1幹擾對單片機應用係統的影響

1.1測量數據誤差加大

幹(gan)擾(rao)侵(qin)入(ru)單(dan)片(pian)機(ji)係(xi)統(tong)測(ce)量(liang)單(dan)元(yuan)模(mo)擬(ni)信(xin)號(hao)的(de)輸(shu)入(ru)通(tong)道(dao)
，疊(die)加(jia)在(zai)測(ce)量(liang)信(xin)號(hao)上(shang)
，會(hui)使(shi)數(shu)據(ju)采(cai)集(ji)誤(wu)差(cha)加(jia)大(da)。特(te)別(bie)是(shi)檢(jian)測(ce)一(yi)些(xie)微(wei)弱(ruo)信(xin)號(hao)
，幹(gan)擾(rao)信(xin)號(hao)甚(shen)至(zhi)淹(yan)沒(mei)測(ce)量(liang)信(xin)號(hao)。

1.2控製係統失靈

單(dan)片(pian)機(ji)輸(shu)出(chu)的(de)控(kong)製(zhi)信(xin)號(hao)通(tong)常(chang)依(yi)賴(lai)於(yu)某(mou)些(xie)條(tiao)件(jian)的(de)狀(zhuang)態(tai)輸(shu)入(ru)信(xin)號(hao)和(he)對(dui)這(zhe)些(xie)信(xin)號(hao)的(de)邏(luo)輯(ji)處(chu)理(li)結(jie)果(guo)。若(ruo)這(zhe)些(xie)輸(shu)入(ru)的(de)狀(zhuang)態(tai)信(xin)號(hao)受(shou)到(dao)幹(gan)擾(rao)，引(yin)入(ru)虛(xu)假(jia)狀(zhuang)態(tai)信(xin)息(xi)，將(jiang)導(dao)致(zhi)輸(shu)出(chu)控(kong)製(zhi)誤(wu)差(cha)加(jia)大(da)，甚(shen)至(zhi)控(kong)製(zhi)失(shi)靈(ling)。

1.3影響單片機RAM存儲器和E2PROM等

在單片機係統中

，程序及表格、數據存在程序存儲器EPROM或FLASH中
，避免了這些數據受幹擾破壞。但是
，對於片內RAM
、外擴RAM、E2PROM中的數據都有可能受到外界幹擾而變化。

1.4程序運行失常

外界的幹擾有時導致機器頻繁複位而影響程序的正常運行。若外界幹擾導致單片機程序計數器PC值的改變
，則破壞了程序的正常運行。由於受幹擾後的PC值是隨機的
，程序將執行一係列毫無意義的指令，最後進入“死循環”
，這將使輸出嚴重混亂或死機。

2如何提高我們設備的抗幹擾能力

2.1解決來自電源端的幹擾

單片機係統中的各個單元都需要使用直流電源
，而直流電源一般是市電電網的交流電經過變壓、整流
、濾波
、wenyahouchanshengde，yincidianwangshangdegezhongganraobianhuiyinruxitong。chucizhiwai，youyujiaoliudianyuangongyong，gedianzishebeizhijiantongguodianyuanyehuichanshengxianghuganrao，yinciyizhidianyuanganraoyouqizhongyao。dianyuanganraozhuyaoyouyixiajilei：

2.1.1電源線中的高頻幹擾（傳導騷擾）

供電電力線相當於一個接受天線，能把雷電、電弧、廣播電台等輻射的高頻幹擾信號通過電源變壓器初級耦合到次級，形成對單片機係統的幹擾
；解決這種幹擾，一般通過接口防護；在接口增加濾波器、或者使用隔離電源模塊解決。

2.1.2感性負載產生的瞬變噪音（EFT）

切斷大容量感性負載時
，能產生很大的電流和電壓變化率
，從而形成瞬變噪音幹擾


，成為電磁幹擾的主要形式
；解決這種幹擾
，一般通過屏蔽線與雙膠線，或在電源接口、信號接口進行濾波處理。這二種方法都需要在係統接地良好的情況下進行，濾波器、接口濾波電路都必須良好的接地
，這樣才能有效的將幹擾泄放。

2.2模擬信號采樣抗幹擾技術

單片機應用係統中通常要對一個或多個模擬信號進行采樣，並將其通過A/D轉換成數字信號進行處理。為了提高測量精度和穩定性，不僅要保證傳感器本身的轉換精度、傳感器供電電源的穩定
、測量放大器的穩定、A/D轉(zhuan)換(huan)基(ji)準(zhun)電(dian)壓(ya)的(de)穩(wen)定(ding)，而(er)且(qie)要(yao)防(fang)止(zhi)外(wai)部(bu)電(dian)磁(ci)感(gan)應(ying)噪(zao)聲(sheng)的(de)影(ying)響(xiang)，如(ru)果(guo)處(chu)理(li)不(bu)當(dang)
，微(wei)弱(ruo)的(de)有(you)用(yong)信(xin)號(hao)可(ke)能(neng)完(wan)全(quan)被(bei)無(wu)用(yong)的(de)噪(zao)音(yin)信(xin)號(hao)淹(yan)沒(mei)。在(zai)實(shi)際(ji)工(gong)作(zuo)中(zhong)，可(ke)以(yi)采(cai)用(yong)具(ju)有(you)差(cha)動(dong)輸(shu)入(ru)的(de)測(ce)量(liang)放(fang)大(da)器(qi)，采(cai)用(yong)屏(ping)蔽(bi)雙(shuang)膠(jiao)線(xian)傳(chuan)輸(shu)測(ce)量(liang)信(xin)號(hao)
，或(huo)將(jiang)電(dian)壓(ya)信(xin)號(hao)改(gai)變(bian)為(wei)電(dian)流(liu)信(xin)號(hao)，以(yi)及(ji)采(cai)用(yong)阻(zu)容(rong)濾(lv)波(bo)等(deng)技(ji)術(shu)。

2.3數字信號傳輸通道的抗幹擾技術

數字輸出信號可作為係統被控設備的驅動信號（如繼電器等）
，數字輸入信號可作為設備的響應回答和指令信號（如行程開關、啟動按鈕等）。數字信號接口部分是外界幹擾進入單片機係統的主要通道之一。在工程設計中，對數字信號的輸入/輸出過程采取的抗幹擾措施有：傳輸線的屏蔽技術

，如采用屏蔽線
、雙膠線等
；采用信號隔離措施；合理接地
，由於數字信號在電平轉換過程中形成公共阻抗幹擾，選擇合適的接地點可以有效抑製地線噪聲。

2.4硬件監控電路

在單片機係統中，為了保證係統可靠、穩定地運行，增強抗幹擾能力，需要配置硬件監控電路，硬件監控電路從功能上包括以下幾個方麵：

（1）上電複位：保證係統加電時能正確地啟動；

（2）掉電複位：當電源失效或電壓降到某一電壓值以下時
，產生複位信號對係統進行複位；

（3）電源監測：供電電壓出現異常時，給出報警指示信號或中斷請求信號
；

（4）硬件看門狗：當處理器遇到幹擾或程序運行混亂產生“死鎖”時，對係統進行複位。

2.5PCB電路合理布線

PCB板設計的好壞對抗幹擾能力影響很大。因此，在進行PCB設計時
，必須遵守PCB設計的一般原則，並應符合抗幹擾設計的要求。下麵著重說明兩點：

2.5.1關鍵器件放置

在器件布置方麵與其它邏輯電路一樣

，應把相互有關的器件盡量放得靠近些
，這樣可以獲得較好的抗噪聲效果。時鍾發生器、晶振和CPU的時鍾輸入端都易產生噪聲，要相互靠近些
；CPU複位電路、硬件看門狗電路要盡量靠近CPU相應引腳
；易產生噪聲的器件、大電流電路等應盡量遠離邏輯電路。

2.5.2D/A、A/D轉換電路地線的正確連接

D/A、A/D芯xin片pian及ji采cai樣yang芯xin片pian均jun提ti供gong了le數shu字zi地di和he模mo擬ni地di
，分fen別bie有you相xiang應ying的de管guan腳jiao。在zai線xian路lu設she計ji中zhong，必bi須xu將jiang所suo有you器qi件jian的de數shu字zi地di和he模mo擬ni地di分fen別bie相xiang連lian，但dan數shu字zi地di與yu模mo擬ni地di僅jin在zai一yi點dian上shang相xiang連lian。另ling外wai，也ye可ke以yi采cai用yong屏ping蔽bi保bao護hu
，屏ping蔽bi可ke用yong來lai隔ge離li空kong間jian輻fu射she。對dui噪zao聲sheng特te別bie大da的de部bu件jian（如變頻電源、開關電源）可以用金屬盒罩起來以減少噪聲源對單片機的幹擾，對容易受幹擾的部分
，可以增加屏蔽罩並接地
，使幹擾信號被短路接地。

2.6軟件抗幹擾原理及方法

jinguanwomencaiquleyingjiankangganraocuoshi，danyouyuganraoxinhaochanshengdeyuanyincuozongfuza，qiejuyouhendadesuijixing，hennanbaozhengxitongwanquanbushouganrao。yinci
，wangwangzaiyingjiankangganraocuoshidejichushang
，caiquruanjiankangganraojishujiayibuchong
，zuoweiyingjiancuoshidefuzhushouduan。ruanjiankangganraofangfajuyoujiandan
、靈活方便、耗費低等特點，在係統中被廣泛應用。

2.6.1數字濾波方法

shuzilvboshizaiduimonixinhaoduocicaiyangdejichushang，tongguoruanjiansuanfatiquzuibijinzhenzhishujudeguocheng。shuzilvbodedesuanfalinghuo，kexuanzequanxiancanshu，qixiaoguowangwangshiyingjianlvbodianluwufadadaode。

2.6.2輸入信號重複檢測方法

輸(shu)入(ru)信(xin)號(hao)的(de)幹(gan)擾(rao)是(shi)疊(die)加(jia)在(zai)有(you)效(xiao)電(dian)平(ping)信(xin)號(hao)上(shang)的(de)一(yi)係(xi)列(lie)離(li)散(san)尖(jian)脈(mai)衝(chong)，作(zuo)用(yong)時(shi)間(jian)很(hen)短(duan)。當(dang)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)存(cun)在(zai)輸(shu)入(ru)幹(gan)擾(rao)，又(you)不(bu)能(neng)用(yong)硬(ying)件(jian)加(jia)以(yi)有(you)效(xiao)抑(yi)製(zhi)時(shi)，可(ke)用(yong)軟(ruan)件(jian)重(zhong)複(fu)檢(jian)測(ce)的(de)方(fang)法(fa)
，達(da)到(dao)“去偽存真”的de目mu的de，直zhi到dao連lian續xu兩liang次ci或huo連lian續xu兩liang次ci以yi上shang的de采cai集ji結jie果guo完wan全quan一yi致zhi時shi方fang為wei有you效xiao。若ruo信xin號hao總zong是shi變bian化hua不bu定ding，在zai達da到dao最zui高gao次ci數shu限xian額e時shi，則ze可ke給gei出chu報bao警jing信xin號hao。對dui於yu來lai自zi各ge類lei開kai關guan型xing傳chuan感gan器qi的de信xin號hao，如ru限xian位wei開kai關guan、行程開關
、操作按鈕等
，都可采用這種輸入方式。如果在連續采集數據之間插入延時，則能夠對付較寬的幹擾。

2.6.3輸出端口數據刷新方法

開(kai)關(guan)量(liang)輸(shu)出(chu)軟(ruan)件(jian)抗(kang)幹(gan)擾(rao)設(she)計(ji)，主(zhu)要(yao)是(shi)采(cai)取(qu)重(zhong)複(fu)輸(shu)出(chu)的(de)方(fang)法(fa)，這(zhe)是(shi)一(yi)種(zhong)提(ti)高(gao)輸(shu)出(chu)接(jie)口(kou)抗(kang)幹(gan)擾(rao)性(xing)能(neng)的(de)有(you)效(xiao)措(cuo)施(shi)。對(dui)於(yu)那(na)些(xie)用(yong)鎖(suo)存(cun)器(qi)輸(shu)出(chu)的(de)控(kong)製(zhi)信(xin)號(hao)，這(zhe)些(xie)措(cuo)施(shi)很(hen)有(you)必(bi)要(yao)。在(zai)盡(jin)可(ke)能(neng)短(duan)的(de)周(zhou)期(qi)內(nei)，將(jiang)數(shu)據(ju)重(zhong)複(fu)輸(shu)出(chu)
，受(shou)幹(gan)擾(rao)影(ying)響(xiang)的(de)設(she)備(bei)在(zai)還(hai)沒(mei)有(you)來(lai)得(de)及(ji)響(xiang)應(ying)時(shi)
，正(zheng)確(que)的(de)信(xin)息(xi)又(you)到(dao)來(lai)
，這(zhe)樣(yang)就(jiu)可(ke)以(yi)及(ji)時(shi)防(fang)止(zhi)誤(wu)動(dong)作(zuo)的(de)產(chan)生(sheng)。在(zai)程(cheng)序(xu)結(jie)構(gou)的(de)安(an)排(pai)上(shang)
，可(ke)為(wei)輸(shu)出(chu)數(shu)據(ju)建(jian)立(li)一(yi)個(ge)數(shu)據(ju)緩(huan)衝(chong)區(qu)，在(zai)程(cheng)序(xu)的(de)周(zhou)期(qi)性(xing)循(xun)環(huan)體(ti)內(nei)將(jiang)數(shu)據(ju)輸(shu)出(chu)。對(dui)於(yu)增(zeng)量(liang)控(kong)製(zhi)型(xing)設(she)備(bei)不(bu)能(neng)這(zhe)樣(yang)重(zhong)複(fu)送(song)數(shu)，隻(zhi)有(you)通(tong)過(guo)檢(jian)測(ce)通(tong)道(dao)，從(cong)設(she)備(bei)的(de)反(fan)饋(kui)信(xin)息(xi)中(zhong)判(pan)斷(duan)數(shu)據(ju)傳(chuan)輸(shu)的(de)正(zheng)確(que)與(yu)否(fou)。在(zai)執(zhi)行(xing)重(zhong)複(fu)輸(shu)出(chu)功(gong)能(neng)時(shi)
，對(dui)於(yu)可(ke)編(bian)程(cheng)接(jie)口(kou)芯(xin)片(pian)，工(gong)作(zuo)方(fang)式(shi)控(kong)製(zhi)字(zi)與(yu)輸(shu)出(chu)狀(zhuang)態(tai)字(zi)一(yi)並(bing)重(zhong)複(fu)設(she)置(zhi)

，使(shi)輸(shu)出(chu)模(mo)塊(kuai)可(ke)靠(kao)地(di)工(gong)作(zuo)。

2.6.4軟件攔截技術

當竄入單片機係統的幹擾作用在CPU部位時，後果更加嚴重，將使係統失靈。最典型的故障是破壞程序計數器PC的狀態
，導致程序從一個區域跳轉到另一個區域，或者程序在地址空間內“亂飛”，或者陷入“死循環”。使用軟件攔截技術可以攔截“亂飛”的程序或者使程序擺脫“死循環”，並將運行程序納入正軌，轉到指定的程序入口。

2.6.5“軟件看門狗”技術

PC受到幹擾而失控，引起程序“亂飛”
，也可能使程序陷入“死循環”。當軟件攔截技術不能使失控的程序擺脫“死循環”的困境時
，通常采用程序監視技術WDTTIMER（WDT），又稱“看門狗”技術
，使程序脫離“死循環”。WDT是一種軟
、硬件結合的抗程序跑飛措施
，其硬件主體是一個用於產生定時T的計數器或單穩，該計數器或單穩基本獨立運行，其定時輸出端接至CPU的複位線，而其定時清零則由CPU控製。在正常情況下，程序啟動WDT後
，CPU周期性的將WDT清零

，這樣WDT的定時溢出就不會發生，如同睡眠一般不起任何作用。在受到幹擾的異常情況下，CPU時序邏輯被破壞
，程序執行混亂，不可能周期性的將WDT清零，這樣當WDT的定時溢出時
，其輸出使係統複位，避免CPU因一時幹擾而陷入癱瘓的狀態。

結語

隨著單片機係統的廣泛應用和技術的進步
，電磁幹擾問題越來越突出，推廣現有的、成熟的抗幹擾技術
，研究抗幹擾的新技術
、xinfangxiangshidanpianjiyingyongjishudedangwuzhiji。zaidanpianjiyingyongxitongshejijiyingyongzhong，zhiyaochongfenkaolvshebeidediancijianrongxing，bingtongguogezhongjishucuoshilaixiaochuganrao，jiukeyidadatigaoshebeidewendingxinghekekaoxing。

相關閱讀：

名家解析
，單片機、ARM、FPGA的特點及區別要領
深度解析：高頻逆變電源中的單片機“三步曲”
集眾多工程師之精華——單片機的群英薈萃