单片机应用中的抗干扰技术与方法

时间：2024-05-04

文/宋莉

1 影响单片机运作的主要因素及干扰后果

1.1 工业中电磁干扰

由于工业生产领域电力资源是否充足是决定单片机在工业生产中应用效率高低的关键因素。所以，如果单片机使用现场附近存在大型电力传输设备的话，其在运行过程中产生的强度较大的电场或者磁场不仅会影响到单片机的正常稳定运行，严重的还会造成单片机出现停止运行的状况。

1.2 单片机系统的供电干扰

大功率生产设备是工业生产过程中不可或缺的生产设备，而这些生产设备的正常运行则需要充足的电力配备。由于受到设备运行时间不同的影响，所以导致工厂内部的电压会随着设备运行时间的不同而出现过压、欠压等各种情况，这种电压不稳定性的问题是影响单片机运行稳定性的重要因素。

1.3 单片机系统的其他干扰

经过深入的调查研究发现，工业生产过程中出现的噪音干扰、单片机元器件布局、工厂电路设计等各方面的问题，都是影响单片机运行稳定性与可靠性的主要原因。

2 单片机应用系统中的抗干扰技术

2.1 硬件部分的抗干扰技术

2.1.1 供电技术

供电技术主要的作用是为了确保电路的畅通，为了最大限度的降低因为电能稳定性不足而干扰到单片机应用系统的正常稳定运行，工厂在实际应用单片机系统的过程中，可以采取增加交流稳压器的方式，避免单片机系统运行过程中出现过压或者电压不足的问题。也就是说，利用交流稳压器将将单片机的主机与变压器设备产生的高频噪音有效的隔离开，然后通过独立的稳压电路向单片机提供电能，才能在降低其他各个环节对单片机系统运行产生的干扰的同时，促进单片机系统运行效率的稳步提升。

2.1.2 接地技术

现阶段工业企业生产过程中常用的接地技术主要有三种。

（1）机壳地接地技术。这种接地技术主要有箱体、机架等几种接地形式，其主要是利用其自身的金属质地与其他部件共同接地的方式，达到形成安全地带的目的。

（2）弱信号接地技术。这种接地技术主要是通过将系统中的小信号回路、控制以及直流电源等连接在一起并与大地进行连接。

（3）功率接地技术。功率接地技术实际上就是将继电器、电磁阀、驱动电源等放置在一起并连接，从而达到形成功率接地的目的。由于这种接地方式在实际应用的过程中，会因为电路功率的增加，而出现干扰信号、噪声等干扰因素，所以这一接地技术不能与其他设备同时连接。

2.1.3 屏蔽技术

屏蔽技术主要是通过屏蔽电磁干扰噪声源的方式，为单片机营造良好的运行环境。由于这一技术中的屏蔽体主要以金属质地为主，所以这一技术的应用，对于电磁波干扰控制效果的提升有着积极的促进作用。

2.1.4 隔离技术

隔离技术主要有光电隔离和物理隔离两种方式。这一技术主要是通过隔断电路的方式，将噪声传导至其他电路中，然后利用光电耦合器没有输入或者输出绝缘反馈的特点，达到促进单片机抗干扰性能有效提升的目的。

2.2 软件抗干扰技术

2.2.1 数字滤波技术

由于单片机系统在实际应用过程中其自身也会产生一定的电磁噪声，再加上外界传感器以及单片机输入进项信号的过程中也会产生相应的电磁干扰。所以，为了确保单片机系统的正常稳定运行，工作人员必须采取积极有效的措施做好干扰源控制和消除的工作。严格的按照要求将周期性干扰和不规则干扰信号控制在合理的范围内，通过过滤程序中运行信号的方式确保单片机的正常稳定运行。

2.2.2 系统的结构冗余

现阶段工业企业使用的大多数系统结构、电路以及相关组成器件等都处于简化的状态，这种方式不仅有效的降低了单片机系统构建的成本，而且对于系统运行可靠性的提升也有着积极的促进作用。这种系统的运行原理就是通过在两个不同的工作系统中同时输入一个数据，然后再通过对相关数据结果的比较和分析，如果数据结果与系统匹配的话则说明搞系统处于正常运行状态，反之则说明至少有一个系统出现了故障。此时系统就会进入自检过程，如果系统自检完成后检测结果正常的话，则说明系统正常。如果检测结果与系统运行状况不相符的话，则说明系统处于故障的状态。

2.2.3 开关量输入软件抗干扰技术

在针对叠加有效点评信号进行离散尖脉冲时输入信号就会因为受到外部因素的干扰，而导致单片机无法正常运行。通过对干扰信号特点的分析，工作人员在采集信号的过程中，必须严格的按照要求进行反复多次的采集，并在确定信号采集达到匹配要求后才能将其作为有效信号予以应用。假如信号没有跟随采集过程出现变化的话，那么系统就会发出报警信号并同时停止信号的采集。为了确保单片机系统的正常稳定运行，工作人员在应该采取适当延长信号采集前时间的方式，以达到增加系统抗干扰的能力。

2.2.4 开关量输出软件抗干扰技术

信号在输出过程中对报警系统等相关状态信号都会产生相应的驱动作用，通过对同一信号的不断输出，是促进信号抗干扰性能提升最直接有效的方法之一。虽然错误干扰信号不断侵入外部执行设备，对外部执行设备的运行反应速度产生了不同程度的影响。但是如果输出信号的正确的话，那么错误干扰信号就是可以有效避免的。这就要求工作人员利用可编程接口芯片具有的可重复输出的特点，设置控制输出状态信号的方式，降低外部干扰对芯片工作方式产生的干扰，从而达到提升单片机系统运行稳定性与可靠性有效提升的目的。

2.2.5 软件看门狗技术

如果单片机在运行过程中出现了程序进入死循环状态或者PC 指针位置不正确等程序失控问题的话，那么必然会对工业企业的生产产生非常不利的影响。由于传统的数据冗余、软件陷阱等相关技术都无法有效解决这一问题，所以研究人员应该根据这一问题的特点，研究切实可行的解决措施。而看门狗技术的出现和应用，主要是通过控制单片机循环运行时间的方式，发现和处理单片机系统运行过程中出现的错误程序，确保程序运行始终处于正常的状态。