的操作，即未按时复位“看门狗”定时器，来判断程序运行出错的。通过不断检测程序循环运行时间，若发现程序循环时间超过最大循环运行时间，则可以认为系统陷入“死循环”，需进行出错处理。
2.8数据备份技术
输入单片机中的重要数据可用掉电保护措施保存，但干扰对这些数据仍有影响。受到严重干扰后，这些数据不会全部遭到破坏，但仍不能排除个别数据受到破坏。对于这种情况，可以对重要数据实行备份保存，当系统复位后立即进行自我检查和恢复。使用数据时，可采用比较法，将原数据与备份进行比较，相同才认为是正确数据。如果某一份数据中一些单元遭破坏，单片机将其它两份（备份数据至少两份）进行比较，相同才认为是正确数据，对破坏的数据进行修复。
3、总结
总之，在单片机的运行过程中，每个阶段都会遇到不同程度的干扰，抗干扰设计始终是单片机系统功能性的一个重要指标。系统抗干扰性能的好坏将决定其能否在复杂的工业环境下稳定可靠地工作，从而也就决定了系统的实际使用价值。使用正确的抗干扰措施，是单片机正常运行的必要保证。