单片机系统应用开发中电磁干扰的解决

摘 要：文章对单片机系统应对电磁干扰的问题提出了抑制电磁干扰的解决方案。并对电磁兼容对抗电磁干扰的措施做了全面分析，大大提升了单片机系统的可靠性和稳定性。

关键词：单片机；电磁干扰；解决方案；电磁兼容

0 引言

随着电子产品的日益丰富，以计算机为代表的电子产品在日常生活中的应用中越来越广泛。单片机系统是一个较复杂的电子系统，由于它所处的电磁环境较恶劣，因此单片机在工作中，系统经常受到内部和外部的干扰，而为了解决单片机受电磁的干扰，提高系统工作的稳定性和可靠性，我们提出了单片机系统电磁兼容的解决方案。

1 电磁兼容的概述

电磁兼容是指在不损害信息的情况下，干扰信号可以与有用信号共同同在。换言之就是系统在预期的电磁环境下，在较强的电磁干扰环境下不受电磁干扰的影响，又对其环境周边的设备不产生超出国家规定范围的干扰值。所以要抑制电磁干扰源对单片机系统的影响 ，尽量减少系统对外产生的电磁辐射。

为了保证单片机系统具有很好的兼容性，缩短研制周期，降低成本，我们应该清楚电磁兼容的设计原则。它包括以下三个方面：（1）抑制噪声源，从根本上消除或减弱噪声的传播；（2）尽量消除噪声源与受干扰的系统之间的辐射；（3）提高系统中易干扰元件的抗干扰性，降低系统对电磁噪声的敏感度。

2 电磁干扰的干扰源

当单片机含有以下三种系统时容易受到电磁干扰：1）单片机时钟频率很高，而且总线周期特别快的系统；2）包含有类似于大电流开关的系统；3）含有微弱模拟信号电路的系统。而这些系统往往又会因为受到电磁干扰源、耦合途径、敏感设备等因素产生干扰。因此只要对其中任何一个因素进行有效的控制，就能解决电子干扰的问题，所以我们首先要找出单片机系统受电磁干扰的干扰源。

（1）在电磁环境中易受干扰的是单片机的低电平传送信号，而影响信号的主要来源有系统中的电源、晶振、模拟电路和数字电路等。所以要在设计中尤其注意这些因素。

（2）电磁能量干扰是单片机系统受干扰的主要干扰源，而这种干扰源也可分为内部干扰源和外部干扰源。

1）内部干扰源。由印制电路和电板之间形成的相互干扰时内部电源干扰，内部电源干扰产生的原因是由于系统内部印制电路板设计走线不合理，元器件布局不正确及接地等。

2）外部干扰源。受电磁波和电磁场产生的干扰源是外部干扰。而他们主要是通过电源进入单片机系统。

3 抑制电磁干扰的措施

应对电磁干扰的措施有很多种，而一般的单片机应用系统中常用到的抗干扰措施有两种，分别为硬件措施和软件措施。而硬件抗干扰措施也是最容易最有效的措施，所以应优先考虑。

3.1 硬件措施

（1）抑制干扰源。在整个系统中，可以采用并联干扰源两端电容，或在干扰源回路时采用串联电感的措施，来解决干扰源的电压或电流变化幅度较大，且维持的时间较短的问题。还可以采用屏蔽材料将电磁干扰源封闭起来，使其外部电磁场低于允许值，从而抑制干扰源。

（2）精选元器件。元器件是单片机系统的基本重要组成部分。为了确保整个系统的可靠性和稳定性，我们要合理并科学地选择这些元器件，应该选用集成度高、抗干扰能力强、功耗小的先进电子器件。

（3）增加稳压器。受外部电磁的干扰主要是通过电源进入单片机系统，因此保证电源的质量，就可以降低电子干扰的一半几率。所以可以给电源增加滤波电路或稳压器，从而最大可能减少集成电路对电源的影响。

（4）切断干扰传播路径。还可以通过隔离把外来的干扰通道全部切断，改善印制电路板的设计与布局，对防止噪声的产生与传播。通常采用屏蔽、隔离、接地等措施抑制干扰源的传播。

3.2 软件措施

采取上述硬件措施固然可以减少电磁干扰对单片机的影响，但由于电磁干扰信号产生的原因错综复杂，具有很大的随机性和不可预见性，所以要采取一些软件措施加以补充和弥补。

（1）开机自检。开机自检程序是为了保证程序在正式启动或执行过程中出现的数据丢失或错误等及时重写和更正。

（2）指令冗余技术。当单片机受到很强的干扰时，程序会脱离正常轨迹，出现指令PC值改变及操作码放入错误等，采用冗余技术后，不仅可以使在错误轨道上的程序纳入正规，而且还有助于消除随机干扰，在很大程度上提高了其可靠性能。

（3）软件或数字滤波法。软件滤波法可以保证系统收集到数据精准度的提高。可以有效地解决周期性的干扰，很大程度地降低了系统随机干扰对单片机造成的负面影响。数字滤法是通过不用增加硬件设备科多通道共用的程序。可以对低频信号滤波，具有很好的可靠性和稳定性。

（4）“看门狗”是一种保护手段，单片机在经常受到电磁干扰的情况下，会产生程序无序执行，较严重会进入无限死循环状态而导致单片机死机。“看门狗”的出现就是为了解决这个问题，它按照定时器初始化设定，是在程序出现跑飞的瞬间及时中断并发出跳转的指令，从而使程序进入正常轨道。

由此可见，要解决单片机受电磁干扰的问题，还需要硬件与软件相互结合，弥补不足，才能保证单片机系统稳定的正常运行。

4 结束语

为了保证单片机系统在电磁干扰情况下的正常运行，单片机系统的设计，就必须要考虑电磁的兼容性。而要实现这种兼容性，就要弄清干扰源，切断传播路径，实现硬件与软件的相结合。这样既能提高单片机系统的可靠性，又能降低成本。

参考文献：

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作者简介：余浪英（1967—），男，湖南长沙人，本科，研究方向：电子技术应用。