浅谈单片机应用中的抗干扰技术与方法

薛文浩

（西安外事学院工学院，陕西 西安 710000）

【摘要】单片机在目前工业方面已经被广泛应用。采用单片机就必须要思考单片机体系中采用的抗干扰技术，由于它对单片机体系的安全性能以及稳定性能具有很大的影响力。首先从单片机运用进程中的抗干扰技术研究，了解并分析干扰对单片机应用所形成的不利因素，并且描述了现在的抗干扰技术，提出了对于单片机体系中干扰的科学措施。

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关键词 工业；单片机；干扰；抗干扰技术

0　前言

单片机在工业区域已经被广泛的应用，不仅给生产方面增添了方便，而且工厂环境对于单片机体系的稳定工作会带来一定的不利影响。单片机在进行运作之前，测验环境基本上是稳定的实验室或者是干扰因素较少的逼真环境。因此，单片机的运作时相对较稳定的。在环境相对复杂的工厂环境中运作过程中，很多方面的原因都会给单片机的稳固运作带来影响。想要让单片机在多种不利因素的条件下正常运作，那么就需要加强单片机的抗干扰性能，亦或是尽可能地缩减干扰因素，这对于单片机的稳定运作是有着非常大的作用。

1　单片机的运用概述

在单片机运作的过程中，单片机具备着很多的优点，它的体积比较小、集成度比较高并且操控性能比较强，因此单片机在被广泛的运用到工厂生产中，并且在一些智能机器技术以及高端家电之中也应用到了单片机，我们的日常生活也越来越离不开单片机。单片机运作的稳定性能是来自于体系设计，但是有一个缺陷，就是在体系只要一受到扰乱，那么久极其容易带来很大的不利因素，简便的干扰会造成体系内部运作不稳定，如果干扰较大那么单片机就会停止运作。

2　干扰因素对单片机体系造成的影响

社会科技正在迅猛发展，因此单片机体系不仅在工业方面获得了广泛的推广，而且在检测体系以及智能化方面的运用范畴也原来越广泛，这些体系运作对于单片机稳定性以及可靠性的要求是相对较高的。会对单片机体系造成影响的来源有很多，为了保证整体体系运作的安全性，那么就需要使用科学合理的措施提高整体系统的稳定性以及可靠性。

依照干扰作用对于单片机体系运作形成的影响，最主要的扰乱因素包含电磁干扰、高频振荡扰乱、浪涌干扰以及放电干扰这样的几个方面，这些干扰作用基本上都是因为单片机运作环境所引起的，这些干扰因素不但会严重的影响单片机的正常运作，甚至会引起单片机体系的数字获取形成比较大的差距；在需要视频和音频信号的体系中，干扰因素还可能会造成全部体系出现图像串扰和图像串色的问题。

然而，干扰进入到单片机体系之中最主要有三种形式，第一个就是控干扰多发生的高频电磁场、大电流以及高电压周围位置，再这样的区域之中，干扰主要就是经过电磁感应以及静电感应的形式进到单片机体系中。第二个就是电源噪声造成的扰乱；第三个就是进程通道造成的干扰，电源噪声和进程通道造成的干扰主要就是经过线路进到单片机体系中。

3　影响单片机运作的因素以及扰乱后果

3.1　单片机的干扰主要原因

在工业生产之中应用单片机是非常常见的，单片机可以非常有效地提升工业的生产速率，但是在工业生产领域方面，单片机却会遭受非常严重的电磁扰乱。工业生产需要充沛的电力扶持，因此在工业区四周具有大型的电力传送体系、工业生产频率的传输电线，这样的体系会造成强大的交变电场以及磁场。除此之外，一些自然的磁场，像太阳辐射电磁波和雷电运动磁场，这些都会对于单片机体系正常、稳定的运作带来很大的影响，然而普遍的磁场会致使单片机体系精读操控不稳定，有时候比较严重的磁场扰乱会造成单片机无法正常运作。在工厂生产进程中，采用到的基本上都是大频率的生产器件，这样的生产设施只要进入到运作中，那么就需要足够的电力支持，因为工厂的设施运作的时间不一样，因此会造成工厂内部电压更变的幅度非常大，有时候工厂还会出现优点高峰期，亦或者出现欠压、过压的状况，然而单片机体系再这样的电压环境下非常容易遭受到扰乱。

单片机体系产生干扰的原因有很多方面，影响比较大的电磁干扰以及供电干扰是其中之一，当然还有一些其余的因素。在工厂生产的进程中，非常容易形成比较大的噪声，然而这样的噪声在到达一定的程度之后就会给单片机产生接触噪声扰乱。单片机的部件布局以及工厂电路设计都会给单片机体系的运作带来一定的扰乱。

3.2　单片机体系扰乱的后果

在单片机体系遭受到干扰时，体系测验的精准度就会大幅度下降，干扰信号添加在数字采取信号山就会增添获取到的数字的误差。同时，假如干扰比较严重，那么干扰信号有可能会掩盖住单片机体系的获取信号。当体系干扰比较严重时，不但会造成单片机无法正常运作，还可能会致使单片机体系内部的指示紊乱，那么按照指示执行的运作也将会没有任何意义。这样的扰乱会严重影响到程序的正常运作，还会造成程序失常。

4　单片机体系的抗干扰技术

4.1　干扰的种类

单片机运用体系基本上都是用在环境比较恶劣的工业生产现场，干扰的来源比较多。提升单片机运用体系的稳定性能就是需要想方设法抑制住干扰。干扰主要分为两种，一个就是来自于体系内部元件在运作时形成的干扰，经过地址、电源线、信号线、分布电容以及电感等等传送，对于体系运作状况具有不利的影响，第二个就是来源于外部其余电气设施形成的扰乱，经过传输以及辐射等等路径对单片机体系的正常运作形成一定的影响。

4.2　抑制电磁干扰技巧

　　单片机体系属于工业微机体系，和其余的微机体系相比，工业微机就会显得更加容易遭受电磁干扰，然而想要掌控这样的干扰因素，那么就需要抑制住电磁干扰。抑制电磁干扰比较常见的方式就是屏蔽磁场信号，屏蔽单片机之中比较容易遭受电磁干扰的设施，像采用一些防止屏蔽的器件，亦或者是切断会形成电磁的干扰来源，把一些比较容易形成磁场的电路放置在距离单片机较远的地点。

4.3　解决供电体系扰乱的问题

　　想要抑制住供电体系对单片机形成的干扰，就需要从单片机的电源设计以及安置方面着手操作。在安置单片机时，可以使用接地技巧。接地技巧不仅仅可以提升单片机体系抗噪声干扰的性能，避免外部噪声的入侵，并且还可以减少体系内部的噪声扰乱强度。在单片机接地时，屏蔽仪器最好接地，并且需要使用金属外壳把接地设施防护起来。对于工厂内部电压的更变情形，可以使用交流变频电，然后加上稳压机器，这样的设计可以保障工厂内部电压的稳固性能，减少电压干扰对单片机的影响强度。在工厂电源操控机器方面，也要采用具有稳压设施的开关。

4.4　选取频率较低的微型操控机器

　　我们不仅仅可以从电源方面着手抑制噪声干扰，还可以使用微型操控机器。在单片机机器运作时，体系内部的频率越高，那么就会越容易形成噪声扰乱，因此在使用微型操控机器可以非常有效的下降单片机运作是的频率。因此下降体系内部的噪声干扰对单片机的影响。与此同时，还需要尽可能选取一些品质比较的部件组合成单片机，这对单片机的噪声操控是非常有成效的。

5　抑制干扰的措施

5.1　对于体系内部的干扰，选取抗干扰性能的单片机作为体系核心元件

5.1.1　体系时钟

单片机的外时钟是高频的干扰来源，对于体系以及外界都会产生高频干扰。对于可靠性能要求比较高的体系来说，在确保指示速度不改变的情形之下，尽可能下降单片机外时钟的速度可以下降外时钟的扰乱。比如指示周期是1微秒的8051外时钟频率是12兆赫，然而指示周期是0.95微秒的NEC单片机只需要使用4.19兆赫外时钟。除此之外，选取内部携带锁相技术的单片机，可以在外时钟比较低的情形下到达比较高的内部总线速率。

5.1.2　I/O构造

单片机的I/O端口和外部直接相互连接，是造成干扰的直接因素，所以I/O端口抗干扰性能在很大程度上决定了单片机的抗干扰性能。单片机的I/O端口的抗干扰能力有很多种：带去除毛刺性能（传输端口内有施密特触发机器或者施密特触发机器和RC滤波交互采用的EFT技术），中耐压输入缓冲（比如耐压是10伏特），对大功率输出使用小功率管并联技巧等等。

5.1.3　电源脚排列

通常情况下集成电路电源脚以及地线引脚是分别处在芯片的左下角和右上角的。这样使得排版过程中电源噪声穿束全部的芯片，为了下降来自于电源的扰乱，一些单片机把电源脚以及地线引脚设置在相邻的位置上。

5.1.4　时钟监视、看门狗技巧、低电压以及地址追踪监测复位

时钟监测也就是单片机主动测试体系时钟，主要体系时钟停振，那么就会自己主动形成体系复位来恢复体系时钟。低电位复位时单片机自己主动检测电源电压，在电源电压少于某个数值时，那么就会产生复位信号，把体系复位。地址追踪监测就是指单片机测试到指示计数器的地址是非法地址（比如RAM或者特别性能寄存器地址）时主动形成复位信号。

5.2　对于体系外部的干扰经过传输和辐射等路径影响单片机体系正常运作

5.2.1　屏蔽

采取屏蔽技巧可以非常有效地抑制来自电场以及磁场的干扰。对于元件采取屏蔽措施（比如变压器、电感等等）来缩减它对于四周电路的电磁干扰；对传导电线进行屏蔽，信号线使用的是屏蔽导线，缩减外界干扰；对元件进行屏蔽，减弱电磁场的干扰强度。

5.2.2　隔离

最常使用的隔离元件有光电耦合器、继电器等等。隔离不仅解决了元件之间的电平匹配，而且很好地抑制了干扰信号。

5.2.3　滤波

滤波是最常见的措施。每一个集成电路的电源引脚接一只一定规格的滤波电容，减少这个IC的干扰以及被干扰信号；在系统有几块印制电路板时，在各印制电路板的电源进线端口靠最近地方安置滤波电容；体系的供电接相对应的电源滤波器。

5.2.4　电线的治理

在单片机操控体系中，接地时一直干扰最主要的内容。在设计的过程中如果可以把接地与屏蔽准确的结合在一起，可以解决很多干扰造成的问题。接地包含两方面的内容，一个就是接地点准确与否；第二个就是接地点是不是牢固。接地点选取准确可以很好地避免体系每部分的串扰，接地点坚固可以使得接地点处在零阻抗的状态，下降接地电位，避免接地体系的共模扰乱。单片机操控体系中地线有很多种类，具体可以分为防护接地以及工作接地两大种类。防护接地主要是为了防止工作人员因为设施绝缘破坏或者性能降低时，受到触电潜在危险和保障设施的安全性，然而工作接地主要就是确保操控体系稳定可靠的运作，避免地环路造成的干扰，在单片机操控体系中，地线主要可以分为几类：模拟的放大器、采样维持器件和A/D变换器件以及比较器的零电位；数字地也可以称为逻辑地，是数字电路的零电位；交流地也就是交流电源的零线；直流地也就是直流电源的地线；信号地也就是传感器的地电平；功率地也就是大电流网络零件工放器的零电位；屏蔽地，基本上和机壳相互连接，为了避免静电感应而设置的，常常和大地相互连接。不一样的地线都有着不同的治理方式，需要依据体系的真实情形，具体问题具体分析。

（1）一点接地与多点接地。在低频的电路中，布置路线以及元件之间的电感应该不会产生很大的影响效果，常常使用的是一点接地，如果使用多点接地，产生地环路，那么对于扰乱就会更加敏感。然而在高频电路之中，寄生电容以及电感的影响就比较大，应该使用多点接地。通常情况下，频率低于1兆赫时，使用一点接地，频率超过10兆赫时使用多点接地。

（2）数字地与模拟地需要分开。就算是对于A/D、D/A变换器处在一个芯片上的两种接地最好也是需要分开的，只有在体系一点上将两种接地相互连接起来。

（3）交流地以及信号地不可以共同使用。在电源地线的两点之间的电压具有数毫伏，或许可以更大。这样的电压树枝对于低电平电路是一个比较严重的扰乱，所以两个地势不可以相通的。

（4）因为传感器以及机壳之间会造成共模干扰，为了提升抗共模干扰性能，尤其是要注意接地措施，一般A/D变换器的模拟地使用浮空隔离，并且可以使用三线采样双层屏蔽浮地技巧，就是把地线以及信号线共同采样，这样就可以很好的抑制住共模干扰。

6　结束语

单片机的抗干扰技术并不是单一的，它还包含着两方面的内容，一个就是使用硬件抗干扰。其次就是使用软件进行抗干扰。只需要将这两方面的工作做好，才可以真正地完成单片机的抗干扰性能。抗干扰技术需要接连不断地进行研究和分析，良好的抗干扰技术才可以让单片机更好地为工厂生产以及生活服务。

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［责任编辑：薛俊歌］